Мембраны тайвны потенциал

Мембран потенциал буюу трансмембраны потенциал нь эсийн мембраны гадна болон дотор талын цахилгаан потенциалын (хүчдэл) ялгаа юм. Мембраны гадна болон дотор талын шингэн орчин цахилгаан цэнэгийг дамжуулах хандлагатай байдаг бол мембран нь эсэргүүцэх хандлагатай байдаг. Эсийн мембраны потенциал тодорхой хугацаа өнгөрөхөд өөрчлөгдөхгүй байгаа бол үүнийг мембраны тайвны потенциал гэнэ.

Мембраны тайвны потенциалын үед эсийн дотор гадаад орчноос илүү сөрөг цэнэгтэй байдаг. Энэ нь -9мВольтоос -100мВольтийн хооронд хэлбэлздэг. Энэ нь осмоларитийн эсрэг үзэгдэл юм.

Мэдрэлийн болон булчингийн эдийн эсүүд нь бусад эсүүдтэй харьцуулахад өндөр потенциалтай байдаг. Үхсэн эсүүдэд мембраны потенциал байдаггүй.

Эсийн тайвны потенциалыг тэнцвэрт потенциалын үүднээс авч үзэх нь илүү ойлгоход хялбар юм.

Дээрх диаграммд модел эсийг зөвхөн калийн ионтой хамт үзүүлсэн байна. Энэ тохиолдолд тайвны потенциал нь калийн тэнцвэрт потенциалтай адил байх юм.

Гэвч жинхэнэ эс илүү нарийн системтэй байх нь мэдээж. Учир нь маш олон төрлийн ионыг эс нэвтрүүлж мөн гаргаж байдаг. Үүнийг маш сайн ойлгохын тулд ихэвчлэн сурах бичгүүд дээр зөвхөн натри болон калийн ионыг нэвтрүүлэх модель эсийг авч үзсэн байдаг.

Үндсэндээ эсийн мембраны тайвны потенциал бий болоход ионы шахуурга болон сувгийн уургууд гол үүрэгтэй байдаг.

Натрийн ионы эс рүү чиглэх хөдөлгөөн ENa–ийн тодорхой утгыг үүсгэж, Калийн эсээс гадагш тэмүүлэх хөдөлгөөн нь EK утгыг үүсгэдэг. Энэхүү 2 ионы тэмцэлт хөдөлгөөний дүнд эцэст нь тэнцвэр тогтдог. Тэнцвэр тогтоход энэхүү хоёр ионы цэнэг нь нэг нь эерэг, нөгөө нь сөрөг тул тэдгээрийн тэнцвэр тогтсон утгын зөрүү нь 0 мВ байх болно. Хэдийгээр мембраны потенциал 0 мВ болсон ч тогтвортой байдаггүй юм. Учир нь калийн болон натрийн ионы аль аль нь тэнцвэрт байдалд удаан байдаггүй ажээ. Эдгээр ионууд нь үргэлж диффузын хөдөлгөөнд оршдог билээ.

Бодит байдал дээр тэнцвэрийн потенциал, натри болон калийн нэвтрүүлэх байдлын аль аль нь хэзээ ч тэнцүү байдаггүй юм.

Натрийг нэвтрүүлэх байдал нь калийг нэвтрүүлэх байдлаас 5%-иар их байдаг.  Харин EK -80 мВ, ENa + 60 мВ байна. Тиймээс эсийн тайвны потенциал нь -73 мВ байдаг.

Мембраны потенциалыг томъёогоор илэрхийлэхэд ион болгоны тэнцвэртэй байдлын дундаж нь мембраны потенциал байна гэж үздэг. Үүнийг Голдманы тэгшитгэл гэнэ. Хэвийн нөхцөлд:

энд  Em нь мембраны потенциал

     EX Х ионы мембраны потенциал

     PX нь Х ионы харьцангуй нэвтрүүлэх байдлыг дурын нэгжээр илэрхийлсэн нь (жишээ нь, цахилгаан дамжуулалтыг бол сиеменсээр хэмжинэ)

     Ptot нь бүх нэвчих ионыг нэвтрүүлэх байдал юм. Энэ тохиолдолд энэ нь PK+ + PNa+ + PCl тэй тэнцэнэ.

