БІОЛОГІЧНІ ПОТЕНЦІАЛИ

Генерація і поширення електричних потенціалів - найважливіше явище в живих клітинах і тканинах, яке лежить в основі збудження клітин, регуляції внутрішньо­клітинних процесів, м'язового скорочення, роботи нервової системи. Порушення електричних характеристик окремих клітин, нервових волокон, тканин призводить до захворю­вання.

Рис. 4.30. Співвідношення на­прямків потоків іонів Nа+ та К+ та відповідних градієнтів кон­центрацій, а також градієнти електричного потенціалу при ак­тивному транспорті.

Різниця потенціалів між водними фазами по обидва боки мембрани (або мембранний потенціал) виникає внаслідок процесів переносу, тобто процесів пасивного і активного транспорту.

Потенціал спокою - різниця потенціалів між цитоплаз­мою і навколишнім середовищем у нормально функціону­ючій незбудженій клітині, що зумовлена відміною у концентраціях іонів по обидва боки мембрани.

Потенціал дії - різниця потенціалів, що виникає при збудженні клітини і зумовлена зміною проникності мембра­ни для іонів.

Загальна картина розподілу потенціалів на межах мембрани з водними фазами (внутрішньоклітинній і позаклітинній) подана на рис. 4.31. З цього рисунка випли­ває існування чотирьох характерних різниць потенціалів:

Рис. 4.31. Зміна електричного потен­ціалу при наближенні до мембрани і в самій мембрані.

- міжфазний стрибок потенціалу на зовнішній границі мембрани;

- міжфазний стрибок потенціалу на внутріш­ній границі мембрани;

- різниця потенціалів на границях мембрани;

- мембранний потенціал або різниця потенціалів між водними фазами по обидва боки мембрани.

При цьому

Для симетричної мембрани

тоді

тобто

Міжфазні стрибки потенціалу зумовлені поверхневим зарядом, що його створюють "голівки" фосфоліпідів, та здатністю мембрани пов'язувати іони з навко­лишньою водною фазою. Спадає потенціал за таким законом:

де - радіус Дебая, що дорівнює тій відстані від границі мембрани, на якій потенціал зменшується в є разів. Радіус Дебая залежить від концентрації іонів у водній фазі і складає приблизно тобто 10% від товщини

мембрани.

Мембрана за своїми електричними властивостями подібна до конденсатора. Потенціал змінюється всередині мембрани приблизно за лінійним законом, тобто напру­женість поля є майже сталою величиною:

Походження мембранних потенціалів можна пояснити, виходячи з особливостей розподілу і дифузії іонів з урахуванням їх проникності крізь мембрану.