Информация

Клетъчна биология - Потенциали на мембраната в покой

Клетъчна биология - Потенциали на мембраната в покой


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Защо казваме, че има общ отрицателен заряд от вътреклетъчната страна на плазмената мембрана в покой и общ положителен заряд от извънклетъчната страна, когато калият и натрият са положително заредени йони и те са в относително равни количества от двете страни ? Струва ми се, че и двете страни трябва да са положително заредени, а аз не мога да си мисля.


Потенциалът на мембраната в покой е напрежението, при което няма нетен поток на йони през мембраната.

Всеки йон ще има тенденция да тече надолу по градиента на концентрацията си (това е просто основен принцип на физиката/химията). Така че, без да се има предвид заряда, за типична клетка калият ще има тенденция да изтича, натрият ще има тенденция да се влее, а другите йони също ще се държат според градиента на концентрацията си.

Другата важна част от уравнението е относителна пропускливост на мембраната към всеки йон. Това идва главно от наличието на йонни канали. В покой типичната клетка има по-голяма пропускливост за калий, отколкото натрий.

Това означава, че ако движещата сила за натрия и калия е една и съща (не е идентична при 0 mV, но е доста близка), повече калий ще се движи, отколкото натрий.

Ако дефиницията на потенциала на покой е потенциалът, при който нетният поток на заряд е равен на нула и като се вземат предвид само натрий и калий, тогава почивката трябва да бъде там, където вливането на натрий е равно на изтичането на калий. Тази ситуация се случва, когато вътрешността на клетката е отрицателно заредена в сравнение с външната: напрежението на мембраната "задържа" калий вътре и "дърпа" малко натрий, така че техните токове са равни и противоположни, въпреки по-високата пропускливост за калий.

Имайте предвид, че напреженията, за които говорим в невроните, от порядъка на 10s mV, са много малки, а електрическите сили са много силни. Концентрациите на положителни и отрицателни йони са почти идентични от двете страни на мембраната: само няколко йона всъщност трябва да се движат, за да направят (биологично) голямо мембранно напрежение. Това, което всъщност е важно е пропускливости: това прави потенциалите за действие и други форми на невронно сигнализиране осъществими.


Лаборатория 2 - Потенциал на покой на мембраната

В тези упражнения ще моделирате генерирането на мембранни потенциали в живите клетки чрез създаване на изкуствена “клетка” с полупропусклива мембрана. Тази моделна клетка ще ви позволи да контролирате концентрацията на няколко йона “вътре” и “извън” клетката и измерване на получените мембранни потенциали. Резултатите от тези експерименти могат да се използват за определяне на относителната пропускливост на мембраната за различни йони, както и на мембранния капацитет.


Тъканно инженерство на бъбреците

Стволови клетки от околоплодна течност

AFSCs са друг потенциален клетъчен източник за лечение на бъбречна недостатъчност. Наскоро човешки AFSCs (hAFSCs) бяха изолирани от околоплодна течност и култивирани in vitro [99]. Изолираните AFSC запазват висок потенциал за самообновяване, плъхове с висока пролиферация над 250, удвояване на популацията и способност за мултидиференциране, без да се съобщава за образуване на тератома in vivo. От значение тук беше демонстрацията на способността за диференциация на AFSCs в бъбречно-специфични линии [77].

Последните предклинични проучвания, използващи AFSCs, демонстрират техните възможни терапевтични ефекти при лечение на бъбречни заболявания [58–61]. Hauser et al. съобщават, че интравенозната инфузия на hAFSCs показва по-бързо възстановяване на бъбречната функция при модел на остра бъбречна недостатъчност в сравнение с лечението с BM-MSCs [58]. В друго проучване, предварителното кондициониране на hAFSCs с невротрофични фактори постига подобрени резултати от бъбречната функция в сравнение с използването на hAFSCs без предварително кондициониране в модел на AKI [59]. В допълнение, инжектирането на AFSCs предотвратява бъбречната фиброза и запазва бъбречната функция в миши модел на CKD [60] и свински модел на бъбречна трансплантация [61].