Амьтны эсийн мембран дагуух стандарт мембраны потенциалын калийн градиент нь Натри, Калийн Насос буюу АТФаза АТФ-аас ажиллах эрчим хүчээ бий болгодог уургийн үйл ажиллагаагаар бий болдог.

Харин эсийн тайвны потенциал нь ион-зөөвөрлөгч ферментүүд болох унипортерүүд, котранспортерүүд, насос зэргийн тусламжтайгаар тогтдог. Ихэнх мэдрэлийн эсүүд буюу нейроны хувьд тайвны потенциал нь ~-65 мВ байдаг.

Үнэндээ тайвны потенциал нь тэнцвэрийн потенциалаас өөр юм. Учир нь тайвны потенциалын үед эрчим хүч үргэлж хэрэглэгдэж байдаг. Натри болон калийн ионууд үргэлж хөдөлгөөнд оршиж байдаг. Мөн зөөвөрлөгч уургууд үргэлж ажиллаж байдаг. Тиймээс энэ нь тэнцвэрийн потенциалаас ялгаатай нь динамик диффузын потенциал болж байгаа юм.

Тайвны потенциалд цахилгаан дамжуулалт хамгийн ихтэй хоёр ион буюу бидний олон авч үзсэн натри болон калийн ионууд чухал үүрэгтэй. Кали нь гэхдээ илүү давамгай байдаг. Кали нь сөрөг тэнцвэрийн потенциалтай байдаг ион тул тайвны потенциал нь калийн тэнцвэрийн потенциалаас хэзээ ч илүү сөрөг байдаггүй юм.

Тайвны потенциалыг Голдман-Ходгкин-Катцын хүчдэлийн тэгшитгэлээр бодож олдог. Энэ тэгшитгэлд ион тус бүрийн концентраци, харьцангуй нэвчүүлэх байдал, дамжуулалтыг оруулсан байдаг. Хэвийн нөхцөлд нь зөвхөн натри, кали, хлорын ионууд нь гол үүргийг гүйцэтгэдэг.

Энд Vm гэж байгаа нь Em юм. Уг тэгшитгэл Нернстийн тэгшитгэлтэй төстэй ч нэвчигч ион болгоныг оруулдгаара онцлог юм.

     Vm (Em) нь Вольтоор хэмжигдэх мембран потенциал,

     R, T, F нь өмнө нь дурдсан тогтмолууд.

     PX нь Х ионы харьцангуй нэвчүүлэх байдал юм.

Мембраны потенциалыг мөн Миллманы тэгшитгэлээр илэрхийлж болно:

Энд Ptot нь бүх ионуудыг нийлбэр нэвчих чадвар юм.

Ердийн үед тайван нөхцөлд PNa+ ба PCl- нь тэгтэй тэнцүү байдаггүй. Гэхдээ PK+-с хамаагүй бага байдаг. Ийм учраас нь Em нь Eeq,K+-той ихэвчлэн ойролцоо байдаг.

Тайвны мембраны потенциал нь гадаад орчны натрийн концентрациас хамааралгүй.

Тайвны мембраны потенциал нь гадаад орчны калийн концентрацитай хүчтэй хамааралтай.

Яагаад мембраны тайвны потенциал нь нэг ионы концентрациас хамаардаг атлаа нөгөө ионы концентраци түүнд нөлөөлөхгүй байгаа нь тайвны үед нээлттэй байгаа ион солилцооны сувгийн (уургийн) төрөл болон тооноос хамааралтай.

Тайвны потенциал гэдэг нь мембран дагуух ионуудын харьцангуй тэгш бус хуваарилалтаас үүдэлтэй.

Натрийн сувгууд нь 2 хаалгатай байдаг. Нэг нь энгийн хаалга (идэвхжлийн) нь тайван үед хаалттай байдаг. Нөгөө нь идэвхгүйжүүлэх хаалга юм. Энэ нь тайван үед нээлттэй байдаг. Маш түргэн идэвхжлийн хаалга онгойход Na+ маш түргэн орж ирж эсийг туйлгүйжүүлдэг. Энэ үед идэвхгүйжүүлэх хаалга хаагддаг. Мөн энэ үед K+ хаалга нээгдэж K+-г гадагш эрчимтэй гаргадаг. Энэ нь эргэн туйлжилт юм.

Тайвны мембраны потенциалыг ойлгохын тулд уусмалд ионууд ямар хүчин зүйлийн дүнд шилжин хөдөлдгийг ойлгох хэрэгтэй.

