Ionos mechanizmusai a nyugalmi potenciál - mentes esszék az Ön számára
Nyugalmi, a neuronális membrán tartjuk állandó elektromos potenciál, ahol az intracelluláris környezet negatívan töltött képest az extracelluláris. Mivel intracellulárisan több káliumionok és nátrium-ionok, és kevesebb klórt, mint azon kívül, minden egyes ilyen ionok hajlamos áthatolni a membránon keresztül az irányba elektrokémiai gradiens, azaz a kálium-ionok arra törekszenek, kifelé és nátrium-ionok és a klór - a sejtbe. Ez megakadályozza, hogy mozgását a membránpotenciál. Ha képzelni egy egyszerűsített modell egy olyan sejt membrán, amely áteresztő csak a kálium és a klór, akkor lehetséges, hogy egyensúlyt koncentrációgradiensek és a membrán potenciál, amely a teljes áram az egyes ionok nulla. Ezután a membránpotenciál pontosan azonos lesz az egyensúlyi potenciál ezen két ion.
Ha egy ilyen modell változtatni extracelluláris kálium koncentráció, majd módosítsa az egyensúlyi potenciálja kálium, és így a membrán potenciált. Változások extracelluláris koncentrációjának a klór, éppen ellenkezőleg, vezet a megfelelő változást a sejten belüli szinten. Ezért sem az egyensúlyi potenciálja klór- vagy membránpotenciál nem változik.
Valódi sejt membrán áteresztő nátrium is. Nyugalmi, a nátrium-ionok folyamatosan mozog a sejtbe, így csökkentve a negatív töltés a membránon. Mivel ebben az esetben a kálium nem egyensúlyi, akkor kezd kifolyni a cellában. Amennyiben a kompenzáció megállapodások, így nátrium- és kálium-mozgás vezetne a változást a sejten belüli koncentrációját. Ez nem fordul elő, mivel a nátrium--kálium pumpa hőcserélő szállításakor nátriumionok ki, és a kálium-ionok beáramlását a sejtbe arányban 3: 2. Nyugalmi membrán potenciál függ a nátrium- és kálium-egyensúlyi potenciáljának, relatív permeabilitása a sejtmembránok ezen ionok, valamint a sztöchiometria nátrium-kálium pumpa. Nyugalmi, az átvitel sebessége a nátrium és a kálium pumpa pontosan kompenzálja passzív szivárgását ezen ionok. Nátrium-kálium-hőcserélő közvetlenül is hozzájárul a membránpotenciál (néhány mV), ahogy mozog több pozitív töltés, hogy a külső, mint a sejten belül.
Attól függően, hogy a szállítási mechanizmus, az egyensúlyi potenciál klór egyaránt lehet több és kevesebb negatív tekintetében a többi lehetséges. A jelenléte egy nagy fehérítő permeabilitás fontos szerepet játszik az elektromos stabilitása sok sejtek, annak ellenére, hogy az eloszlás a klórionok nem olyan fontos a kialakulását a nyugalmi potenciál.
Előfordulása elektromos jelek az idegsejt történik elsősorban a változások membrán permeabilitást az ionok, mint például a nátrium és a kálium. Permeabilitásának növelésére a membrán lehetővé teszi ionok mozgatni belül vagy kívül a sejtek irányában elektrokémiai színátmenetek. permeabilitás változások függ ioncsatornák aktiválódnak. Mozgó keresztül ioncsatornák a membrán vezet töltéssűrűség változást illetően, és így a membrán potenciál. Ahhoz, hogy megértsük az elvet előfordulása egy elektromos jel megértéséhez szükséges jellegét iongradiensváltozások a membránon keresztül, valamint hogyan befolyásolják a nyugalmi potenciál.
