Výpočtu difúzny potenciál. Meranie potenciálu bunkovej membrány

Video: Neuróny Prednáška 4 - Membrane

Ak je membrána je priepustná pre niekoľko rôznych iónov, celkový difúzny potenciál závisí od troch faktorov: polarita elektrického náboja každé iona- (2) priepustnosti membrány (P) pre každý iona- (3) spojenia (C) príslušných iónov v (I) a vonkajšej membrány (o) , Vzorec uvedený Goldmana rovnice alebo rovnice Goldman-Hodgkin-Katz, umožňuje vypočítať membránový potenciál na vnútornej strane membrány, v prípade, že je priepustná pre dvoch jednomocné kladných iónov (Na + a K +) a jeden negatívny monovalentnú ión Cl-. EMF (mV) = -61 • log (CNaiPNa + CKI + Pk + Ccli + PCL) / (+ CNa0PNa CK0 + Pk + Ccl0 + PCL).

Zoberme si túto rovnicu. za prvé, sodík, draslík a chlór - najdôležitejšie ióny sa podieľajú na vytváraní membránových potenciálov nervových a svalových vlákien, rovnako ako v neurónoch nervového systému. Koncentrácia gradient každého z týchto iónov na oboch stranách membrány pomáha určiť množstvo membránového potenciálu.

za druhé, stupeň príspevku každej z týchto iónov v membránového potenciálu je úmerná veľkosti priepustnosti membrány tohto iónu. Teda, v prípade, že membrána má nulovú priepustnosť pre draslíka a iónov chlóru, membránový potenciál je úplne určený len koncentračného gradientu sodíkových iónov a výsledný potenciál je Nernstův potenciál pre sodík. To platí pre akýkoľvek z ďalších dvoch iónov v prípade, že je membrána selektívne priepustná len na jednej z nich.

tretina, Pozitívne koncentrácie iónov gradientu smeruje zvnútra von, čo vedie k vzniku negatívneho náboja v bunke. To je spôsobené tým, že pri vyšších koncentráciách kladných iónov na vnútornej strane membrány v porovnaní s na vonkajšej strane svojho prebytku difunduje von. V tomto prípade sú kladné náboje leží smerom von, a nie sú schopné difundovať anióny zostávajú vo vnútri bunky, vytvára electronegativity vnútornej strane membrány. Ak je gradient záporne nabitým aniónom nastáva opačný účinok. Napríklad prebytok chloridových aniónov vedie k vonkajšej strane negatívneho náboja v bunke, pretože negatívne nabité ióny chlóru difundovať do bunky, pričom na vonkajšej nie je schopný kladných iónov difúzie.

štvrtý, priepustnosť sodné a draselné kanály dochádza k rýchlej zmeny v priebehu prenosu nervových impulzov, zatiaľ čo priepustnosť chloridový kanál nie je významne počas tohto procesu meniť. Preto je pre prenos signálov v nervových vlákien sú zodpovedné najmä rýchlych zmien sodíka a draslíka priepustnosť.

Video: kľudový potenciál

Meranie potenciálu bunkovej membrány

Spôsob merania membránového potenciálu teoreticky jednoduché, ale jeho realizácia v praxi je často ťažké vzhľadom k malej veľkosti väčšiny vlákien. Bunková membrána sa prepichne pipetou a vstrekuje sa do vlákna. Druhá elektróda, nazývaná indiferentný nachádza v extracelulárnej tekutine a s vhodného voltmetra na meranie potenciálneho rozdielu medzi vnútornou a vonkajšej strane membrány. Voltmeter je vysoko sofistikované elektronické zariadenie, ktoré umožňuje merať veľmi malé napätie, a to napriek extrémne vysokou odolnosťou proti elektrického prúdu mikropipety špičkou, ktorej priemer - menej ako 1 mikrometer, a odpor - viac ako 1 milión ohm. Pre detekciu rýchlych zmien membránového potenciálu v oblasti prenosu nervových impulzov mikroelektródy je pripojený k osciloskopu.

Video: Michael Sachs (Michael Zaks) Nelineárna dynamika. Prednáška # 5

Spodná časť obrázku ukazuje Hodnota elektrického potenciálu, merané v akomkoľvek bode membrán nervových vlákien alebo jeho (zľava doprava na obrázku). Kým elektróda sa nachádza mimo membrány nervového vlákna, registre nulovému potenciálu zodpovedá potenciálu extracelulárnej tekutiny. Potom, pri prechode záznamové elektródy v bunkovej membráne zmeny napätia zóny (tzv dipólové vrstvy) kapacita prudko klesá na -90 mV. Počas pohybu elektródy cez potenciálnej hodnoty stredu vlákna zostáva konštantný na -90 mV, ale vracia na nulu v okamihu priechodu membránovú elektródou na opačnej strane vlákna.

že negatívne nabité membrány zvnútra, byť transportovaný von kladné ióny v množstve dostatočnom iba k vývoju elektrického dipólu vrstvu v samotnej membrány. Všetky ostatné ióny vnútri nervových vlákien a môžu byť pozitívne alebo negatívne. V dôsledku toho, aby sa stanovil rozsah normálny pokojovej potenciálu -90 mV až do nervového vlákna skrz membránu by mal prejsť veľmi malé množstvo iónov, tj. o 1/3000000 - 1/100000000 celkový počet kladných nábojov vo vláknach. V dôsledku toho je pohyb ako malý počet kladných iónov z vonka do vlákna môže poskytnúť zmenu (reverznej) potenciálu -90 mV na +35 mV počas menej ako 1/10000 sekundy.