Уравнение Гольдмана позволяет рассчитывать разность потенциалов, существующие у разных клеток между цитоплазмой и межклеточной средой в состоянии покоя и в состоянии возбуждения. Это уравнение имеет вид:

ЭДС в состоянии покоя называют потенциалом покоя (ПП), в состоянии возбуждения - потенциалом действия (ПД). Результаты расчетов довольно близко совпадают с результатами экспериментов. Наилучшее совпадение имеет место для ПП.

Анализ результатов эксперимента показал, что в состоянии покоя проницаемость для К+ больше проницаемости для Na+ :

Это позволяет считать проницаемости для ионов Na+ и анионов бесконечно малыми величинами по отношению к проницаемости для К+. В этом случае численное значение потенциала покоя можно рассчитывать по формуле:

Необходимо отметит, что ПП возник не за счет более быстрой диффузии ионов К+ по сравнению с Na+. Разница между проницаемостями К+ и Na+ определяет только направление катионного потока, который создает ПП на биологической мембране. Поскольку содержание К+ в цитоплазме больше, чем в межклеточной среде, то катионный поток направлен из клетки наружу (выходящий ток). Соотношение концентрации ионов К+ в межклеточной среде и внутри клетки определяет амплитуду ПП. Причиной возникновения трансмембранной разности потенциалов в состоянии покоя, является скорость диффузии через биологическую мембрану ионов К+ и анионов высокомолекулярных органических веществ, находящихся в цитозоли. Катионы К+ проходят сквозь плазмалемму, а анионы задерживаются ею, что приводит к образованию не плазмалемме двойного электрического слоя зарядов. При этом, межклеточная среда, как более разбавленный раствор, приобретает "+" заряд, а цитоплазма"-".

Расчеты экспериментальных данных свидетельствуют о том, что все клетки организма в состоянии покоя характеризуются определяемым потенциалом (поляризацией). Клеточная мембрана всегда заряжена и всегда на ее внутренней поверхности поддерживается "-" заряд (разность потенциала), а на внешней - "+" заряд. Трансмембранная разность потенциалов в разных клетках различна, но всегда составляет несколько десятков мВ. Так, например, для гигантского аксона кальмара потенциал покоя составляет примерно -85 мВ, в то время, как для мембран эпителиальных клеток ПП - в 2-3 раза ниже. Незначительная на первый взгляд величина потенциала покоя создает высокий градиент потенциала на плазмалемме, так как толщина биологической мембраны составляет примерно 10 нм, следовательно, напряженность электрического поля на плазмалемме может достигать 107 В/м.

Избирательная проницаемость плазмалеммы каждой клетки обеспечивает стабильное разобщение катионов и анионов, вследствие чего, на ней стойко поддерживается высокий градиент потенциала, и она обладает ЭДС. Эта ЭДС направлено против причины, ее вызывающей и противодействует дальнейшему разобщению зарядов на биологической мембране. Существование ионных градиентов на биологической мембране связано с работой системы активного транспорта и является энергоемким процессом. В этой связи, потенциал покоя частично экономит энергетические затраты свободной энергии на поддержание этих градиентов, так как потенциал покоя действует в противоположном направлении концентрационному градиенту.

© 2015-2019 vseobiology.ru | При использовании материалов сайта - прямая ссылка на vseobiology.ru обязательна.

Заказать курсовую скидка 15%

^ Наверх