Доннан.равнов.пот.Равн.пот.Нернста.Стац.пот.Гольднама-Ходжкина-Катца (Шпаргалки по биофизике)
Описание файла
Файл "Доннан.равнов.пот.Равн.пот.Нернста.Стац.пот.Гольднама-Ходжкина-Катца" внутри архива находится в следующих папках: Шпаргалки по биофизике, на тел шпоры по БФ. Документ из архива "Шпаргалки по биофизике", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "биофизика" из 5 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "к экзамену/зачёту", в предмете "биофизика" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Доннан.равнов.пот.Равн.пот.Нернста.Стац.пот.Гольднама-Ходжкина-Катца"
Текст из документа "Доннан.равнов.пот.Равн.пот.Нернста.Стац.пот.Гольднама-Ходжкина-Катца"
БИЛЕТ 5=12=19=26. Доннановский равновесный потенциал. Равновесный потенциал Нернста. Стационарный потенциал Гольдмана-Ходжкина-Катца.
Доннановский потенциал - (ДП). Доннановское равновесие - (ДР)
ДП установлен между клеткой и окружающей средой всегда, когда мембрана проницаема для ионов и непроницаема для белков нуклеиновых кислот и др. крупных частиц. Поэтому ДП наблюдается и у мертвых клеток.
В основе аналитических выражений для ДП лежит условие электронейтральности раствора внутри и снаружи клетки.
П усть имеется внутри и вне клетки только одновалентные катионы К+ (Na+, К+ и т. д.) и анионы Сl- (только в основном) а также присутствуют макромолекулы одного copтa, которые заряжены отрицательно и имеют N центров связывания одновалентных ионов [Р-] - белки (все в основном заряженные отрицательно) .
Условие электонейтралъности раствора внутри и снаружи клетки:
(i) 1.[K+]i + n ∙ [P-]i
(o) 2. [K+]0 + n ∙ [P-]0
N - число отрицательных зарядов на белковой молекуле (центры связывания) они свободны.
Как правило концентрация ионов в межклеточной жидкости много больше чем концентрации макромолекул, тогда из соотношения (2) имеем
[К+]0 = [Сl-]0 = С0 (3).
Имеет место примерное равенство концентраций положительных и отрицательных ионов. С другой стороны, т.к. мембрана проницаема для ионов, между концентрациями внутри и снаружи клетки, для равновесия выполняется условие Нернста:
Распределение ионов подчиняется статистике Больцмана.
Отношение концентраций (4) - отношение Доннана. Из этого следует условие Доннановского равновесия:
[К+]0[Сl-]0 = [K+]i[Cl-]i(5).
В общем случае:
[X]iai = [Х]0ai
ai - стехиохимические коэффициенты.
Потоков никаких нет (миграционный поток компенсируется диффузионным). Внутри много белков, а во внешней среде их концентрация много меньше.
В мышцах неравномерное распределение ионов Na+, K+ между клеткой и средой, создаваемая К+ - Na+ насосом делает мембранный потенциал, который в свою очередь обеспечивает ДР по ионам. Сl- в соответствии с (4). Т. е. Ионогенный К+ - Na+ насос (3->; 2<-) создает такой потенциал, что его величина находится из условия электронейтральности по (4)
[К+]i = определяется насосом
[К+]0
[С1+]i - компенсационный механизм.
[Сl+]0
Чтобы его померить достаточно померить потенциал.
В других клетках например эритроцитах ДР само создает мембранный потенциал (для него необходимо иметь) величину, которую можно найти из уравнений (3) и (4)
Подставляя (6) в (1) получим:
(7) связь между концентрацией ионов, трансмембранным потенциалом и концентрацией белковых молекул.
Оценим. Обычно в клетке концентрация белков меньше либо равна 1 моль/л. Число зарядов на одной макромолекуле n [10,20] ммоль/л. Концентрация ионов C0 ≈ 150 ммоль/л.
Подставим это в выражение (7),получим:
Следовательно, аргументы у экспоненты можно разложить в ряд Тейлора и оставить только линейные члены:
Если подставить Т- 310К, то с учетом сделанных оценок получим:
≈ -1.4 мВ. В то время как величина для живых клеток ≈ 60 -90 мВ.
Резюме: ДП не определяет трансмембранный потенциал живых клеток, но наблюдается всегда, когда мембрана проницаема для ионов и есть заряженные белки
Равновесный потенциал Нерста
Для пассивного переноса через пористые среды, которые представляют собой систему регулярных капилляров радиусом r концентрацией на единицу площади n, проницаемость оценивается по формуле:
Рассмотрим ситуацию, когда концентрация заряженных веществ в начальный момент времени внутри и снаружи одинаковы. Затем переместим мембрану в другую среду. Через некоторое время установится равновесие, т.е. суммарный поток вещества будет = 0.
- равновесный (нернстовский) потенциал.
Если трансмембранный потенциал = , то клетка в состоянии равновесия и никаких активных транспортных, процессов не идет.
Оценка процесса:
Стационарный потенциал Гольдмана-Ходжкина-Катца
40-х годах была сформулирована гипотеза: клеточный потенциал является не равновесным, а стационарным и в его формировании участвует не только K+, но и Na+ , С1-.
Для вывода уравнения потенциала рассмотрим общий поток всех ионов:
ФCl берем со знаком (-), т.к. в выражении потока стоит заряд.
Если Фобщ ≠ 0, то ток, проходящий через клетку ≠ 0(то клетку можно представить как сферический конденсатор, где Ф меняется во времени:
Поскольку общий ток Jобщ = 0, то записываются уравнения потоков и решаются относительно клеточного потенциала. С помощью уравнения электродиффузии записываем выражения для каждого из потоков, подставляем в уравнение (1) и решаем относительно безразмерного клеточного потенциала.
- уравнение стационарного мембранного потенциала (Гольдмана). Оно переходит в уравнение Нерста при условии, что проницаемость для какого-то иона выше, чем для других. Для состояния покоя аксона кальмара Рк:РNa:PCl= 1:0,04:0,45
Содержание ионов, равновесный потенциал и потенциал действия для аксона кальмара
Пусть . И активный и пассивный токи должны быть равны 0. Это подтверждается экспериментом. Отдельно измерить проницаемость Na+, К+, Cl- нельзя.