Электрогенный потенциал

Потенциал Доннана.

Доннановское равновесие устанавливается между клеткой и окружающей средой, если клеточная мембрана хорошо проницаема для неорганических ионов, но непроницаема для белков, нуклеиновых кислот и других крупных органических ионов. Также образование потенциала Доннана связано с зарядами, иммобилизованными (связанными) в некоей твёрдой фазе, граничащей с жидкой фазой. Примером такой системы может служить клеточная стенка растительной клетки. В клеточной стенке много фиксированных отрицательных зарядов, они сильно притягивают катионы – это первый шаг поглощения питательных веществ.

Наиболее характерно равновесие Доннана для мертвых клеток или для клеток с ослабленным метаболизмом.

При возникновении потенциала Доннана изначально концентрация ионов по обе стороны мембраны могут быть одинаковы, но затем неорганические ионы перераспределяются под влиянием электрического поля, создаваемого крупными молекулами и на мембране возникает разность потенциалов.

Равномерное распределение K^+ и Cl^- внутри и вне клетки.	Неравномерное распределение K^+ и Cl^- внутри и вне клетки из-за того, что внутри клетки имеются фиксированные отрицательные заряды (белки и нуклеиновые кислоты).
Рисунок 2 - происхождение потенциала Доннана

Доннановские фазы в организме

1) клеточные оболочки;

2) белки в цитоплазме;

3) биологические мембраны.

На поверхности животной клетки доннановский потенциал может достигать 1,4 – 1,6 мв, на поверхности растительной клетки – 20-40 мв.

Если некоторая молекулярная система будет переносить заряды через мембрану за счёт химической энергии, то будет возникать электрический ток, протекающий через мембрану, а значит на мембране возникнет разность потенциалов.

Потенциал, возникающий в результате принудительного движения электрических зарядов через мембрану за счёт химической энергии (гидролиза АТФ) называется электрогенным потенциалом, а система, обеспечивающая перенос этих зарядов называется электрогенной помпой или электрогенным насосом.

Например: поток ионов, создаваемый мембранным насосом Na⁺-К⁺-АТФазой, участвует в формировании стационарного потенциала. Это происходит потому, что при каждом цикле работы этого фермента в большинстве клеток Na⁺ выводится больше, чем ионов К⁺. Суммарный поток положительных зарядов, направленных из клетки в окружающую среду, приводит к увеличению (по абсолютной величине) отрицательного потенциала внутри клетки.

Величина потенциала покоя, различная у разных клеток, может изменяться при изменении условий их жизнедеятельности. Для неповрежденных клеток характерны высокие значения потенциала покоя, обусловленные низкой общей проницаемостью мембран и значительным различием проницаемости для К⁺, Na⁺ и Cl^-.

Нарушение биоэнергетических потенциалов в клетке, сопровождающееся падением внутриклеточного уровня макроэргических соединений, прежде всего исключает компоненту потенциала покоя, связанную с работой электрогенных насосов.

Повреждение клетки приводит обычно к неспецифическому повышению проницаемости клеточных мембран, в результате чего различия в коэффициентах проницаемости для ионов уменьшаются; потенциал покоя при этом также снижается.

У сильно поврежденных клеток он может снизиться до уровня доннановского потенциала, когда происходит перераспределение ионов, определяемое уже не работой ионных насосов, а содержанием полианионов в клетке.

Потенциал клеточной мембраны может меняться при действии раз-личных естественных или искусственных раздражителей. Возникающий при этом потенциал называется потенциалом действия.

Потенциал действия (ПД) – быстрое изменение разности потенциалов через мембрану клетки, связанное со структурными изменениями в клеточной мембране и быстрыми движением ионов через мембрану и распространением импульса вдоль клетки.

  Рисунок 3 - формирование потенциала действия.

1-й этап ПД – деполяризация мембраны до критической величины. Резкое изменение проницаемости мембраны для ионов начинается с того момента, когда потенциал на мембране становится по модулю меньше потенциала покоя (рис. 3, АВ), то есть если мембрану деполяризовали, причем потенциал деполяризации превысил некоторый пороговый потенциал. Эта деполяризация может быть вызвана различными факторами: электрическим импульсом, резким измененением концентрации соли в примембранном слое, специфическими химическими веществами (медиаторами), механическим давлением.

2-й этап ПД – быстрый вход в клетку ионов Na⁺ (животная клетка), выход Cl^- (у растительных клеток). Это приводит к дальнейшему уменьшению разности потенциалов на мембране – наблюдается деполяризация (ВС).

3-й этап ПД – выход из клетки K⁺, что приводит к восстановлению отрицательного потенциала - происходит реполяризация мембраны (СD).

4-й этап ПД - в точке D мембрана приходит в исходное состояние по проницаемости для ионов. Дальнейшее изменение потенциала (линия DЕ) происходит за счет действия ионных помп, это необходимо для восстановления изначального ионного баланса. У животных активизируется работа K⁺-Na⁺-помпы, которая откачивает из клетки Na⁺ и закачивает в клетку K⁺. У растительных клеток происходит одновременное закачивание К⁺ и Cl^-. В точке Е клетка приходит в исходное состояние - возбуждение отсутствует.

Основные особенности формирования биопотенциалов.

1. Первичной морфофункциональной единицей, в которой возникает источник ЭДС, создающая потенциал, является клетка.

2. Биопотенциалы, создаваемые при работе органов и тканей, являются результатом геометрического суммирования полей, образуемых отдельными клетками, составляющими эти органы и ткани.

3. Биопотенциалы имеют ионную природу, их причина - асимметрия концентрации ионов по обе стороны клеточной мембраны.

4. Биопотенциалы отражают явления и процессы, протекающие в биологических объектах, и определение биопотенциалов является одним из методов диагностики заболеваний и изменений в физиологических процессах.

Дата добавления: 2014-01-05