УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ

Под электрическим микроскопом мембрана имеет вид трехслой­ной структуры — два черных слоя по бокам и один светлый в сере­дине — «прозрачный» для электронов; толщина ее около 10 нм. К истинному времени структурная организация нервной мембраны до конца не выяснена. Вкупе с тем внедрение разных фи­зических и хим способов позволило сделать УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ несколько мо­делей клеточной мембраны. На рисунке 2.4, Б представлен фраг­мент строения мембраны в согласовании с твердокаркасной жид-костно-мозаичной моделью. Мембрана состоит приемущественно из липидов и белков с примесью углеводов. Липиды представлены фосфолипидами либо гликолипидами. Жирно-кислотный состав липидов очень разнообразен, но преобладают в их пальми­тиновая и олеиновая УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ кислоты. Исследование структуры молекул ли­пидов показало, что они имеют полярные «головки» и неполяр­ные «хвосты», т. е на одном конце молекулы имеются заряженные ионные группы, а другой конец является электронейтральным. Сочетание в молекулах липидов 2-ух частей определяет их способ­ность создавать мембраны. Полярные головки молекул стре­мятся контактировать с УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ водой, а неполярные хвостовые части избегают таких контактов и притягиваются друг к другу благода­ря ван-дер-ваальсовым взаимодействиям. В итоге образуются пленки, состоящие из 2-ух слоев липидных молекул. Таким обра­зом, молекулы липидов совершенно подходят для образования разде­ла меж неводной фазой снутри мембраны и аква внутри- и УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ внеклеточными местами.

Мембранные белки подразделяют на две огромные группы зависимо от нрава взаимодействия с бислоем липидов. 1-ая группа — это периферические белки, которые взаимо­действуют с полярными поверхностными частями липидов элек­тростатически (см. рис. 2.4, Б). 2-ая группа — интегральные белки, в каких много неполярных аминокислотных остатков, взаимодействующих с УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ гидрофобной внутренней областью бислоя мембраны (т. е. хвостами липидов) при помощи ван-дер-ваальсо-вых сил. Вероятны последующие варианты расположения интеграль­ных белков в мембранах (см. рис. 2.4, Б): белок на сто процентов по­гружен в бислой; сравнимо маленькая гидрофобная часть белка погружена в мембрану, пересекая при всем этом всю ее толщину, а УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ большая (гидрофильная) часть обращена в водную среду; гид­рофобная часть белка (гидрофобный «якорь») просачивается лишь на глубину фосфолипидного монослоя.

По функциям периферические белки делятся на регуляторно-сигнальные (белки внеклеточного матрикса: фибронектин, лами-нин, коллаген), структурно-каркасные (актин-спектриновые ком­плексы), обеспечивающие подвижность внутриклеточных струк­тур и отдельных клеток УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ (белки микротрубочек и микрофиламен-




1*





Рис. 2.4. Схема регистрации мембранного потенциала (А) и кусок клеточной мембра­ны (Б) нервной клеточки:

А: 1 — нервная клеточка; 2— микроэлектрод; 3 — электрод сопоставления; Д,х — входное сопротивле­ние регистрирующей системы; стрелками показано направление движения регистрируемого ионного тока; Б: 7 —липидный бислой; 2— интегральные белки; 3 — ионный канал; 4— эле­мент спектриновой УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ сети; 5 — коммутационные белки

тов). Посреди главных функций интегральных белков можно выде­лить транспортную, рецепторную и ферментативную. Транспорт­ные белки производят перенос ионов и незаряженных молекул через мембрану, они сформировывают каналы пассивного и активного транспорта. Рецепторные (т. е. воспринимающие) белки чрезвычай­но многообразны и участвуют в восприятии разных хим и УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ физических стимулов, воздействующих на клеточку. Ферментатив­ные белки обеспечивают биохимические реакции, протекающие на клеточных мембранах. Согласно модели (см. рис. 2.4, Б) липидный бислой заполняет ячейки каркаса, образованные связанными меж­ду собой спецефическим образом периферическими и интегральны­ми белками. Вкупе с тем часть белков не заходит в состав каркаса, а находится в свободном состоянии УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ. Структура белкового каркаса оживленна и зависимо от физиологического состояния клет­ки может изменяться в итоге включения либо удаления различ­ных структурных и многофункциональных (сенсоры, ферменты) эле­ментов. Таким макаром, по современным представлениям клеточ­ная мембрана имеет достаточно сложную структуру, может выпол­нять бессчетные и очень принципиальные операции для УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ функционирования клеточки, и в том числе для ее возбуждения.