Потенциал на мембраната в покой

Потенциалът на мембраната в покой на неврона е електрическият потенциал или напрежението през плазмената мембрана на нестимулирана нервна клетка [1] . Това се случва, когато нетният поток от йони през плазмената мембрана е равен на нула. При хората се казва, че това е около -70 mV [2] . Това означава, че вътрешността на клетката е отрицателно заредена в сравнение с външната.

Потенциите на мембраната в покой се поддържат от два различни типа йонни канали: натриево-калиева помпа и канали за изтичане на натрий и калий. Първо, има по-висока концентрация на калиеви йони вътре в клетката в сравнение с външната страна на клетката. Това създава неравномерно разпределение на калиеви йони или по-точно се създава градиент на калиеви йони. Следователно, след градиента на концентрацията, калиевите йони ще дифундират от вътрешността на клетката към външната страна на клетката чрез нейните пропускливи канали. Тъй като калиевите йони напускат клетката, това увеличава броя на анионите, уловени вътре в клетката, като по този начин се натрупват отрицателни заряди, а положителните се натрупват извън клетката. Следователно повече положително заредени йони се отстраняват от клетката, отколкото влизат в нея, което прави вътрешната среда на клетката сравнително отрицателна спрямо външната [3] .

Натриево-калиевата помпа извежда три натриеви йона извън клетката за всеки два калиеви йона, които се движи в клетката непрекъснато. Следователно той поддържа големия градиент на калиеви йони през мембраната, което от своя страна осигурява основата за покой на мембранния потенциал. Отрицателно заредените макромолекули или йони, обикновено хлоридни йони, не могат да преминат през плазмената мембрана, тъй като са твърде големи, за да бъдат преместени в или извън клетката през хлоридните канали. Това се дължи на това, че каналите са твърде големи и обемисти, поради което анионите остават уловени вътре в клетката [4] .

Потенциалът на мембраната в покой може да бъде измерен чрез поставяне на един микроелектрод вътре в клетката и друг извън клетката. Стойностите се генерират в миливолтове (mV). Сравняват се съотношенията на отрицателните и положителните заряди между вътрешната и външната част на клетките [5] .


Селективност на мембраната към йонна дифузия

Без да убиваме SEO чрез преразглеждане на материалите, налични другаде на този сайт, ще бъде достатъчно да се каже, че липидният двуслой на клетъчната мембрана е неполярна бариера и следователно доста ефективно предотвратява обмена на полярни вещества между вътреклетъчната и извънклетъчната среда. Следователно, клетъчната мембрана поддържа своята пропускливост за йони чрез улеснена от протеин дифузия, т.е. йонните канали позволяват трафик на йонни видове през мембраната.

Това е следващата най-важна концепция, която трябва да се абсорбира: клетъчната мембрана не е напълно непроницаема за йони структура и се осъществява контролирано движение на йони през мембраната. Въпреки че натриевите канали съществуват, те са малко - и така типичните животински клетки са предимно пропускливи за калиеви йони, поради наличието на "канали за изтичане". Тези калиеви канали са отворени по всяко време, при всички потенциални напрежения на мембраната (т.е. това не са волтаж-зависими канали) и нямат естествени лиганди на затвора, нито са повлияни от някой от конвенционалните блокери на калиеви канали. Lesage et al (2000) ги описват по-подробно (в обобщение, те са димерни протеини на канал с две пори, известни също като K2P канали и в момента има около 15 семейства от тях).

По този начин наличието на тези канали позволява непрекъснато бавно изтичане на калий в извънклетъчната течност по градиента на химичната концентрация.


Ядро

Какво е мембранен потенциал?

Мембранният потенциал е величината на електрическия заряд през плазмената мембрана, изразена като потенциал вътре в клетката спрямо извънклетъчния разтвор. Измерва се в миливолтове (mV).

