Биоэлектрические потенциалы Лекция 4 План 1 Понятие

Биоэлектрические потенциалы Лекция 4

План 1. Понятие “биоэлектрогенеза” и “биопотенциала”. Основные клеточные условия. 2. “Потенциал покоя”, “потенциал инверсии”, “потенциал действия”и их математическое описание. 3. Понятие критического уровня деполяризации (КУД). 4. “Калий натриевый насос” и принцип его работы. 5. Механизмы проведения возбуждения вдоль мембраны клетки.

Понятие “биоэлектрогенеза” и “биопотенциала”. Основные клеточные условия Биоэлектрогенез это возникновение и распространение электрических потенциалов в процессе жизнедеятельности клеток, тканей и целых органов. Эти потенциалы еще называют биопотенциалами.

Процесс диффузии, как самопроизвольный перенос частиц в сторону меньшей концентрации, называется пассивным транспортом. Движение же частиц в сторону большей концентрации, приводящее к увеличению разности концентраций в разных областях, именуется активным транспортом. Его можно осуществить только “принудительно”, то есть с затратой энергии.

Основные клеточные условия для биоэлектрогенеза. 1) концентрация калия в клетке примерно в 40 раз больше, чем снаружи: (1) 2) концентрация натрия в клетке примерно в 10 раз меньше, чем снаружи: (2)

3) в покое мембрана в основном проницаема для К+ он пропускается примерно в 20 раз лучше, чем Na+, то есть отношение проницаемостей равно (3) 4) при возбуждении мембрана в основном проницаема для Na+ он пропускается примерно в 30 раз лучше, чем К+: (4)

“Потенциал покоя”, “потенциал инверсии”, “потенциал действия”и их математическое описание. Потенциал покоя (ПП) это мембранный потенциал, образующийся на мем бране клетки в состоянии покоя. А потенциал инверсии (ПИ) это мембранный потенциал, образующийся на мембране клетки в состоянии возбуждения, соответственно. Оба они образуются в результате пассивного транспорта определенных ионов через клеточную мембрану.

Возникновение “потенциала покоя”

Формула для потенциала покоя

Возникновение “потенциала инверсии”

Формула для потенциала инверсии

Потенциал действия пд = пп + пи

Понятие критического уровня деполяризации (КУД) При воздействии на клетку какого либо раздражителя, ее мембрана начинает деполяризоваться, а мембранный потенциал уменьшается по величине. Если мембранный потенциал достигает определенного значения, дальнейшая деполяризация мембраны происходит автоматически, уже без участия раздражителя. Такое значение мембранного потенциала называется КУД критический уровень деполяризации.

Сильное влияние на мембранные белки относительно небольшого изменения мембранного потенциала объясняется тем, что из за малой толщины мембраны клетки, электрическое поле в мембране изменяется очень сильно. Например, при изменении м на 10 м. В в мембране толщиной 10 нм, электрическое поле изменяется на 1 к. В/мм.

Строение биологической мембраны

Строение ионного канала

“Калий-натриевый насос” и принцип его работы Для поддержания способности клетки возбуждаться, разность концентраций ионов K+ и Na+ по разные стороны клеточной мембраны нужно регулярно восстанавливать. Механизмом такого восстановления разности концентраций ионов К+ и Na+ (в клетке и вне нее) и является калий-натриевый насос. Он должен переносить ионы К+ внутрь, а Na+ наружу клетки, т. е. в сторону их большей концентрации. Следовательно, этой системе для осуществления активного транспорта требуется энергия.

Калий натриевые насосы являются сложными белковыми комплексами в мембране клетки, которые выполняют свою функцию путем конформационных изменений за счет энергии, выделяемой при гидролизе аденозинтрифосфата (АТФ) в аденозиндифосфат (АДФ). Особенность механизма калий натриевого насоса состоит в том, что он осуществляет “сопряженный” перенос ионов: за один цикл работы насоса три иона Na+ переносятся во внешнюю среду клетки и два иона K+ внутрь клетки. Причем, ионы Na+ активируют насос на внутренней поверхности клеточной мембраны, а ионы K+ на внешней.

Механизмы проведения возбуждения вдоль мембраны клетки Различают два внутриклеточных способа передачи возбуждения: механизм “локальных токов” и “сальтаторный” механизм.

Механизм локальных токов

Сальтаторный механизм