ПОТЕНЦИАЛ ПОКОЯ

В течение долгого времени потенциал покоя измерялся как потенциал повреждения, т. е. регилась разность потенци­алов меж участком нервной либо мышечной ткани, где клеточная мембрана была разрушена, и участком интактной мембраны. По этим измерениям нельзя было судить об абсолютной величине УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ потенциала покоя, так как нереально избежать шунтирова­ния регистрирующих электродов из-за того, что часть тока, вели­чину которой тяжело оценить, распространялась от поврежден­ного участка по узкому слою воды к интактным областям ткани, минуя регистрирующие электроды. Не считая того, потенциал повреждения стремительно уменьшался с течением времени.

Величину потенциала УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ покоя стало вероятным определять с вы­сокой точностью с введением в 50-е годы XX в. Грэхемом, Лингом и Джерардом в практику электрофизиологического опыта микроэлектродов — микросолевых мостиков. Микроэлектроды из­готовляются из тонких стеклянных трубочек с оттянутым на од­ном конце кончиком, поперечник которого составляет толики микрона. Микроэлектрод заполняется концентрированным УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ солевым раст­вором, к примеру 3-молярным КС1. Со стороны широкого конца в трубочку вставляется железная проволока — платиновая либо серебряная.

Для того чтоб избежать поляризации металла в солевом раст­воре, т. е. появления на регистрирующих электродах проти­воположно направленной измеряемому потенциалу электродви­жущей силы, и тем исключить преломления в регистрации потенциала УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ, на поверхность металла наносят узкий слой его соли электролитическим способом. К примеру, в случае серебра — хлорид серебра. Такое покрытие делает значимый припас ионов Ag+ и С1~ на поверхности проволочки и служит проме­жуточным звеном меж электрической проводимостью в металле (Ag+ + e~-»Ag) и ионным током, который УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ обоснован обменом ионами С1~ меж слоем AgCl и веществом. Вследствие этого ста­новится вероятным двухсторонний поток электронных зарядов от электронов в металле к ионам хлора в растворе и в оборотном направлении без появления на электродах обратнонаправ-ленной электродвижущей силы. Такие электроды получили назва­ние неполяризующихся.

Для работы с микроэлектродами были УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ разработаны электрон­ные усилители неизменного тока, которые работают в электро­метрическом режиме, т.е. имеют очень огромное входное сопро­тивление и потребляют очень малый ток от измеряемого источника ЭДС. Для измерения неизменных либо медлительно изме­няющихся потенциалов к выходу усилителя можно подключить стрелочный индикатор, но для регистрации стремительных измене­ний УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ потенциала употребляют безынерционные электрические ос-






циллографы. С целью измерения потенциала покоя кончиком микроэлектрода прокалывают мембрану клеточки, 2-ой электрод (электрод сопоставления) — также неполяризующийся электрод — по­мещают рядом с исследуемой клеточкой. Его конструкция может быть самой различной: в простом случае это просто хлориро­ванная проволочка. Необходимо отметить, что прокалывание УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ мембра­ны кончиком микроэлектрода клеточки также, на самом деле, наносит клеточке повреждение, но, как показали бессчетные исследования, оно мало. Доказательством этого является тот факт, что регистрируемый потенциал может держаться на не­изменном уровне в течение нескольких часов. Подразумевается, что клеточная мембрана в месте входа микроэлектрода плотно обхватывает его стены, предупреждая УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ возникновение шунтирующего ионного тока повдоль внешней поверхности стеклянного кончика. Микроэлектродные измерения разных типов клеток животных проявили, что потенциал покоя либо, как лучше именовать разность потенциалов на клеточной мембране — мембранный потенциал, имеет отрицательный символ снутри клеточки (рис. 2А,А). Беря во внимание, что в внешней цепи источника ЭДС электронный ток течет УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ от положительного полюса к отрицательному, ток через мембрану будет распространяться к электроду сопоставления (внеклеточному), т. е. к внешней поверхности мембраны. В месте соединения соле­вой раствор/металл (AgCl/Ag) ионная проводимость перебегает в электрическую. Электрический ток на входном сопротивлении уси­лителя RBX создаст падение напряжения, очень близкое по УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ вели­чине к мембранному потенциалу клеточки. Потом поток электронов в месте контакта Ag/AgCl, находящемся в стеклянной трубочке, перебегает в поток ионов и через кончик микроэлектрода вхо­дит в клеточку, замыкая цепь. Таким макаром, измерения мембран­ного потенциала при помощи микроэлектродов подтвердило тео­рию Дюбуа-Реймона о том, что разность потенциалов УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ через мемб­рану преформирована и не является результатом повреждения протоплазмы клеточки. Преимущество микроэлектродного способа заключается в том, что можно изучить маленькие клеточки и проводить опыты на отдельных клеточках, находящихся в организме без их изоляции.

