Similar presentations:
Активный транспорт веществ. Биопотенциалы
1.
Лекция 6Активный транспорт веществ.
Биопотенциалы.
Лектор: Головко Ольга Владимировна, канд. физ.-мат. наук, доцент.
2.
Активный транспорт обеспечивает перенос молекули ионов из области меньших концентраций и
электрических потенциалов в область больших
концентраций и электрических потенциалов с
затратой энергии, которую клетка берет при гидролизе
молекул АТФ.
При переносе незаряженных частиц через мембрану
C1
совершается работа:
A RT ln
C2
При переносе заряженных частиц через мембрану
совершается работа:
C1
A RT ln
F n 1 2
C2
3.
С i> C oКалий – натриевый насос
- для ионов калия. С i < C o - для ионов натрия.
1.Киназная. Начинается на внутренней поверхности
мембраны и заканчивается на внешней:
AT белок Nа Na белок AD энергия
4.
2.Ионообменная. На наружней поверхности мембраныионы Na обмениваются на ионы K.
Na
Na белок K K белок Na
5.
3.Фосфатозная. Эта фаза заканчивает цикл навнутренней поверхности мембраны дефосфолированием
переносчика и освобождением ионов K:
Na Na
K белок Белок К
!!! За один цикл переносится 3 иона Na из клетки в
окружающую среду и 2 иона K в клетку.
6.
Природа биопотенциалов и способыих описания
Биопотенциалы — это разность потенциалов
между двумя точками живой ткани, отражающая ее
биоэлектрическую активность.
Биопотенциалы служат источником информации о
состоянии и функционировании различных рганов.
В возникновении биопотенциалов решающую роль
играет разность потенциалов, обусловленная
несимметричным распределением ионов.
7.
р-р HCl в водеCl
Н
Cl -
Н
Cl
Н
Н
-
+
+
+
+
+
+
+Cl
+
+
+
+
+
+Cl
Н
Н
С (HCl)>C (HCl)
U
V
RT
a
1
ln
диф
.
U
V
nF
a
2
8.
2.Мембранные потенциалы возникают награнице раздела двух жидких сред в результате
различной проницаемости мембраны.
р-р HCl в воде
Cl
Н
-
Cl -
-
Н
Cl
-
Н
Н
-
+
+
+
+
+
+
+Cl
+
+
+
+
+
+Cl
Н
Н
С (HCl)>C (HCl)
мем
RT a1
ln
nF a2
уравнение Нернста.
9.
3. Фазовый потенциал возникает на границераздела двух несмешивающихся фаз (например,
раствор электролита в воде и какое-нибудь масло)
в результате различной растворимости анионов и
катионов в неводной фазе.
масло
++++++++++++++++++
-------------------------
NaCl
Наблюдается фазовый потенциал при механическом
повреждении мембраны.
10.
Равенство Доннана.При выводе уравнений выполняется условие
электронейтральности, равенство суммарной концентрации
анионов и катионов
K Cl n P
так и снаружи клетки
как внутри клетки
i
K .
O
i
Cl
i
o
n P
O
n - число отрицательных зарядов на каждой белковой
молекуле.
В межклеточной жидкости содержание
K O Cl O
катионов значительно выше, чем ионов
K i
Cl O
макромолекул . Поэтому
K Cl
O
ii
11.
Потенциал покоя-это разность потенциалов между клеткой и окружающей
средой, измеренная в состоянии физиологического покоя.
Экспериментально установлено, что цитоплазма в
состоянии покоя имеет отрицательный потенциал, а
окружающая среда - положительный.
C
K
C
Na
C
Na
C
K
в клетке в 20-40 раз.
снаружи в 10 раз.
Ионы калия внутри клетки не связаны с другими ионами
и могут диффундировать в состоянии покоя в
окружающую среду. Анионы не могут проникать через
мембрану и остаются на внутренней поверхности
мембраны.
Т.о.
мембрана
снаружи
заряжается
положительно, а внутри – отрицательно.
12.
Если принять, в первомприближении,
что
потенциал
покоя
определяется
только
диффузией ионов калия, то
потенциал
покоя
определяется как:
RT
К
п
ln
nF
K
i
o
уравнение Нернста
13.
В реальности в состоянии покоя мембрана проницаема нетолько для ионов калия, но и для ионов натрия и хлора .
Для аксона гигантского кальмара экспериментально
установлено: P : P : P 1 : 0,04 : 0,45
K
Na
Cl
14.
Потенциал покоя определяется тремя диффузионнымипотоками и вычисляется (с учетом равенства Доннана) по
формуле:
P
RT
K
n
ln
F P
K
K P Na P Cl
K P Na P Cl
i
o
Na
Na
i
-уравнениеХоджкина-Хаксли-Катца
o
Cl
Cl
o
i
15.
Потенциал действияВсе клетки возбудимых тканей под действием
раздражителей способны переходить в возбужденное
состояние:
возбуждение — это ответная реакция на раздражитель,
возбужденный
участок
становится
электроотрицательным
по
отношению
к
невозбужденному
участку,
т.е.
происходит
перераспределение ионов:
Раздражитель (механический,
Окр. ср
клетка
химический, биологический)
+ + + + + -+ + +
-------+
----
16.
Для аксона кальмара обнаружена зависимостьизменения потенциала при возбуждении от времени:
1 -потенциал покоя
-потенциал
2 возбуждения
3
2
1
-общее изменение
разности потенциалов
Общее изменение разности потенциалов между клеткой и
окружающей средой, происходящее при пороговом и
сверхпороговом
возбуждении
клетки,
называется
потенциалом действия.
17.
1-2 — фаза деполяризации: проницаемостьионов натрия увеличивается в 500 раз,
ионы натрия поступают из окружающей
среды в клетку, что приводит к изменению
потенциала мембраны.
2-3 — фаза реполяризации: натриевые
каналы закрываются и открываются
калиевые каналы, ионы калия выходят из
клетки в окружающую среду, происходит
восстановление потенциала покоя.
3-4-5 — следовой потенциал, 3-4 — обусловлен высокой
проницаемостью мембраны для ионов калия, после
окончания возбуждения. 4-5 — восстановление
потенциала покоя, активный транспорт, натрий - калиевый
насос.
18.
Распространение потенциала действия(проведение возбуждения по нервным волокнам)
В результате возбуждения между возбужденным и
невозбужденным участками возникает разность
потенциалов, которая создает электрический ток,
называемый локальным током. Локальный ток оказывает
на соседний невозбужденный участок такое же действие
как и исходный возбудитель — деполяризует мембрану.
В участке, который был ранее
возбужден, происходят
восстановительные процессы
реполяризации.
Этот процесс повторяется многократно и обусловливает
распространение импульсов по всей длине клетки в
обоих направлениях.
19.
В нервных волокнах с миелиновыми оболочками (миелин– жироподобное вещество - диэлектрик) локальные токи
распространяются между участками, на которых оболочки
прерываются – между перехватами Ранвье: