Мембранный потенциал

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Мембранный потенциал, также трансмембранный потенциал или напряжение мембраны, иногда потенциал Нернста — разница в электрическом потенциале (электрический градиент), возникающая между зарядами внутренней и внешней стороны полупроницаемой мембраны (в частном случае мембраны клетки). Что касается внешней поверхности клетки, то типичные значения мембранного потенциала для неё располагаются в диапазоне от -40 мВ до -80 мВ.

Физические основы[править | править вики-текст]

Ионы и сила, обуславливающая их движение[править | править вики-текст]

Электрические сигналы, возникающие внутри биологических организмов, обусловлены движением ионов[1]. Наиболее важные катионы для потенциала действия являются катионы натрия (Na+) и калия+)[2]. Оба этих одновалентных катионов несут один положительный заряд. В потенциале действия может также участвовать катион кальция (Ca2+)[3] , он представляет собой двухвалентный катион, несущий двойной положительный заряд. Анион хлора (​​Cl-) играет важную роль в потенциалах действия некоторых водорослей[4], однако, в потенциалах действия большинства животных принимает лишь небольшое участие[5].

Ионные насосы[править | править вики-текст]

Ионный насос — это транспортная система, обеспечивающая перенос иона с непосредственной затратой энергии вопреки концентрационному и электрическому градиентам[6].

Ионные каналы[править | править вики-текст]

Ионные каналы являются интегральными мембранными белками, через поры, которых ионы могут перемещаться из межклеточного пространства во внутрь клеток и наоборот. Большинство ионных каналов проявляют высокую специфичность (селективность) по отношению к одному иону. Так, например, большинство калиевых каналов характеризуются высоким коэффициентом селективности катионов калия над катионами натрия в отношении 1000:1, хотя ионы калия и натрия имеют одинаковый заряд и лишь незначительно отличаются по радиусам. Пора канала, как правило, настолько мала, что ионы должны пройти через неё в одном порядке[7] .

Реверсивный потенциал[править | править вики-текст]

Реверсивный потенциал (или равновесный потенциал) иона является величина трансмембранного напряжения, при котором диффузионные и электрические силы противопоставлены друг другу, так что нет результирующего потока ионов через мембрану. Это означает, что трансмембранное напряжение точно противодействует усилию диффузии ионов, таким образом, что суммарный ток ионов через мембрану равен нулю и неизменен. Реверсивный потенциал имеет важное значение, поскольку он генерирует напряжение, которое действует на ионные каналы, делая их проницаемыми для ионов.

Равновесный потенциал конкретного иона обычно обозначается Ei. Потенциал для любого иона может быть вычислен с помощью уравнения Нернста. Например, реверсивный потенциал для ионов калия будет выглядеть следующим образом:

где:

  • Ee,K+ — равновесный потенциал ионов K+, измеряемый в вольтах;
  • Rуниверсальная газовая постоянная, равная 8,3144 Дж/моль*К;
  • Tабсолютная температура в кельвинах (K);
  • z — число элементарных зарядов ионов, участвующих в реакции;
  • Fпостоянная Фарадея, равная 96485 Кл/моль;
  • [K+]1 — внеклеточная концентрация ионов калия, измеряется в ммоль*л;
  • [K+]2 — внутриклеточная концентрация ионов калия, измеряется в ммоль*л.

Потенциал покоя[править | править вики-текст]

Градуированные значения[править | править вики-текст]

Другие значения[править | править вики-текст]

Эффекты и последствия[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Johnston and Wu, p. 9.
  2. Bullock, Orkand, and Grinnell, pp. 140–41.
  3. Bullock, Orkand, and Grinnell, pp. 153–54.
  4. (1991) «Action potentials in Acetabularia: measurement and simulation of voltage-gated fluxes». Journal of Membrane Biology 124 (3): 265–73. DOI:10.1007/BF01994359. PMID 1664861.
  5. Schmidt-Nielsen, p. 483.
  6. Агаджанян Н.А., Смирнов В.М. Общая физиология возбудимых тканей; роль ионных насосов в формировании потенциала покоя. — 2007. — С. стр. 58.
  7. Eisenman G. On the elementary atomic origin of equilibrium ionic specificity // Symposium on Membrane Transport and Metabolism. — New York: Academic Press, 1961. — P. 163–79.Eisenman G. Some elementary factors involved in specific ion permeation // Proc. 23rd Int. Congr. Physiol. Sci., Tokyo. — Amsterdam: Excerta Med. Found., 1965. — P. 489–506.
    * (1969) «Biological membranes: the physical basis of ion and nonekectrolyte selectivity». Annual Review of Physiology 31: 581–646. DOI:10.1146/annurev.ph.31.030169.003053. PMID 4885777.