Попытаемся сейчас узнать, каким образом устанавливается через мембрану, имеющую избирательную проницаемость к УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ оп­ределенным ионам, разность потенциалов и как можно вычислить ее величину. Начнем с безупречного варианта. На рисунке 2.5 видно, что два раствора солей разбиты мембраной. Раствор во внутрен­нем объеме (А) содержит 100 мМ КС1 и 10 мМ NaCl, снаружи (Б) — 100 мМ NaCl и 10 мМ КС1. Мембрана имеет каналы, диа­метр которых позволяет проходить УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ через их только гидратиро-ванным (т.е. окруженным оболочкой из молекул воды) ионам ка­лия и молекулам воды. Гидратированные ионы натрия, превыша­ющие в 1,5 раза поперечник гидратированных ионов калия, не прохо-


Рис. 2.5. Образование потенциала через безупречную мембрану:
Л —внутренний объем, ограниченный мем­браной; Б— наружный объем; Лвх — входное сопротивление УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ регистрирующей системы; стрелками показано направление ионного тока, пунктирной линией — уровень раствора

дят через данные каналы. Кро­ме того, на внутренних стенах этих каналов размещаются фик­сированные отрицательные заря­ды, что препятствует прохож­дению через их отрецательных ионов хлора. При данных критериях из объема А в объем Б через УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ каналы по собственному концентрационному градиенту могут проходить только ионы калия. Но диффузии происхо­дить не будет. Причина заклю­чается в том, что ионы калия — положительно заряженные час­тицы. Движение только ионов калия в объем Б приведет к повышению в нем положи­тельно заряженных частиц, что сразу проявится в возник­новении задерживающей УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ их по­ложительной электростатичес­кой силы. Через мембрану воз­никнет разность потенциалов соответственно с положительным знаком снаружи и отрицательным снутри объема А, которую мож­но измерить при помощи описанной ранее регистрирующей систе­мы. Добавление NaCl в смеси по обе стороны мембраны обес­печивает поддержание осмотического равновесия. При УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ отсутствии NaCl появилось бы гидростатическое давление либо же в случае податливости мембраны осмотический ток воды в объем А из объема Б. Таким макаром, меж объемом А и объемом Б, разде­ленными мембраной, установится химическое равновесие, обусловленное равенством электронной работы, нужной для перемещения маленького количества заряженных частиц — ионов в УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ одном направлении и осмотической работой, затраченной для перемещения такого же количества ионов, в обратном направлении. Понятно, что электронная работа Аэ, необходи­мая для переноса 1 моль ионов К+ против разности потенци­алов Е, равна произведению заряда Q этого количества ионов на разность потенциалов:

A3=QE, (1)

но Q = nF, где п — валентность ионов (в УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ этом случае она рав­на 1), a F— число Фарадея. Как следует,

Аэ = EF. (2)


Осмотическую работу, нужную для перемещения 1 моль ионов калия из области концентрации [К+]Б в область, где его концентрация [К+]А в 10 раз выше, легче всего оценить, проведя аналогию с работой по сжатию 1 г УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ • экв безупречного газа до 1/10 его начального объема. Безупречный газ состоит из частиц (моле­кул), не взаимодействующих вместе. Сжатие газа произво­дится очень медлительно, без конфигурации его температуры. Предста­вим, что газ находится в цилиндре с подвижным поршнем. Меха­ническая работа Ам равна произведению силы F на расстояние /: Ам — FI. В этом УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ случае для очень малого перемещения А/ порш­ня действующая сила F равна произведению давления Р газа на площадь S поперечного сечения. Отсюда произведенная работа при малом перемещении поршня

ДА, = PSM. (3)

Беря во внимание, что произведение SA/— простый объем А К,

AAM=PAV. (4)

При неспешном увеличении силы, действующей на поршень, произведенная работа УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ по сжиманию безупречного газа от объема V\ до объема V2, наименьшего в 10 раз объема V\,

AM = \PdV. (5)

Согласно формуле Менделеева — Клайперона давление и объем газа связаны меж собой назад пропорциональной зависи­мостью:

PV = RT, (6)

Р = RT/V, (7)

где R — универсальная газовая неизменная; Т— температура.

