Биоэлектрические потенциалы. Потенциал покоя
Механизмах регуляции внутриклеточных процессов, возбуждение клеток, проведения импульса по нервному волокну, реакции на внешнее раздражители , в механике мышечного сокращения, в различного вида преобразованиях энергии большую роль играют электрические процессы- возникновение и распространение электрических потенциалов
Причиной возникновения биоэлектрических потенциалов в живых системах является наличие определенных физико-химических градиентов между отдельными клеточными органоидами.
Существуют постоянные разности потенциалов, характерные для живых систем, находящихся в стационарном состоянии, т.е. таких, в которых эти градиенты постоянно поддерживаются в результате обмена веществ.
Разность потенциалов- это следствие пространственного разделения электрических зарядов противоположного знака.
Потенциалы могут быть электронного и ионного типа
Электронный тип- потенциалы возникают при наличии свободных электронов.
Ионный тип- потенциалы возникаю при наличии ионов.
Возникновение биологических потенциалов обусловлено неравенством концентрации ионов в системе.
В тканях и клетках появляются биопотенциалы: диффузионные, мембранные, фазовые, окислительно -восстановительные.
На мембране клетки всегда существуют разность потенциалов, то есть электрический потенциал внутри клетки отличается от наружного. Эта разность потенциалов называется потенциалом покоя.
Одна из функций клеточной мембраны генерирование потенциала. Именно это явление лежит в основе возбудимости клеток, распространении нервного импульса, мышечного сокращения , рецепции. Потенциалы, регистрируемые в организме в основном мембранные
Мембранным потенциалом называют – разность потенциалов между внутренней (цитоплазматической) и наружной поверхностями клеточной мембраны . В состоянии физиологического покоя регистрируемая разность потенциалов составляет 50-80 мВ. Внутренняя среда электроотрицательна .
Потенциал покоя определяется различной концентрацией ионов по обе стороны мембраны и диффузией ионов через мембрану. Именно поэтому возникает поток ионов через мембрану и образуется разность потенциалов клетки. Причина мембранного потенциала- диффузия ионов К+ из клетки наружу.
Одной из основных проблем было определение ионов состава внутренней среды. Клети слишком малы, а между ними всегда имеется межклеточное вещество и жидкость. Только после создания техники микроэлектродов (50-е годы) Ален Ходжин, Хаксли (Англия ) на опытах с уникальной клеткой гигантского аксона кальмара определили ионный состав цитоплазмы и величину потенциала . Оказалось , как и предсказывала мембранная теория .внутри клеток концентрация ионов калия в 30-40 раз выше ,чем вне. Поэтому , про градиенту концентрации К+ может выходить из клетки , и это происходит с участием калиевых каналов , часть которых открыта в условия х покоя , и К+ перемещается из цитозоля во внеклеточное пространство. Возникает разность потенциалов, величину определяет формула Нернста:
∆ϕ= RT/ZF*Ln Cₒ/C₁
С стационарном состоянии сумма потоков ионов через мембрану равна нулю:
J= J(Na+)+ J(K+)-J(Cl-)
Хотя потоки отдельных ионов могут быть и отличны от нуля. Так как ионы хлора заряжены отрицательно , то перед потоком ионов хлора J(Cl) ставиться знак «-»
Используя уравнение плотности потока положительных (K+ и Na+) и отрицательных (Cl-) ионов получаем уравнение потенциала покоя Гольдмана-Ходжика- Катца.
Нарушение работы АТФ-азы , которое можно вызвать действием сердечного гликозида уабина , уменьшает потенциал покоя. К такому эффекту приводит действие различных ядов, увеличивающих проницаемость клеточной мембраны для ионов Натри . Деполяризацию вызывает также торможение процессов , обеспечивающих в клетке синтез АТФ.