Трансмембранные потенциалы

Введение

Трансмембранный потенциал описывает электрическое напряжение между внутренней и внешней сторонами клеточной мембраны. Он возникает из-за неравномерного распределения ионов и необходим для многих биологических процессов.

Происхождение трансмембранного потенциала

1. Распределение ионов

Внутреннее пространство: Высокая концентрация ионов калия (K⁺), много отрицательно заряженных белков.
Внешнее пространство: Высокая концентрация ионов натрия (Na⁺) и хлорид-ионов (Cl-).

2. Проницаемость мембраны

Клеточная мембрана полупроницаема и содержит специальные ионные каналы. Калий преимущественно вытекает из клетки, делая внутреннее пространство клетки более отрицательным.

3. Натрий-калиевый насос

Активный транспортный механизм, который выкачивает 3 иона Na⁺ наружу и 2 иона K⁺ внутрь клетки. Это помогает поддерживать отрицательный потенциал.

Типичные значения

Мембранный потенциал покоя: около -70 мВ (в нервных клетках).
Деполяризация: внутренняя поверхность клетки становится менее отрицательной.
Гиперполяризация: внутренняя поверхность клетки становится более отрицательной.

Значение и функции

Нервная проводимость: Основа для потенциалов действия.
Сокращение мышц: Контроль мышечной активности.
Сердечная функция: Контроль сердечного ритма.
Сенсорные функции: Преобразование раздражителей в электрические сигналы.

Важные понятия

Уравнение Голдмана-Ходжкина-Каца: Расчет мембранного потенциала.
Потенциал действия: Быстрое изменение мембранного потенциала.
Электрохимический градиент: Комбинация химического и электрического градиента.

Резюме

Трансмембранный потенциал необходим для электрической возбудимости и коммуникации в биологических системах. Он лежит в основе нервной проводимости, движения мышц и множества других процессов.