Презентация на тему Потенциал покоя

(ионные токи), текущие через мембрану клетки,
свойственны всем живым

Поверхностная мембрана всех живых клеток обладает фундаментальным свойством - способна разделять и накапливать электрические заряды
(–) отрицательные - внутри, положительные (+) - снаружи.

ВВЕДЕНИЕ

Наличие постоянного перепада электрического поля между внутренней и наружной средой клетки носит название потенциала покоя (ППо) .

ППо - основополагающее свойство
л ю б о й клетки, как возбудимой, так и невозбудимой

Отличия между электровозбудимыми и невозбудимыми клетками

Возбудимые клетки:
Нейроны
Мышечные клетки (все типы)
Нейросекреторные клетки (гипофиз, надпочечники)
Рецепторные клетки (сетчатка, волосковые клетки, механочувствительные клетки)

Невозбудимые клетки:
Клетки печени
Клетки почeк
Глиальные клетки
Клетки крови и др.

Потенциал действия (ПД) возникает на основе предсуществующего у клетки ПОТЕНЦИАЛА ПОКОЯ

что если к туловищу лягушки приложить железную пластинку, а

1-й этап научного исследования биопотенциалов
Луиджи Гальвани (1791) «Трактат о силах электричества при мышечном движении» (De Viribus Electricatitis in Motu Musculari Commentarius)
Карло Маттеучи (опыты в 1830-1865)

Карло Маттеучи продолжил проверку гипотезу о существовании «животного электричества».

Болонья
Лапка лягушки
Лейденская банка
нерв
«Лапка лягушки – это живая Лейденская

Л. Гальвани:

Motu Musculari Commentarius»1791
Спор между Л.Гальвани и А.Вольта
В лапке

Почему же сокращается лапка ?????

Конец 18-го века

Сокращение

«Мышца – накопитель электричества, а нерв- его проводник!!»

+

-

Лапка раздражается внешним электричеством существующим в паре разнородных металлов !!

Из-за разряда электричества которое накоплено в мышце!

Луиджи Гальвани

тока струнным гальванометром (1860-1880)
«ток покоя»
индифферентный электрод
Вопрос:
Как объяснить

мышечное волокно

Между внутренней и наружной поверхностью клеток существует перепад напряжения.
При введении одного электрода внутрь клетки наблюдается ток - ток покоя!

Да, клетка (ее мембрана) - электрический конденсатор, но в чем причина ?
И что происходит при возбуждении клетки ?

с разной скоростью, в соответствии с их подвижностью в

С1

С2

Вальтер Нернст
ввел понятие
«диффузионный потенциал».
Возникает в растворе электролита при диффузии анионов и катионов соли

Анионы

Катионы

U - подвижность иона
cм/сек : В/см = см2 / В·cек

Соль А- К+

Фронт анионов

мембраной
В соседние отсеки (ячейки) 1 и 2 налиты растворы

К+ А-

К+ А-

К+

К+

Р – проницаемость иона через мембрану, см/сек

РК > 0

PА= 0

Концентрации катиона К+ между ячейками 1 и 2 не выравниваются ! т.к. на мембране возникает трансмембранный потенциал !,
- разновидность диффузионного потенциала, вычисляемого по формуле Нернста, когда «подвижность» одного из противо-ионов равна нулю!

Ячейка 1

Ячейка 2

С1

+
+
+

–
–
–

С2

ΔV

А-

К+

М 2 = Р·С2
поток слева

К+

+ + + +

А-

Электролитическая ячейка

К+

А-

Cl-

М2

М1

–
–
–

В ПЕРВЫЙ МОМЕНТ
М1 ≠ М2

ПРИ УСТАНОВИВШЕМСЯ ПОТЕНЦИАЛЕ V м
потоки ионов калия ВЫРАВНЕНЫ
М1 = М2

К+

+
+
+

А-

ΔVм =Е к равн

Величина потенциала рассчитывается по формуле Нернста

С1

1

2

Vм=0

К+

; Р · С1 · е-V/KT = Р ·C2

С2

… прологарифмировав, получаем

Доля ионов, способных преодолеть энергетический барьер из-за потенциала на мембране

Конец XIX – Начало XX века

на основании данных физ.химии (работы Нернста, Оствальда)
используя данные

1. Система – “Клетка – Наружная среда” может быть уподоблена электролитической ячейке Оствальда, разделенной полупроницаемой мембраной
2. В клетке высока концентрация ионов калия К+ (140-150 ммоль) и А- -органических анионов. В наружной среде концентрация К+ мала – 4-5 ммоль .
3. Ионы калия проникают через мембрану, а их противо-ионы - органические анионы (А-) – не проникают.
4. В таком случае на мембране устанавливается потенциал, выравнивающий потоки ионов калия.
ПП0= Ек равн - равновесный потенциал для потоков ионов калия.

У КЛЕТКИ - избирательная проницаемость к КАЛИЮ и

-

+

+

+

+

+

+

-

-

А-

А-

А-

К

+

+

+

+

+

+

+

А-

А-

А-

А-

К+

К+

К+

++
+
+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

-

-

-

Иоганнес Мюллер

Юлиус Бернштейн

-

-

-

Na

Na

Na

Na

Na

K+

1901-1911 Мембранная теория

-

-

+

+

+

+

-

К

К+

-

К+

К+

К+

К+

К+

-

-

-

-

А-

А-

А-

А-

К

К

насос

Для мышечного волокна лягушки: z=1; при T=20C

При

реальный Vм= -90мВ

Электролитическая ячейка:
Две камеры с жесткими стенками, наполненные растворами электролитов,
К+А- и К+Cl-

1

2

К+

K+

K+

Камеры 1 и 2 разделены мембраной, проницаемой только для одного иона – иона калия

Согласно теории Ю. Бернштейна,
«клетка может быть уподоблена электролитической ячейке»

K

К+

А -

кривой от теоретической в области низких концентраций [К +]

lg [К+] нар [K2SO4]!

Что будет с ПП0 клетки, если мембрана клетки проницаема и к калию, и к хлору?

Измерения МП мышечных волокон при разной температуре. Определение темпер. коэффициента Q10 ~ 1,03-1,3

Измерения зависимости МП от [ К] нар – хорошо соответствует

При 20оС

Косвенное подтверждение диффузионной, а не метаболической природы ПП

Юлиус, все пропало!!! (она не работает???)

что ППо - РАВНОВЕСНЫЙ потенциал для проницаемых ионов.

Следствия из наличия у мембраны проницаемости к двум ионам:
к калию, и к хлору

ΔVm=

Внутри Снаружи

хлору и НАТРИЮ
Если мембрана клетки проницаема и к

ППо ≠ Еравн К ≠ ЕравнCl≠Е равн Na

Еравн Na = +30 мВ, а мембрана клетки пропускает ионы натрия !?

ППо= - 80мВ ;

ДАНО:

Вопрос: как же формируется
и удерживается
стабильный ППо порядка – 80мВ?

40-е годы XX века

при котором

Через мембрану текут три противоположно направленных ионных тока - калия, натрия, хлора.
Каждый из токов участвует в создании потенциала на мембране

Внутри клетки

Модель электролитической ячейки,
проницаемой к трем ионам

В первый момент

Уравнение Голдмана – Ходжкина – Катца
«В момент установления

Решаем для VM, и прологарифмировав, получаем:

РК+> 0;РCl-> 0;РNa+> 0;
Но! РА=0 и камеры – проточные.

Уравнение разностного тока для токов натрия, калия и хлора

собой при потенциале покоя?
ППо = -70 - -100мВ

МОДЕЛЬ МЕМБРАНЫ С ТРЕМЯ ПРОНИКАЮЩИМИ ИОНАМИ
Уравнение Голдмана-Ходжкина-Катца

Уравнение Гольдмана- Ходжкина

Проницаемость Р (см/сек) и Проводимость g (сименс) иона через мембрану

Пассивная проницаемость иона – Рi (см/сек)
обусловлена физическими свойствами канала утечки, НЕ зависит от Vм

Проводимость g – показатель ионного тока, текущего через мембрану при Vm ≠ Е равн

Зависит от Р и концентрации ионов

белковые молекулы, функционирующие как каналы пассивной проницаемости для:

Ионов калия

Свойства каналов утечки:
Канал обладает избирательной проницаемостью к определенному виду ионов (только калия или только хлора)
Канал находится в открытом состоянии ПОСТОЯННО, не зависимо от потенциала на мембране! Нет ворот!!!
Каналы пассивной проницаемости обусловливают движение ионных токов через мембрану и сдвигов ПП в отсутствии ПД (электротон и т.п. подпороговые сдвиги МП)

Каналы пассивной ионной проводимости

трем видам ионов – к калию, натрию, хлору.
2. Потенциал

ПП0=-80 мВ
Ек равн=58 lgCout/Cin=-90мВ
ЕNa равн=58 lgCout/Cin=+30мВ

4. В клетке должен существовать механизм для поддержания
постоянства концентрационных градиентов Na и K и постоянства ПП0.

!!!!! Выкачивание Na+ и закачивание K+

of some cations on an adenosine triphosphatase from peripheral

обеспечивает перенос ионов Na и К против электрохимического градиента

ATP

ADP

– каталитическая (10 ТМ-доменов M1 - M10),~ 100 кДа (4 изоформы)
 – регуляторная, ~ 45 кДа (3 изоформы)

+ -субъединица - регуляторная, ~ 10 кДа, относится к группе FXYD-белков

году Визеринг сообщил об использовании листьев наперстянки для лечения

= 3/2

Работа насоса создает выходящий ток катионов (Na)

Скорость работы насоса :
~150 - 600 Na+/сек

Факторы, влияющие на величину дополнительной гиперполяризации (за счет электрогенной компоненты работы насоса):
Плотность молекул насоса на мембране
Интенсивность работы насоса (по сравнению с другими токами через мембрану)
Входное сопротивление мембраны клетки
Величина ПП0

Рассчитывая число выносимых зарядов (+) каждой молекулой, среднюю плотность молекул насоса на мембране (нейрона или аксона), вычислили плотность электрического тока, создаваемого работой насоса ~1 мкА/см2

(РK и РNa) еще и активных потоков (за счет

что же тогда такое ВОЗБУЖДЕНИЕ???

при возбуждении клетка ТЕРЯЕТ

Na

Na

Na

Na

Na

Na

Na

Са

Са

Са

НЕВОЗБУДИМАЯ КЛЕТКА

ВОЗБУДИМАЯ КЛЕТКА

Cl-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

К+

К+

К+

К+

К+

А-

А-

А-

А-

МП=- 90 мВ

К+

К+

Na

К+

Na

Na

Это приводит к исчезновению потенциала на мембране

Г И П О Т Е З А :

Na/K насос

МП=- 90 мВ → 0 мВ