Отсюда механическая УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ работа

AM = \RT&VX/V. (8)

Вычисляя определенный интеграл, получим, что

А, = RT(\n V{ - In V2) = RT]n Vx/ V2. (9)

Отметим, что при сжатии газа с уменьшением его объема про­исходит повышение концентрации его молекул. Так как меж объемом и концентрацией существует назад пропорциональная зависимость V— 1/[С], можно переписать формулу (9)

Ам= RTlniCh/iQi. (10)


Приведенные УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ рассуждения применимы к вычислению осмо­тической работы, выполняемой при увеличении концентрации молекул растворенного вещества, т. е. при перемещении моле­кул в область их более высочайшей концентрации. Эту ситуацию просто смоделировать, представив, что в цилиндре находится не газ, а раствор с ионами и поршень изготовлен из полупроницае­мой непокладистой (не УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ изменяющей свои размеры) мембраны (см. рис. 2.5). Допустим, сначало по обе стороны порш-нямембраны находится раствор, в каком концентрация КС1 составляет 10 мМ. Потом начнем медлительно наращивать давле­ние таким макаром, чтоб молекулы воды по каналам успева­ли выходить из объема А в объем Б без увеличения температу­ры раствора. При УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ достижении определенного давления на пор­шень-мембрану концентрация КС1 в объеме А возрастет в 10 раз. Осмотическая работа

Ло = ДЛп[С]Б/[С]А. (11)

Ионы К+ в согласовании с разностью их концентраций будут стремиться диффундировать через каналы поршня. Так как они являются заряженными частичками, повышение количества положительно заряженных частиц УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ, не скомпенсированное с от­рицательно заряженными частичками, вызовет появление задерживающей их электростатической силы. Появившийся по­тенциал компенсирует «диффузионное давление». В данном случае, как уже говорилось,

Аэ = Ао. (12)

Подставляя значения, получаем

EF = ДГ1п[С]Б/[С]А. (13)

Отсюда потенциал через мембрану

Е = (RT/F)\n([C}B/[C]A) либо £аб = (RT УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ/F)\n[K+]b/[K+]A. (14)

Это уравнение было выведено физикохимиком Нернстом и но­сит его имя. Необходимо подчеркнуть, что уравнение Нернста — самое из­вестное и более применяемое. Приведен его начальный вывод, который базируется на обычных термодинамических прин­ципах, определяющих химическое равновесие. Как сле­дует из уравнения, потенциал УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ через мембрану находится в зависимости от темпе­ратуры и концентрации только ионов К+ по обе стороны мембра­ны. Этот потенциал получил к тому же заглавие сбалансированного по­тенциала, так как он уравновешивает разность концентраций ионов через мембрану.





Перейдя от натуральных логарифмов к десятичным и под­ставив значения универсальной газовой неизменной и УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ числа Фарадея, можно вычислить величину потенциала при темпе­ратуре 18 °С:

Е = 0,058 lg[ 10] /[100];

Е= 0,058 lg 0,1 = 0,058 (-1);

Е = -0,058 В = -58 мВ.

Таким макаром, согласно расчету по уравнению потенциал имеет символ «минус».