Kezdjük azzal, nézi a modell ideális sejt ábrán látható 1.1. Ebben a cellában tartalmaz káliumionok, nátriumionok, és a klór, valamint a nagy anionok. A cellát oldatba helyezzük, amely nátrium-és kálium-ionok. Egyéb jelenlévő ionok valós sejtek nem játszanak fontos szerepet a kialakulását a nyugalmi potenciál és ezért nem tekinthető ebben a modellben. Ionkoncentráció belül és kívül a sejtek körülbelül megfelel a kapott átlagértékek a béka sejtek. Emlősök és madarak, ezek az értékek valamivel magasabb sejtek, és a tengeri gerinctelenek, mint a tintahal - lényegesen magasabb, mint a béka (lásd 1.1 táblázat ..). Ez a modell úgy véli, egy sejtmembrán-permeábilis a kálium és a klór, de nem a nátrium-és intracelluláris anion. Ahhoz, hogy a sejt volt stabil állapotban, akkor három feltételnek:
1.1 ábra A eloszlását ionok ideális sejt.
A membrán permeábilis K és Cl, de nem ereszti át a anionok és intracelluláris Na (A). Kálium-ion koncentráció gradiens megkönnyíti a kilépés ionok a sejt (fekete nyíl); potenciálgradiens hajlamos mozogni kálium-ionok beáramlását a sejtbe (szürke nyíl). Nyugalmi állapotban a két erő kioltja egymást. Koncentrációgradienseket elektromos és klór ellentétes irányban. Az ionos koncentrációkat kifejezve millimol (mmol).
1. intracelluláris és extracelluláris környezet nek semlegesnek kell lennie. Például, az oldat nem állhat csak kloridionmentesre. A negatív töltés az ionok kell ellensúlyozni a pozitív ionok, mint például a nátrium- vagy kálium-(egyébként kölcsönös taszítása az azonos töltésű részecskék pusztulását eredményezik az oldat).
2. A ketrec kell lennie ozmotikus egyensúlyt. Ellenkező esetben, a víz behatol a sejtbe (vagy ki) egészen az egyensúlyi állapot eléréséig. Az ozmotikus egyensúly akkor jelentkezik, amikor a feltétel az egyenlőség az oldott anyag összkoncentrációját részecskéket belül és a sejten kívül.
3. A teljes töltés az egyes ion hajtjuk át a sejtmembránon, nullának kell lennie.
Mivel létre és tartja fenn ion színátmenetek és a megfelelő elektromos potenciál? 1-1 ábra azt mutatja, hogy az ionok a fordított helyzetben: kálium-ionok sokkal koncentráltabb a sejt belsejében, és a klór ionok kívül. Képzeljük el, hogy a sejtmembrán áteresztő csak kálium ionokat. Felmerül a kérdés, hogy miért ezek az ionok nem diffundál ki a sejt külső amíg a koncentráció egyenlő belül és kívül a sejt. Ennek az az oka az, hogy ha a kálium-ionok hagyhatja el a sejtet, a pozitív töltés felhalmozódott a külső. és fölös negatív töltés van kialakítva a sejten belül. Alakult így csökkenti a sebességét elektromos potenciálkülönbség kálium ionok, és amikor elér egy bizonyos szintet vezet a teljes megszűnése. Ez az egyensúlyi potenciálja kálium (EK). Egy potenciális elektromos gradiens Ek teljesen kiegyensúlyozza a kémiai grádiens, ami ion mozgásban megszűnik. Egyedi még kálium-ionok áramlanak a sejtbe, és abból származó, de a teljes áram nulla. Kálium-ionok egyensúlyban vannak.
Feltéve, kálium-ionok egyensúlyi ugyanazok, mint leírt az elemzés a nulla összegű keresztül folyó áram egyetlen csatornán egy kis része (tapasz) a membrán.
Ebben az esetben, egyensúlyban egy koncentrációgradiens a potenciális alkalmazni a patch-elektród.
Egy fontos különbség a leírt helyzet az, hogy a mozgás az ionok maga is termel elektromos potenciál kiegyenlítő és megállás ezt a mozgást.
Más szóval, a mérleg ezt a modellt úgy érjük el, automatikusan és elkerülhetetlen. Emlékezzünk, hogy a 2. fejezetben az egyensúlyi potenciálja kálium kapjuk a Nernst-egyenlet:
ahol [K] 1 és [R] 0 - intracelluláris és extracelluláris koncentráció kálium, ill. Egy sejt, ábrán látható 1.1, megkapjuk az EK = - 85 mV.
Tegyük fel most, hogy a membrán, továbbá a kálium, egyre több és klorid-csatornákkal. Ami a anionok z = - 1, megkapjuk az egyensúlyi potenciálja klór:
vagy, a logaritmus tulajdonságok
Ahhoz, hogy a modell egy ideális sejt arányt koncentrációjú klórt, ami szintén egyenlő 1: 30, és a klór egyensúlyi potenciál egyenlő - 85 mV. Mivel ez a helyzet a kálium-membránpotenciál érték - 85 mV pontosan kiegyenlíti az a tendencia, a klór ionok mozgatni az irányt a koncentráció gradiens, vagyis a a sejt belsejébe.
Összefoglalva megállapíthatjuk, hogy megakadályozza az membránpotenciál a sejt belsejében, mint a klór- és a kálium a sejtből, hogy a külső. Az egyensúlyi potenciálok a két ionok, mert az arány a intracelluláris és extracelluláris koncentráció azonos (1: 30). Mivel a kálium és a klór csak azokat az ionokat a mi modell képes áthatolni a sejtmembránon, és a - 85 mV mindkét ion egyensúlyban vannak, a sejt lehet tetszőlegesen hosszú nyugalmi, amelyben a teljes mozgás az ionok a sejtbe, és ki a sejt lesz egyenlő nulla.
Mozgó kifelé kálium-ionok és a klorid ionok a sejtbe felhalmozódásához vezet a negatív töltés a cellában, és egy pozitív - az extracelluláris térben. Első pillantásra ez a helyzet elvével ellentétes az elektromos semlegesség, de ez nem az. Káliumionok hagyva a ketrec felhalmozódnak a közvetlen közelében a membránon, miközben a negatív töltésű műholdak maradnak a sejten belül a közelében a belső felületén ugyanazon membrán. Mindkét valójában kívül a fő része a megoldásnak, mind extra- és intracelluláris. Hasonlóképpen, a kloridionok bejut a citoplazmába, közel maradnak a membrán, és társaik előtt balra halad a membránon keresztül felhalmozódott a közelben. Ionok képződnek két réteg - a külső kationok és anionok a sejten belül, amelyek birtokában a membrán miatt kölcsönös vonzás. Ily módon a membrán működik, mint egy kapacitív választóvonal és tárolja tölteni.
Ez nem azt jelenti, hogy a kálium-ionok és a klór ragasztott a felületek a membrán. A kiválasztott ionok cserélődnek ionokkal szabadon belül - vagy extracelluláris oldatban. Azonban, a töltés felhalmozódott a membránon érintetlen marad, és az oldatokat - semleges.
Érdekes kérdés, milyen arányban száma ionok sejtbe ionok halmozódnak a membránon. Arányuk elhanyagolható. Feltételezve, hogy a sejt átmérője 25 mikron, majd koncentrációban 120 mM teljes száma kationok (és így anionok), így 4 1012. Amikor a membrán potenciálját - 85 mV töltés mennyiség megoszlik a membrán kb May 1011 egyértékű ionok per cm2. Amikor a felülete a sejt augusztus 10-05 cm2 kapunk, hogy a belső felületén a membrán mintegy 4107 halmozódik negatív ionok, vagy 100000. teljes ionok száma az intracelluláris oldatot. Ezért, elmozdulás kálium-ionok és a klór kielégítő hogy hozzon létre egy membránpotenciál, nem befolyásolja a koncentrációját ionok a sejtben.
Hatása extracelluláris kálium és a klór a membránpotenciál
A membrán potenciálját neuronokat, valamint sok más sejt változások által érintett extracelluláris kálium koncentráció, de klórt nem. Utalva a modell ideális cellában. Azt, hogy a feltételezés (jelenlegi helyzet megoldásához), hogy a kötet az extracelluláris folyadék végtelenül nagy, és hogy a mozgás az ionok nem jelent lényeges változást a koncentráció ionok a sejten kívül. Ábra 1.2 megmutatja a változásokat az ionos összetétele intracelluláris és membránpotenciál okozta növekedése extracelluláris kálium 3-6 mM. Ahhoz, hogy a kezdeti ozmolaritás, egyidejűleg azzal a kiegészítéssel, 3 mM kálium-t eltávolítottuk az oldatból 3 mmol nátrium, miáltal a teljes koncentráció oldott ionok maradt 240 mM. Fokozott extracelluláris koncentrációjának kálium csökkenéséhez vezet annak transzmembrán grádiens vezetési ionokat a sejtből, hogy a külső. Ebben az esetben, a kezdeti szakaszban a membránpotenciál nem változik. Az eredmény egy teljes átviteli pozitív töltés a sejten belül. Miatt a felhalmozási pozitív töltés a belső felületén a membrán depolarizált. nátrium-ionok révén depolarizációja az egyensúly és elmozdítja a sejtbe. Mozgás kálium ionok és a klór addig folytatjuk, amíg, amíg egy új egyensúlyi állapot, amely egy új arány és egy új koncentráció szintje a membránpotenciál, ebben a példában - 68 mV.
