Мембранні потенціали. Дифузійні потенціали клітин

Мембранні електричні потенціали існують фактично у всіх клітин організму. Деякі клітини, наприклад нервові і м`язові, здатні генерувати швидко-змінюються електрохімічні імпульси, які використовуються для передачі сигналів вздовж мембран цих клітин. У клітинах інших типів, наприклад залізистих, макрофагах і реснитчатих, локальні зміни мембранних потенціалів також активують багато клітинні функції. У цьому розділі обговорюються мембранні потенціали, що генеруються нервовими і м`язовими клітинами в спокої і в активному стані.

Відео: Мембранні потенціали - Частина 2

дифузійний потенціал, обумовлений різницею іонних концентрацій по обидва боки мембрани. Концентрація іонів калію всередині нервового волокна - висока, але зовні - дуже низька. Припустимо, що в цьому випадку мембрана проникна для іонів калію, але непроникна для інших іонів. Через велику градієнта концентрації існує потужна тенденція до дифузії з клітки через мембрану великого числа іонів калію. В процесі дифузії вони виносять назовні позитивні електричні заряди, в результаті мембрана зовні заряджається позитивно, а всередині - негативно, оскільки залишилися всередині негативні аніони НЕ дифундують з клітки разом з іонами калію.

Протягом приблизно 1 мсек різниця потенціалів між внутрішньою і зовнішньою сторонами мембрани, яка називається дифузійним потенціалом, стає досить великою, щоб блокувати подальшу дифузію іонів калію назовні, незважаючи на їх високий градієнт концентрації. У нервових волокнах ссавців необхідна для цього різниця потенціалів становить близько 94 мВ з негативним зарядом усередині волокна. Ці іони також мають позитивний заряд, але на цей раз мембрана високопроніцаема для іонів натрію і непроникна для інших іонів. Дифузія позитивно заряджених іонів натрію всередину волокна створює мембранний потенціал протилежної полярності в порівнянні з мембранним потенціалом на малюнку - з негативним зарядом зовні і позитивним всередині.

Як і в першому випадку, мембранний потенціал протягом частки мілісекунди стає достатнім для припинення дифузії іонів натрію всередину волокна. В цьому випадку для нервових волокон ссавців потенціал дорівнює приблизно 61 мВ з позитивним зарядом усередині волокна.

Таким чином, різниця концентрацій іонів через вибірково проникну мембрану при відповідних умовах може створювати мембранний потенціал. У наступних розділах цієї глави ми покажемо, що швидкі зміни мембранних потенціалів, які спостерігаються при передачі нервових і м`язових імпульсів, виникають в результаті швидкої зміни дифузійних потенціалів.

зв`язок дифузійного потенціалу з різницею концентрацій. Потенціал Нернста. Рівень мембранного дифузійного потенціалу, який повністю припиняє загальну дифузію певного іона через мембрану, називають потенціалом Нернста для цього іона. Величина потенціалу Нернста визначається відношенням концентрацій специфічного іона по обидва боки мембрани. Чим більше це відношення, тим більше прагнення іона дифундувати в одному напрямку і, отже, вище потенціал Нернста, необхідний для попередження загальної дифузії. За допомогою наведеного далі рівняння Нернста можна обчислити потенціал Нернста для будь-яких одновалентних іонів в умовах нормальної температури тіла (37 ° С):
ЕРС (мВ) = ± 61 log (Концентрація всередині / Концентрація зовні), де ЕРС - електрорушійна сила (різниця потенціалів).

Відео: електротонічних потенціали і потенціали дії

При використанні цієї формули потенціал позаклітинної рідини зовні мембрани зазвичай приймають рівним нулю, а потенціал Нернста представляє потенціал всередині мембрани. Крім того, знак потенціалу позитивний (+), якщо дифундує зсередини назовні іон є негативним, і негативний (-), якщо іон - позитивний. Отже, якщо концентрація позитивних іонів калію всередині в 10 разів більше, ніж зовні, десятковий логарифм 10 дорівнює 1, тому потенціал всередині, відповідно до рівняння Нернста, має дорівнювати -61 мВ.