Активный транспорт веществ. Биопотенциалы

1.

Лекция 6
Активный транспорт веществ.
Биопотенциалы.
Лектор: Головко Ольга Владимировна, канд. физ.-мат. наук, доцент.

2.

Активный транспорт обеспечивает перенос молекул
и 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 o
Калий – 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 мембраны
ионы Na обмениваются на ионы K.
Na
Na белок K K белок Na

5.

3.Фосфатозная. Эта фаза заканчивает цикл на
внутренней 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 способы
их 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 воде
Cl
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 на
границе 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 границе
раздела 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 первом
приближении,
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 не
только 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 диффузионными
потоками 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 действия
Все 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 зависимость
изменения 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: проницаемость
ионов 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:

20.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!