От рассуждений о ситуации с безупречной мембраной перейдем сейчас например, более приближенному к реальным условиям: мембране меж 2-мя объемами, пропускающей УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ несколько ионов. На рисунке 2.6 изображены две ячейки, разбитые данным ти­пом мембраны. Отметим также, что мембрана и стены ячеек спо­собны выдерживать огромное гидростатическое давление. В исход­ном состоянии концентрации ионов К+ и С1~ в обеих ячейках схожи и находятся в сбалансированном состоянии. При добавле­нии в ячейку УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ А калиевой соли, анион которой не способен про­ходить через каналы, в мембране происходит перераспределение ионов К+ и С1~. Ионы К+ будут выходить из ячейки А в ячей­ку Б. По аналогии с первым случаем (см. рис. 2.5) изменение кон­центрации заряженных частиц по обе стороны мембраны вызовет появление электростатической силы с УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ отрицательным знаком со стороны ячейки А, которая принудит ионы С1~ передвигаться в ячейку Б, хотя движение С1~ будет происходить против образую­щегося и растущего концентрационного градиента. Этот про­цесс будет длиться до того времени, пока разность концентраций,

РАВНОВЕСИЕ

rJ }i
Б А V»
к+4 fK+
сг^ &СГ
Добавляем УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ калиевую соль аниона (An), не­способную проходить че рез мембрану в ячейку А

Рис. 2.6. Схема ионного равновесия Доннана: Двх — входное сопротивление регистрирующей системы; стрелками показано направление ионного тока, пунктирной линией — уровень раствора

РАВНОВЕСИЕ


заставляющих ионы К+ перебегать из ячейки А в ячейку Б, не будет уравновешена обратно направленной силой, за УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ­ставляющей перебегать ионы С1~ из ячейки Б в ячейку А. Две силы уравновесят друг дружку тогда, когда отношение концентра­ций для К+ и С1~ по обе стороны мембраны будет удовлетворять равенству

[К+]А/[К+]Б = [С1-]Б/[С1-]А. (15)

Это явление названо равновесием Доннана, по имени Ф. Дон­нана, который УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ сначала XX в. в первый раз изучил рассредотачивание ионов в данной системе. Общая осмотическая концентрация в объеме А выше, чем в объеме Б, но рвение молекул воды перебегать в объем А по собственному концентрационному градиенту будет сбалансировано развившемся в объеме А гидростатичес­ким давлением, равным разности осмотических давлений УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ с 2-ух сторон мембраны. Во время сбалансированного состояния стремле­ние К+ перебегать из ячейки А в ячейку Б будет равно стрем­лению С1~ перебегать из ячейки Б в ячейку А. Но ионы передвигаться не будут, так как этому препятствует обра­зование разности потенциалов меж 2-мя сторонами, кото­рая уравновешивает концентрационные градиенты этих УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ ионов. Величина этой разности потенциалов определяется по формуле Нернста

Е = RT/F[K+]S/[K+]A = RT/Fln [С1-]А/[С1-]Б. (16)

Исследования потенциала покоя у разных клеток (приемущественно нервных и мышечных) при помощи микроэлектродов под­твердили справедливость главных положений мембранной тео­рии. Так, экспериментально замеренные потенциалы покоя в ряде УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ всевозможных случаев были близки по значению с рассчитанным сбалансированным потенциалом для ионов калия. Варианты внешней концентрации ионов калия вызывали конфигурации в величине потенциала покоя, совпадавшие с вычисленными по уравнению Нернста, а измене­ния концентрации ионов натрия в окружающей клеточку среде не нлияли на величину потенциала покоя. В то УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ же время были полу­чены данные, что мембраны, окружающие клеточки, в отличие от безупречной мембраны пропускают в той либо другой степени не один либо два иона, а все неорганические ионы, находящиеся в окружа­ющей клеточку внешней среде, и потому представляют собой бо­лее сложные системы. Напомним, что химический УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ гради­ент того либо другого иона не оказывает влияние на мембранный потенциал, если этот ион не способен просачиваться через мембрану, т.е. перено­сить заряды с одной стороны мембраны на другую. Не считая того, оказалось, что мембранный потенциал не будет зависеть от элект­рохимического градиента иона и в УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ этом случае, если его проницае­мость через мембрану во много раз меньше просто диффундирую-





щего иона. Таким макаром, относительная способность разных ионов к диффузии через мембрану определяет их вклад в потенци­ал, возникающий в итоге диффузии. Приняв во внимание это положение, также облегченное допущение о том, что уменьше­ние УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ потенциала при переходе от одной поверхности мембраны к другой происходит умеренно, Д. Голдман сначала 40-х годов XX в. на основании уравнения Нернста вывел новое уравнение, учитывающее относительную проницаемость мембраны для всех диффундирующих ионов:

Ем = RT/F\nPK[K+}0 + /WNa+]0+ Ра[СГ],/Рк[К+],+

+/WNa+], + Ра[СПо, (1?)

где Р — проницаемость для главных УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ ионов, присутствующих во внутри- и вне­клеточной среде; / — внутриклеточная концентрация ионов; 0 — экстраклеточная концентрация ионов. Так как валентность всех ионов равна 1, то п ■ F= 1• F~ F.

Проницаемость определяется как отношение потока каких-
или частиц (нейтральных молекул, ионов) к их концентрации
и охарактеризовывает скорость, с которой частички проходят через
мембрану в УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ данных критериях. Поток частиц можно представить
как количество растворенных частиц (моль), которые пересекают
единицу площади мембраны (см2) каждую секунду (моль/см2 • с).
Концентрация вещества в каком-либо объеме будет измеряться
как моль/см3. Потому размерность проницаемости будет выра­
жаться как моль/см2: с/моль/см3 =см/с, т. е. имеет размерность
скорости. В УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ согласовании с уравнением Голдмана вклад каждого
иона в потенциал покоя либо, как нередко его именуют, мембранный
потенциал, будет тем меньше, чем меньше его проницаемость че­
рез мембрану. Не считая того, понижение концентрации иона также
уменьшает его вклад в мембранный потенциал. Это отлично иллю­
стрирует набросок 2.7, на кото­
ром представлена зависимость
мембранного потенциала мышеч УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ­
ного волокна лягушки от вне­
клеточной концентрации ионов
калия. При больших значениях
-40V- / концентраций ионов калия на-

-60

_во _ о/ Рис. 2.7. Зависимость потенциала покоя

мышечного волокна от концентрации ионов калия во внеклеточной среде:

1 — теоретическая зависимость, рассчитанная

по формуле Нернста; 2— кривая, построен-

0 020510255 10 20 50 100 ная по экспериментальным данным; по оси

' ' ' ' ги+1 мабсцисс — концентрация ионов калия; по оси

L l\ Jg, ммординат — величина УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ мембранного потенциала


клон кривой совпадает с на теоретическом уровне рассчитанной и имеет, как и в случае с безупречной мембраной, наклон 58 мВ на десяти­кратное повышение содержания ионов калия. При низких кон­центрациях кривые начинают расходиться из-за воздействия ионов натрия, хотя проницаемость для этих ионов, определенная в опытах с УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ радиоактивными изотопами, приблизительно в 100 раз мень­ше, чем ионов калия. Произведение i>Na[Na+]0 численно начи­нает приближаться к произведению Рц\ К+]0. Следует учиты­вать, что ионы хлора в мышечных волокнах лягушки распреде­ляются пассивно в согласовании с величиной и знаком мем­бранного потенциала, т.е. отсюда УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ следует, что не ионы хлора заносят вклад в мембранный потенциал, а мембранный потен­циал определяет рассредотачивание ионов хлора. Потому при рас­чете мембранного потенциала в этом случае ионами хлора можно пренебречь. Совместно с тем исследования проявили, что в других клеточках ионы хлора не находятся в состоянии электро­химического равновесия по УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ различные стороны мембраны и заносят соответственный вклад в создание мембранного потенциала. Беря во внимание данный факт, уравнение Голдмана можно записать в уп­рощенном варианте:

Е* = RT/F 1пРк[К+]0 +^а^а+]0/Рк[К+], + PNa[Na+],- =

(18) = 0,0581gl[2,5] + 0,013[120]/1[140] + 0,013[10] = -89 мВ.

При физиологических значениях ионов калия в окружаю­щей среде 2,5 мМ сбалансированный потенциал УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ покоя по уравнению Нернста

EK=RT/F- In [K+]0/[K+] = 0,058 lg 2,5/140 = -102 мВ.

Значение Ем — —89 мВ приметно отличается от значения рав­новесного потенциала для ионов К+и согласуется со значением Ем = —90 мВ, приобретенным при микроэлектродных измерениях мембранного потенциала мышечной клеточки.


uluchshenie-deyatelnosti-komand-po-razrabotke-novih-produktov.html
uluchshenie-finansovogo-sostoyaniya-predpriyatiya-na-baze-sistemi-prinyatiya-upravlencheskih-reshenij-v-oao-mmk-imeni-ilicha.html
uluchshenie-investicionnoj-privlekatelnosti-poyasnitelnaya-zapiska-k-dokladu-mera-gorodskogo-okruga-tolyatti-o-dostignutih.html