  1. Шингэний диффуз
  2. Электрофоретик хөдөлгөөн

Шингэний диффуз

Диффуз бол үнэндээ дулааны нөлөөллөөс болж хөдөлгөөнд орж буй молекулуудын харилцан үйлчлэл юм.

Бид диффузыг дараах томъёогоор тодорхойлж болно:

Гэвч диффузыг хүч хэмээх талаас нь авч үзэх нь зарим талаар дутагдалтай байж болох юм.

Электрофорез

Электрофорезыг доорх томъёогоор илэрхийлж болно:

Диффуз, электрофорезийн аль алинд молекулуудын шилжих хөдөлгөөн буюу урсгал нь хүрээлэн буй орчинтой үүсгэж буй үрэлтээр тодорхойлогдоно.

Диффуз электрофорезийг нэгтгэвэл доорх томъёо гарна:

Тайвны потенциалыг хэмжих

Зарим эсүүдэд мембраны потенциал нь үргэлж хувирч байдаг (жишээ нь зүрхний булчингийн эсүүд). Тийм эсүүдийн хувьд тайван байх буюу тайвны потенциал хэмээх ойлголт байдаггүй.

Харин мембраны зөөвөрлөлтийн үйл ажиллагаа нь тогтмол байж потенциал харьцангуй тогтмол байдаг бусад эсүүдэд электрод дүрж тайвны потенциалыг хэмжих боломжтой.

Өөрөөр хэлбэл вольтметрээр хэмжиж болно гэсэн үг. Кардиомиоцит эс буюу зүрхний булчингийн эсийн мембраны хүчдэлийг хэмжих тохиолдолд эсийн дотор талд буюу цитоплазм нь үргэлж хасах цэнэгтэй байх болно. Эсийн тайвны потенциалыг, ер нь ямар ч эсийн потенциалыг миллиВольтоор хэмждэг.

Трансмембраны потенциалыг оптик аргаар хэмжих бол тэднийг зөвхөн оптик чанараа мембраны потенциалаас хамааруулан өөрчилдөг будаг ашиглан хэмжиж болох юм.

Доорх зурагт жирийн нөхцөл дэх ионы концентрацийг тоогоор илэрхийлжээ.

Зөвхөн калийн ионы хөдөлгөөн
Зөвхөн натрийн ионы хөдөлгөөн

Тайвны потенциалыг бодож олох

Схемээр төлөөлүүлэв:

Vrest буюу тайвны потенциалыг олохдоо:

  1. INa + IK = 0
  2. Vin – Vout = EK + IK / gK
  3. Vin – Vout = ENa + INa / gNa
  4. IK = gK(Vm – EK)
  5. INa = gNa(Vm – ENa)

Бодлого

Дугуй хэлбэрийн 50 μм диаметртэй эсэд -89 мВ мембраны потенциал тогтохын тулд хэдий хэмжээний ион эсийн мембраныг өнгөрөн гарах вэ?

Q (Кулон) = C (Фарад) * V (Вольт)

Өвөрмөц capacitance (емкость) = 1.0 μFarad / cм2

Гадаргуугийн талбай = 4 π r2

Фарадайн констант = 9.648 x 104 Кулон/Моль

Авогадрогийн тоо = 6.022 x 1023 ион/Моль

Бодолт

  1.     Талбай = 4πr

= 4 π (25 x 10-4 cм)2

= 7.85 x 10-52

= 78.5 x 10-6 μФарад

= 78.5 x 10-12 Фарад

  1.     Q = C×V

= 78.5 x 10-12 Фарад × 0.089 Вольт

= 7 x 10-12 Кулон

  1.      ⇒ 7 x 10-12 Кулон/ 9.65 x 104 Кулон/Моль

= 7.3 x 10-17 моль ион мембраныг өнгөрөх ёстой

= 0.073 моль ~ 44 x 106 ион

Advertisements

3 thoughts on “Мембраны тайвны потенциал

  1. Сайн мэдээлэл байна. Баярлалаа. Үйлийн потенциалын тухай, voltage-gated натрийн сувгуудын (9 isoforms) тухай мэдээлэл оруулж болох уу?
    Монголчилж болох нэр томъёог харах гэж танай сайтыг оллоо.

    Like

Хариулт үлдээх

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Өөрчлөх )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Өөрчлөх )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Өөрчлөх )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Өөрчлөх )

Connecting to %s