A bemeneti és a kálium-kloridot a sejtbe kíséri sokk némi víz, aminek eredménye egy enyhe növekedését sejttérfogat. A folyamat során a elérve egy új egyensúlyi állapot kálium koncentráció növekszik 90-91 mmol, klóratom - 4-7,9 mmol, és a sejtek térfogata megnő 3,5%. Első pillantásra úgy tűnik, hogy a számos bejelentkezett klór sejt meghaladja a kálium mennyiségét, de képzeljük mi lenne a koncentráció, ha a cella térfogata nem növekszik: a koncentrációja mindkét ion magasabb lehetett volna 3,5%. Következésképpen, ahelyett, 7,9 mmol klór-koncentráció lenne 8,2 mm, és a kálium-koncentrációja legalább 94,2 mmol, azaz növeli mind a koncentráció azt jelentené, hogy 4,2%. Így, az első és a kálium-klór adja meg a cella körülbelül egyenlő mennyiségben (kivéve egy kis mennyiségű szükséges változó a díjat a membrán), és csak ezután a víz áramlik a sejtbe, csökkenti a koncentrációja mindkét ion a végső szint.
Fig.1.2 hatása az extracelluláris ion koncentráció, az intracelluláris koncentráció és a membrán potenciál. (A) Az extracelluláris kálium szintje megduplázódik, és a nátrium-koncentrációt csökkentjük annak érdekében, hogy fenntartsák ozmolaritása ugyanazon a szinten. (B) egyik felét az extracelluláris kloridion helyébe anionok nem hatolnak át a membránon (A). Az ionos koncentrációkat kifejezve millimol (mmol), a térfogat az extracelluláris tér tekinthető egy végtelenül nagy, összehasonlítva a térfogata a sejt, így a bemeneti és kimeneti az ionok a membránon keresztül nem változtatja meg az extracelluláris koncentrációját.
Hasonló megfontolások érvényesek abban az esetben növeli a sejten kívüli koncentrációját klór, azzal a különbséggel, hogy ebben az esetben nem változik a membrán potenciál. Ábra. 1.2V eredményét mutatja egy 50 százalékos csökkenését a klór koncentrációja az extracelluláris oldatban történő helyettesítésével 60 mmol klórt más anion, amely nem hatol át a membránon. Klorid ionok sejtekből származó, ezáltal depolarizáló a membrán a klórt egy új egyensúlyi szint (-68 mV). Kálium, mérlegen is kezd kifolyni a cellából. Ahogy az előző példában, mind ionok hagyhatja el a sejtet egyenlő mennyiségben, hordozó a víz. Csökkent intracelluláris kálium-szintek kicsi százalékban kifejezve, mert a kezdeti koncentráció a sejtben nagy. Éppen ellenkezőleg, a csökkenés az intracelluláris klorid szintje nagyon fontos, és ez maga után vonja jelentős változás az egyensúlyi potenciál klór. Mivel a klór kimenete a sejt klór potenciális egyensúlyi érték ismét megközelíti az eredetit. A folyamat mindaddig folytatódik, amíg az egyensúlyi potenciáljának a kálium és a klór egyenlő, és a membrán potenciál nem fogja vissza az eredeti értékére
Schlegel GG History of Microbiology.
Lót LI A morfológiai és anatómiai magasabb rendű növények.
Alekseev VI Kaminsky VA Applied Molecular Biology.
EM Galimov A jelenséget az élet. Az eredete és fejlődése a elveket.