Calcularea potențialului de difuzie. Măsurarea potențialului membranei celulare

Video: Neuronii Curs 4 - membrană

Când membrana este permeabilă pentru mai mulți ioni diferiți, potențialul total de difuzie depinde de trei factori: polaritatea sarcinii electrice a fiecărui iona- (2) permeabilitatea membranei (P) pentru fiecare iona- (3) Concentrația (C) a ionilor respectivi în (i) și exteriorul membranei (o) . Formula menționată Goldmana ecuație sau ecuația Goldman-Hodgkin-Katz, permite calcularea potențialului de membrană pe partea interioară a membranei, în cazul în care este permeabilă la doi ioni monovalenți pozitivi (Na + și K +) și un monovalent negativ ion Cl-. EMF (mV) = -61 • log (CNaiPNa + CKIe + Pk + Ccli + Pcl) / (CNa0PNa + CK0 + Pk + Ccl0 + Pcl).

Luați în considerare această ecuație. în primul rând, sodiu, potasiu și clor - cele mai importante ionii implicate în generarea de potențiale ale membranei fibrelor nervoase și musculare, precum si in neuronii sistemului nervos. Gradientul de concentrație a fiecăruia dintre acești ioni de pe ambele părți ale membranei ajută la determinarea cantității de potențial de membrană.

În al doilea rând, gradul contribuției fiecăruia dintre acești ioni în potențialul de membrană este proporțională cu mărimea permeabilității membranei pentru ioni. Astfel, în cazul în care membrana are o permeabilitate la zero la ionii de potasiu și clor, potențialul de membrană este complet determinată doar de gradient de concentrație de ioni de sodiu și potențialul rezultat este potențialul Nernst de sodiu. Acest lucru este valabil pentru oricare dintre celelalte două ioni în cazul în care membrana este permeabilă selectiv doar la una dintre ele.

treilea, gradient pozitiv concentrația ionilor de îndreptat dinspre interior spre exterior, ceea ce duce la apariția de sarcină negativă în interiorul celulei. Acest lucru se datorează faptului că la concentrații mai mari de ioni pozitivi pe interiorul membranei față de partea exterioară a excesului lor diffuses spre exterior. În acest caz, sarcinile pozitive sunt situate în exterior, și nu sunt în măsură să difuzeze anioni să rămână în interiorul celulei, creând o electronegativitatea de partea interioară a membranei. Dacă există un gradient pentru un anion încărcat negativ, efectul opus are loc. De exemplu, excesul de anioni de clor duce la exteriorul sarcinii negative din interiorul celulei, deoarece ionii de clor încărcate negativ difuzează în celulă, lăsând în exterior nu este capabil de difuzie ioni pozitivi.

al patrulea, permeabilitate de sodiu și canalele de potasiu suferă schimbări rapide în timpul transmiterii impulsurilor nervoase, în timp ce permeabilitatea canalelor de clor nu se modifică semnificativ în timpul acestui proces. Prin urmare, pentru transmiterea semnalelor în fibrele nervoase sunt responsabile în principal rapidă permeabilitate schimbările de sodiu și potasiu.

Video: un potențial de repaus

Măsurarea potențialului membranei celulare

Metoda de măsurare a potențialului de membrană teoretic simplu, dar punerea sa în aplicare, în practică, este adesea dificil din cauza dimensiunii mici a majorității fibrelor. Membrana celulară este străpunsă printr-o pipetă și injectat în fibra. Celălalt electrod, numit indiferente Situat în fluidul extracelular și cu un voltmetru adecvat pentru măsurarea diferenței de potențial dintre fețele interioare și exterioare ale membranei. Voltmetrul este un dispozitiv electronic extrem de sofisticat, care permite să se măsoare foarte mici de tensiune, în ciuda rezistenței extrem de mare la vârful curent electric micropipetă, al cărui diametru - mai mic de 1 micron, iar rezistența - peste 1 milion de ohmi. Pentru detectarea modificărilor rapide ale potențialului de membrană în transmiterea impulsurilor nervoase microelectrozi este conectat la osciloscop.

Video: Michael Sachs (Michael Zaks) Nonlinear Dynamics. Curs # 5

Partea de jos a figurii arată Valoarea potențialului electric, măsurată în orice punct al membranelor fibrelor nervoase sau a lui (stânga la dreapta în figură). In timp ce electrodul este situată în afara membranei fibrei nervoase, registre la zero potențial corespunzător potențialului fluidului extracelular. Apoi, atunci când trece prin electrodul de înregistrare în zona membranei celulare a variatiilor de tensiune (așa-numitele straturi dipol electric) capacitate scade brusc la -90 mV. În timpul deplasării electrodului prin valoarea potențială centru de fibră rămâne constantă la -90 mV, dar revine la poziția zero în momentul trecerii prin electrod membrană pe partea opusă a fibrei.

că membrane încărcate negativ din interior, pentru a fi transportat ioni pozitivi spre exterior într-o cantitate suficientă numai pentru a dezvolta un strat dipol electric în membrana în sine. Toți ceilalți ioni în interiorul fibrelor nervoase, și pot fi pozitive sau negative. Prin urmare, pentru a stabili amploarea potențialului de repaus normal al -90 mV la interiorul fibrei nervoase prin membrana trebuie să treacă un număr foarte mic de ioni, adică despre 1/3000000 - 1/100000000 numărul total de sarcini pozitive în fibrele. Prin urmare, mișcarea ca un număr mic de ioni pozitivi din exterior în fibra poate oferi o schimbare (inversare) a potențialului de -90 mV la +35 mV în mai puțin de 1/10000 sec.