Всички клетки имат мембранен потенциал, въпреки че мембранният потенциал в покой и способността за промяна на мембранния потенциал (възбудимост) варира между различните типове клетки. Мембранните потенциали осигуряват основата на клетъчната сигнализация във всички клетки.

Таблица - Потенциите на мембраната в покой на различни типове клетки

Оригинал на SimpleMed от Джошуа Брей

Установяването на мембранен потенциал изисква два ключови критерия:

  1. Градиенти на йонна концентрация (което води до асиметрично разпределение на йони)
  2. Селективна пропускливост към определени йони (чрез канали) – главно K + , Na + и Cl -

Движението на йони води до разделяне на заряда през мембраната: това е мембранният потенциал.

В Na + /K + помпа е слабо електрогенен, като допринася за приблизително -5 mV за потенциала на мембраната в покой. Въпреки това, той е косвено отговорен за целия мембранен потенциал, докато се създава и поддържа йонните градиенти необходими за генериране на мембранния потенциал.

Диаграма - Градиентите на йонната концентрация, отговорни за мембранния потенциал

Източник на Creative Commons от smonsays [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

Това е реклама - ние ги използваме, за да поддържаме SimpleMed безплатно! Ако видите нещо, което ви харесва, моля кликнете върху него - поддържа сайта :)

Потенциал на покойната мембрана

Има два градиента, които определят нетното движение на йони:

  1. химически градиент – Еквивалентен на градиента на концентрация.
  2. Електрически градиент – Тенденцията на положителните йони да се придвижват към области с отрицателен заряд и отрицателните йони да се придвижват към области с положителен заряд.

Да приемем, че мембраната е селективно пропусклива само за един йон – например K + . Ако концентрацията на K + е по-голяма вътре в клетката в сравнение с извън клетката, тогава K + ще започне да се движи извън клетката. Въпреки това, когато K + напусне клетката, клетката ще стане по-малко положителна и извънклетъчният разтвор ще стане по-положителен - това води до увеличаване на противоположния електрически градиент. Когато химическите и електрическите градиенти станат равни и противоположни, те се отменят взаимно, така че да има няма нетно движение на K + . Въпреки това, а отрицателен заряд остава през мембраната: потенциалът на мембраната в покой.

Мембранният потенциал, когато мембраната е селективно пропусклива само за един вид йони, е известен като равновесен потенциал (Е) за този йон. Можем да изчислим равновесния потенциал на йон, използвайки Уравнение на Нернст. Уравнението на Нернст за K + е както следва: Ек = RT/zF. ln([K + ]навън/ [K + ]в), където Р е газовата константа (8,314 J -1 K -1 mol -1 ), T е температура (K), z е зарядът на йона, Ф е константата на Фарадей (96500 C mol -1 ) и [K + ]в/навън са концентрациите на К + вътре и извън клетката съответно.

За да улесним изчисленията, можем да изчислим стойността на RT/F (T = 37 o C) и да преобразуваме естествения log (ln) в log10. Това ни дава: ЕК = 61/z. log10( [K + ]навън/[K + ]в).

Уравнението на Нернст може да се използва за всеки йон (както положителни, така и отрицателни йони).

Ако една мембрана е селективно пропусклива само за К +, нейният мембранен потенциал ще бъде при ЕК. В действителност обаче това всъщност никога не се случва, т.к реалните клетки са пропускливи за други йони също.

Равновесните потенциали на K + , Na + и Cl - при физиологична температура и концентрации са както следва:

Промяна на потенциала на мембраната

Потенциалът на мембраната може да бъде променен чрез промяна на пропускливостта на мембраната за различни йони – т.е. отваряне и затваряне на йонни канали.

Ако мембраната стане по-пропусклива за йон, това ще доведе до изместване на мембранния потенциал към равновесния потенциал за този йон.

Стойността на мембранния потенциал може да се промени в две посоки:

  • Деполяризация – Мембранният потенциал става по-малко отрицателни
  • Хиперполяризация – Мембранният потенциал става по-отрицателно

Отваряне Na + или Ca 2+ каналите ще доведат до деполяризация, докато отваряне К + или Cl - каналите ще доведат до хиперполяризация.

Диаграма - Графика, показваща промените в мембранния потенциал чрез промяна на потока Na + и K +

Оригинал на SimpleMed от Джошуа Брей

Това е реклама - ние ги използваме, за да поддържаме SimpleMed безплатно! Ако видите нещо, което ви харесва, моля кликнете върху него - поддържа сайта :)

Синаптично предаване

Синапсът е връзка между две възбудими клетки, където е химикал невротрансмитер е освободен от пресинаптична клетка, дифундира през синаптична цепнатина и се свързва с рецептори на постсинаптична мембрана. Това позволява преобразуването на електрически сигнал (потенциал за действие) в химичен сигнал (невротрансмитер), който генерира нов електрически сигнал в постсинаптичната клетка.

Синаптичното предаване може да се класифицира като бързо или бавно:

  • Бързо предаване – Включва лиганд-зависими йонни канали (например никотинови ацетилхолинови рецептори), които се отварят в отговор на свързване на невротрансмитер.
  • Бавно предаване – Включва Рецептори, свързани с G-протеин (напр. мускаринови ацетилхолинови рецептори), които активират каналите чрез директни и индиректни сигнални пътища.

Синапсите също могат да бъдат възбуждащи или инхибиращи:

  • Възбуждащи синапси причиняват мембрана деполяризация – Трансмитерите включват глутамат, допамин и ацетилхолин
  • Инхибиторни синапси причиняват мембрана хиперполяризация – Трансмитерите включват GABA и глицин

Колкото по-деполяризирана става постсинаптичната клетка, толкова по-вероятно е тя да достигне прага за генериране на потенциал за действие.

Диаграма - Графики, показващи възбудителния и инхибиторния постсинаптичен потенциал


Какво ще научите:

Потенциалната разлика в една клетка се дължи на малко натрупване на отрицателни йони във вътрешността на клетката (вътреклетъчна течност) и еднакво натрупване на положителни йони във външната повърхност на клетката (извънклетъчна течност). Разликата в потенциала на вътреклетъчната и извънклетъчната течност се открива чрез волтаметър. Потенциалът на мембраната в покой на невроните варира от -50mV до -75mV. Отрицателният знак показва, че клетката е по-отрицателна на вътрешната повърхност, отколкото на външната. Казва се, че клетките, които проявяват този вид разлика в мембранния потенциал, са поляризирани. Потенциалът на мембраната в покой в ​​клетката възниква поради три основни причини. Те са -

Неравномерно разпределение на йони във вътреклетъчната и извънклетъчната течност (Cytosol).

Повечето аниони не могат да излязат от клетката.


1. Потенциалът за почивка

Липидната двуслойна мембрана, която заобикаля неврона, е непроницаема за заредени молекули или йони. За да влязат или излязат от неврона, йоните трябва да преминат през специални протеини, наречени йонни канали, които обхващат мембраната и регулират относителните концентрации на различни йони вътре и извън клетката. Клетките могат да използват енергия за преференциално придвижване на определени йони вътре или извън мембраната, създавайки разлика в йонния заряд през мембраната, където едната страна е относително по-отрицателна, а другата е относително по-положителна. Разликата в общия заряд между вътрешната и външната част на клетката се нарича мембранен потенциал.

Мембранният потенциал на неврон в покой е отрицателно зареден: вътрешността на клетката е с приблизително 70 миливолта по-отрицателна от външната (-70 mV, имайте предвид, че този брой варира в зависимост от типа неврон и вида). Това напрежение се нарича мембранен потенциал в покой причинява се от разликите в концентрациите на йони вътре и извън клетката. Потенциалът на покой се установява и поддържа от два основни процеса: йонен канал, задвижван от АТФ, наречен натриево-калиева помпаи пасивен йонен канал, наречен канал за изтичане на калий.

Натриево-калиевата помпа, която се нарича още Na + /K + АТФаза, транспортира натрий от клетката, докато премества калий в клетката. Na + /K + помпата е важна йонна помпа, намираща се в мембраните на много видове клетки. Тези помпи са особено изобилни в нервните клетки, които постоянно изпомпват натриеви йони и изтеглят калиеви йони, за да поддържат електрически градиент през клетъчните им мембрани. Електрическият градиент е разлика в електрическия заряд в пространството. В случай на нервни клетки, например, електрическият градиент съществува между вътрешната и външната страна на клетката, като вътрешността е отрицателно заредена (при около -70 mV) спрямо външната страна. Отрицателният електрически градиент се поддържа, тъй като всяка помпа Na + /K + премества три Na + йона извън клетката и два K + йона в клетката за всяка използвана АТФ молекула. Този процес е толкова важен за нервните клетки, че представлява по-голямата част от тяхното използване на АТФ.

Захранвана от АТФ, натриево-калиевата помпа придвижва натриеви и калиеви йони в противоположни посоки, всеки срещу своя градиент на концентрация. В един цикъл на помпата се екструдират три натриеви йона и два калиеви йона се внасят в клетката. Кредит на изображението: OpenStax Anatomy & Physiology.

В допълнение към натриево-калиевата помпа, невроните притежават канали за изтичане на калий и канали за изтичане на натрий, които позволяват на двата катиона да дифундират надолу по градиента на концентрация. Въпреки това, невроните имат много повече канали за изтичане на калий, отколкото канали за изтичане на натрий. Следователно калият дифундира извън клетката с много по-бърза скорост, отколкото изтича на натрий. Тъй като повече катиони напускат клетката, отколкото влизат, това кара вътрешността на клетката да бъде отрицателно заредена спрямо външната страна на клетката. По този начин комбинираните ефекти на натриево-калиевата помпа и каналите за изтичане на калий са, че вътрешността на клетката е по-отрицателна от външната страна на клетката. Трябва също да се отбележи, че хлоридните йони (Cl –) са склонни да се натрупват извън клетката, тъй като се отблъскват от отрицателно заредени протеини в цитоплазмата.

Потенциалът на мембраната в покой е резултат от различни концентрации вътре и извън клетката.
Концентрация на йони вътре и извън невроните
йон Извънклетъчна концентрация (mM) Вътреклетъчна концентрация (mM) Съотношение отвън/вътре
Na + 145 12 12
K+ 4 155 0.026
Cl – 120 4 30
Органични аниони (A-) 100

Това видео описва ролята на натриево-калиевата помпа и каналите за изтичане на калий за установяване и поддържане на потенциала за покой на мембраната:


26.2 Как комуникират невроните

В този раздел ще разгледате следните въпроси:

  • Каква е основата на мембранния потенциал в покой?
  • Какви са етапите на потенциала за действие и как се разпространяват потенциалите за действие?
  • Какви са приликите и разликите между химическите и електрическите синапси?
  • Какво е дългосрочното потенциране и дългосрочната депресия и как и двете са свързани с предаването на импулси през синапсите?

Връзка за AP ® курсове

Невронът е чудесен пример за връзка структура-функция на клетъчно ниво. Информационният поток по протежение на неврон обикновено е от дендрит към аксон и от неврон към неврон или от неврон към клетка на целевия орган. Подобно на други еукариотни клетки, невроните се състоят от клетъчна мембрана, ядро ​​и органели, включително митохондриите. Потенциали за действие разпространяват импулси по невроните. Когато аксонът е в покой, се казва, че мембраната е поляризирана, тоест има електрохимичен градиент през нея, като вътрешността на мембраната е по-отрицателно заредена от външната. Ние изследвахме образуването на електрохимични градиенти, използвайки H +, когато изучавахме фотосинтезата и клетъчното дишане. Невронът обаче използва Na + и K +, за да установи градиент. Също така е важно да се припомни, че йоните не могат да дифундират през липидния бислой на клетъчната мембрана и трябва да използват транспортни протеини в този случай, транспортните протеини са волтаж-зависими Na + и K + канали.

