Биоэлектрические потенциалы

Биоэлектрический потенциал – это разность потенциалов между двумя точками живой ткани, определяющая ее биоэлектрическую активность.

Потенциал покоя – это разность потенциалов между цитоплазмой и окружающей средой в нормально функционирующей клетке.

Через мембрану проходят потоки разных ионов. Основной вклад в суммарный поток вносят ионы натрия (Na ⁺), калия (К ⁺) и хлора (Cl ^–) Суммарная плотность потока этих ионов с учетом знаков:

J = J_{Na +} + J_{K +} – J_{Cl –} .

В стационарном состоянии J = 0.

Для потока различных ионов электрический мембранный потенциал (потенциал покоя) равен

(2.3.50)

Здесь квадратными скобками [] _i и [] _o обозначены концентрации ионов, соответственно, внутри и вне клетки; Р – проницаемости мембраны для данного вида иона; F – постоянная Фарадея; R – универсальная газовая постоянная; T – абсолютная температура в Кельвинах.

Выражение (2.3.50) носит название уравнения Гольдмана–Ходжкина–Катца. При температуре 30°С потенциал покоя составляет j_М = – 59,7 мВ.

Из (2.3.50) можно получить уравнение для равновесного состояния. При этом следует пренебречь проницаемостями мембраны для всех ионов, кроме ионов одного вида. Тогда имеем уравнение Нернста:

j_М = – (RT / FZ) ln ([ C_i ]/[ C_o ]), (2.3.51)

где [ C_i ] – концентрация ионов внутри клетки, [ C_o ] – концентрация ионов вне клетки, Z – валентность иона.

Эту разность потенциалов называют равновесным мембранным потенциалом.

Пример 19. Определить равновесный мембранный потенциал на мембране, если отношение концентраций калия внутри и снаружи равно 100 при температуре 30°С.

Дано: [ C_i ]/[ C_o ] = 100,

Т = 273°С + 30°С = 303 К,

R = 8,31 Дж/моль×К,

F = 96000 Кл/моль.

Найти: j_М.

Решение. Равновесный мембранный потенциал определим с помощью уравнения Нернста (2.3.51):

j_М = – (RT / FZ) ln ([ C_i ]/[ C_o ]) = – (8,31×303/96000) ln (100) = – 121 мВ.

Пример 20. Потенциал покоя клетки при температуре 25°С равен – 60 мВ. Определить концентрацию ионов калия снаружи клетки, если внутри она равна 400 мМ.

Дано: Т = 273°С + 25°С = 298 К,

j_М = – 60 мВ = – 60×10^–3 В,

[ C_i ] = 400 мМ,

R = 8,31 Дж/моль×К,

F = 96000 Кл/моль.

Найти: [ C_o ].

Решение. Используем уравнение Нернста (2.3.51), откуда выразим концентрацию ионов калия снаружи клетки:

j_М = – (RT / FZ) ln ([ C_i ]/[ C_o ]) Þ [ C_o ] = [ C_i ]/exp(– j_МF/RT) = 39 мМ.

Ответ: 39 мМ.

Поиск по сайту: