Лекция 6 биопотенциалы

Все живые организмы, населяющие нашу планету, имеют клеточное строение. Каждая клетка окружена плазматической мембраной, отделяющей живое содержимое от его неживого окружения.

К основным функциям биологических мембран

относятся:

1) барьерная – обеспечивает регулируемый обмен веществ с окружающей средой;

2) матричная – обеспечивает определенное взаимное расположение и ориентацию мембранных белков;

3) механическая – обеспечивает прочность и автономность клетки.

Общая площадь всех биологических мембран в организме человека достигает десятков тысяч квадратных метров.

Величину мембранного потенциала рассчитывают по уравнению Нернста. При это учитывают равновесие Доннана, которое заключается в том, что по обе стороны мембраны произведение концентраций диффундирующих ионов одинакова:

Тогда мембранный потенциал будет рассчитываться по формуле:

За счет активного транспорта в организме создаются градиенты концентраций, электрического потенциала, давления, поддерживающие жизненные процессы. Таким образом, активный перенос удерживает организм в неравновесном состоянии, поддерживает жизнь.

Рисунок 6.1 – Схема работы активного транспорта в биологической мембране

Одна из важнейших функций биологических мембран – генерация и передача биопотенциалов. Это явление лежит в основе возбудимости клеток, регуляции внутриклеточных процессов, работы нервной системы, регуляции мышечного сокращения, рецепции. В медицине на исследовании электрических полей, созданных биопотенциалами органов и тканей, основаны диагностические методы: электрокардиография (ЭКГ),

В процессе жизнедеятельности в клетках и тканях могут возникать разности электрических потенциалов:

1) окислительно – восстановительные потенциалы – вследствие переноса электронов от одних молекул к другим;

2) мембранные – вследствие градиента концентрации ионов и переноса ионов через мембрану.

Биопотенциалы, регистрируемые в организме, - это в основном мембранные потенциалы.

Мембранным потенциалом называется разность потенциалов между внутренней (цитоплазматической) и наружной поверхностями мембраны:

Изучение мембранного потенциала было проведено на аксоне кальмара. Диаметр аксона кальмара достигает 0,5 мм. В него можно ввести микроэлектрод, не нанося значительных повреждений. Этот микроэлектрод делают стеклянным и заполняют его раствором KCl или NaCl (желатинизированный). Второй электрод – электрод сравнения – располагается в растворе у наружной поверхности клетки. Регистрирующее устройство, содержащее усилитель постоянного тока, измеряет мембранный потенциал.

Если концентрация какого – либо иона внутри клетки с_вн отлична от концентрации этого иона снаружи с_н и мембрана проницаема для этого иона, возникает поток заряженных частиц через мембрану, вследствие чего нарушается электрическая нейтральность системы, образуется разность потенциалов внутри и снаружи клетки, которая будет препятствовать дальнейшему перемещению ионов через мембрану.