В покой помпата Na + /K +, захранвана от АТФ, поддържа този градиент, известен като покой мембранен потенциал. В отговор на стимул, като одорантна молекула, мембранният потенциал се променя и по протежение на мембраната се генерира потенциал на действие, тъй като зависимите от напрежението Na + и K + канали се отварят последователно, причинявайки деполяризация на мембраната. В деполяризация, вътрешността на мембраната става по-положителна от външната, тъй като Na + тече към вътрешността. Реполяризация настъпва, когато К + тече през мембраната навън. При миелинизираните неврони потенциалите на действие „скачат“ между пролуките на немиелинизирани аксони (възли на Ранвие), феномен, наречен салаторна проводимост.

Предаването на нервен импулс от един неврон към друг или към друг тип клетка, като например мускулна клетка, става през кръстовище, наречено синапс. Синаптични везикули в терминала на аксона на пресинаптичния неврон освобождават химически пратеници, наречени невротрансмитери, в свързващите невротрансмитери, след което се свързват с рецептори, вградени в мембраната на постсинаптичния неврон. Невротрансмитерите могат да бъдат или възбуждащи (като ацетилхолин или епинефрин), или инхибиторни (като серотонин или GABA), тъй като или увеличават, или намаляват промяната на потенциала на действие в постсинаптичния неврон. Много лекарства, включително фармацевтични продукти и лекарства за злоупотреба, могат да предизвикат промени в синаптичното предаване, например тетрахидроканабинолът (по-известен като THC) в марихуаната се свързва с естествен невротрансмитер, важен за краткосрочната памет.

Представената информация и примерите, подчертани в раздела, подкрепят концепциите, очертани в Голямата идея 3 на Рамката на учебната програма по биология AP ®. Учебните цели на AP ®, изброени в рамката на учебната програма, осигуряват прозрачна основа за курса по AP ® биология, базиран на запитвания лабораторен опит, учебни дейности и изпитни въпроси AP ®. Учебната цел слива необходимото съдържание с една или повече от седемте научни практики.

Голяма идея 3 Живите системи съхраняват, извличат, предават и реагират на информация, важна за жизнените процеси.
Трайно разбиране 3.E Предаването на информация води до промени в и между биологичните системи.
Основни знания 3.E.2 Животните имат нервна система, която откриват външни и вътрешни сигнали, предават и интегрират информация и произвеждат отговори.
Научна практика 6.2 Студентът може да конструира обяснения на явления въз основа на доказателства, получени чрез научни практики.
Учебна цел 3.43 Студентът може да изгради обяснение, базирано на научни теории и модели, за това как нервните системи откриват външни и вътрешни сигнали, предават и интегрират информация и произвеждат отговори.
Основни знания 3.E.2 Животните имат нервна система, която откриват външни и вътрешни сигнали, предават и интегрират информация и произвеждат отговори.
Научна практика 1.2 Студентът може да описва представяния и модели на природни или създадени от човека явления и системи в областта.
Учебна цел 3.45 Ученикът може да опише как нервните системи предават информация.
Основни знания 3.E.2 Животните имат нервна система, която откриват външни и вътрешни сигнали, предават и интегрират информация и произвеждат отговори.
Научна практика 1.1 Студентът може да създава представи и модели на природни или създадени от човека явления и системи в областта.
Учебна цел 3.47 Студентът може да създаде визуално представяне на сложни нервни системи, за да опише/обясни как тези системи откриват външни и вътрешни сигнали, предават и интегрират информация и произвеждат отговори.

Всички функции, изпълнявани от нервната система - от прост двигателен рефлекс до по-напреднали функции като вземане на памет или решение - изискват неврони да комуникират един с друг. Докато хората използват думи и езика на тялото, за да общуват, невроните използват електрически и химически сигнали. Точно като човек в комисия, един неврон обикновено получава и синтезира съобщения от множество други неврони, преди да „вземе решението“ да изпрати съобщението до други неврони.

Предаване на нервен импулс в неврон

За да функционира нервната система, невроните трябва да могат да изпращат и получават сигнали. Тези сигнали са възможни, защото всеки неврон има заредена клетъчна мембрана (разлика в напрежението между вътрешната и външната страна) и зарядът на тази мембрана може да се промени в отговор на невротрансмитерни молекули, освободени от други неврони и стимули от околната среда. За да разберем как невроните комуникират, първо трябва да разберем основата на базовия или „почиващ“ мембранен заряд.

Невронно заредени мембрани

Липидната двуслойна мембрана, която заобикаля неврона, е непроницаема за заредени молекули или йони. За да влязат или излязат от неврона, йоните трябва да преминат през специални протеини, наречени йонни канали, които обхващат мембраната. Йонните канали имат различни конфигурации: отворени, затворени и неактивни, както е показано на фигура 26.9. Някои йонни канали трябва да бъдат активирани, за да се отворят и да позволят на йоните да преминат в или извън клетката. Тези йонни канали са чувствителни към околната среда и могат съответно да променят формата си. Йонните канали, които променят структурата си в отговор на промени в напрежението, се наричат ​​йонни канали с напрежение. Йонните канали с управление на напрежението регулират относителните концентрации на различни йони вътре и извън клетката. Разликата в общия заряд между вътрешната и външната част на клетката се нарича мембранен потенциал.

Връзка към обучението

Това видео обсъжда основата на потенциала на мембраната в покой.

Потенциал на покой на мембраната

Невронът в покой е отрицателно зареден: вътрешността на клетката е с приблизително 70 миливолта по-отрицателна от външната (-70 mV, имайте предвид, че този брой варира според типа неврон и вида). Това напрежение се нарича мембранен потенциал в покой, което се причинява от разликите в концентрациите на йони вътре и извън клетката. Ако мембраната беше еднакво пропусклива за всички йони, всеки вид йон щеше да тече през мембраната и системата щеше да достигне равновесие. Тъй като йоните не могат просто да преминат през мембраната по желание, има различни концентрации на няколко йона вътре и извън клетката, както е показано в Таблица 26.1. Разликата в броя на положително заредените калиеви йони (K + ) вътре и извън клетката доминира върху потенциала на мембраната в покой (Фигура 26.10). Когато мембраната е в покой, K + йони се натрупват вътре в клетката поради нетно движение с градиента на концентрация. Отрицателният мембранен потенциал в покой се създава и поддържа чрез увеличаване на концентрацията на катиони извън клетката (в извънклетъчната течност) спрямо вътре в клетката (в цитоплазмата). Отрицателният заряд в клетката се създава от това, че клетъчната мембрана е по-пропусклива за движението на калиеви йони, отколкото движението на натриевите йони. В невроните калиевите йони се поддържат при високи концентрации в клетката, докато натриевите йони се поддържат при високи концентрации извън клетката. Клетката притежава канали за изтичане на калий и натрий, които позволяват на двата катиона да дифундират надолу по градиента на концентрация. Въпреки това, невроните имат много повече канали за изтичане на калий, отколкото канали за изтичане на натрий. Следователно калият дифундира извън клетката с много по-бърза скорост, отколкото изтича на натрий. Тъй като повече катиони напускат клетката, отколкото влизат, това кара вътрешността на клетката да бъде отрицателно заредена спрямо външната страна на клетката. Действията на натриево-калиевата помпа помагат за поддържане на потенциала за покой, след като е установен. Припомнете си, че натриево-калиевите помпи вкарват два K + йона в клетката, като същевременно премахват три Na + йона на консумиран АТФ. Тъй като повече катиони се изхвърлят от клетката, отколкото се поемат, вътрешността на клетката остава отрицателно заредена спрямо извънклетъчната течност. Трябва да се отбележи, че хлоридните йони (Cl – ) са склонни да се натрупват извън клетката, тъй като се отблъскват от отрицателно заредени протеини в цитоплазмата.

йон Извънклетъчна концентрация (mM) Вътреклетъчна концентрация (mM) Съотношение отвън/вътре
Na + 145 12 12
K+ 4 155 0.026
Cl − 120 4 30
Органични аниони (A−) 100

Потенциал за действие

Един неврон може да получава вход от други неврони и, ако този вход е достатъчно силен, да изпраща сигнала към невроните надолу по веригата. Предаването на сигнал между невроните обикновено се осъществява от химикал, наречен невротрансмитер. Предаването на сигнал в неврон (от дендрита до терминала на аксона) се осъществява чрез кратко обръщане на мембранния потенциал в покой, наречен потенциал на действие. Когато невротрансмитерните молекули се свържат с рецептори, разположени върху дендритите на неврона, йонните канали се отварят. При възбуждащи синапси този отвор позволява на положителните йони да влязат в неврона и води до деполяризация на мембраната – намаляване на разликата в напрежението между вътрешната и външната част на неврона. Стимул от сензорна клетка или друг неврон деполяризира целевия неврон до неговия прагов потенциал (-55 mV). Na + каналите в хълма на аксона се отварят, позволявайки на положителните йони да влязат в клетката (Фигура 26.10 и Фигура 26.11). След като натриевите канали се отворят, невронът напълно се деполяризира до мембранен потенциал от около +40 mV. Потенциалите за действие се считат за събитие "всичко или нищо", тъй като след достигане на праговия потенциал невронът винаги се деполяризира напълно. След като деполяризацията приключи, клетката трябва да "нулира" своето мембранно напрежение обратно към потенциала на покой. За да се постигне това, Na + каналите се затварят и не могат да бъдат отворени. Това започва невроните рефрактерен период, в който не може да произведе друг потенциал за действие, тъй като неговите натриеви канали няма да се отворят. В същото време се отварят зависими от напрежението K + канали, което позволява на K + да напусне клетката. Когато К + йони напускат клетката, мембранният потенциал отново става отрицателен. Всъщност дифузията на К + извън клетката хиперполяризира клетката, тъй като мембранният потенциал става по-отрицателен от нормалния потенциал за покой на клетката. В този момент натриевите канали ще се върнат в състояние на покой, което означава, че са готови да се отворят отново, ако потенциалът на мембраната отново надвиши праговия потенциал. В крайна сметка допълнителните йони K+ дифундират извън клетката през каналите за изтичане на калий, връщайки клетката от нейното хиперполяризирано състояние обратно към нейния мембранен потенциал в покой.


Как да изчислим мембранен потенциал

Изчисляването на заряда на йон през мембрана, Потенциалът на Нернст, е сравнително лесно да се изчисли. Уравнението е както следва: (RT/zF) log([X]out/[X]in). RT/F е приблизително 61, следователно уравнението може да се запише като

  • Р е универсалната газова константа (8,314 J.K-1.mol-1).
  • T е температурата в Келвин (°K = °C + 273,15).
  • z е йонният заряд за йон. Например, z е +1 за K+, +2 за Mg2+, -1 за F-, -1 за Cl- и т.н. Не забравяйте, че z няма единица.
  • Ф е константата на Фарадей (96485 C.mol-1).
  • [х] навън е концентрацията на йона извън вида. Например моларността извън неврон.
  • [х] в е концентрацията на йона вътре в вида. Например моларността вътре в неврон.

Единствената разлика в уравнението на Goldman-Hodgkin-Katz е, че се събират концентрациите на всички пропускливи йони, както следва

Фигура 3. (По посока на часовниковата стрелка от горния ляв ъгъл) 1) Зарядите са еднакви от двете страни, така че мембраната няма потенциал. 2) Има дисбаланс на зарядите, което дава потенциал на мембраната. 3) Зарядите се подреждат от противоположните страни на мембраната, за да придадат на мембраната нейния потенциал. 4) Хипотетичен неврон в човешкото тяло с голяма концентрация на калий отвътре и натрий отвън.

UC Davis ChemWiki е лицензиран съгласно Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 Съединени щати


Гледай видеото: Sitologiya #1. Heyvan və bitki hüceyrəsi. Orqanoidlər. (Може 2022).