Рівноважний мембранний потенціал Нернста
Розглянемо мембрану, проникну для певних іонів (скажімо, іонів ). Як випливає з формули (4.30), рушійною силою пасивного транспорту іонів крізь мембрану є градієнт електрохімічного потенціалу. Дифузія крізь мембрану певних іонів буде продовжуватись доти, доки величина обернеться в нуль, тобто електрохімічні потенціали по обидва боки мембрани стануть рівними між собою:
(4.31)
При цьому на мембрані виникає різниця електричних потенціалів, яка перешкоджатиме подальшому рухові іонів. Встановиться рівновага, струм іонів крізь мембрану припиниться 3 умови (4.31) знайдемо такий вираз
для рівноважної різниці потенціалів:
(4.32)
Оскільки хімічний потенціал розчинника залишається незмінним то з рівняння (4.32) отримаємо шукану формулу:
(4.33)
Це і є рівноважний потенціал Нернста. Зауважимо, що при рівності концентрацій цей потенціал стає рівним нулеві, саме тому рівноважний мембранний потенціал ще називають концентраційним потенціалом Нернста. Оцінимо його величину для аксона кальмара:
Тоді з врахуванням чисельних значень констант
Якщо зовнішній потенціал на біомембрані прийняти рівним 0, скориставшись довільністю у виборі точки відліку потенціалу, то всередині клітини потенціал Нернста, пов'язаний з розподілом іонів , набуває такого значення:
Таким чином, до виникнення рівноважного потенціалу Нернста спричиняє відмінність у концентраціях іонів всередині і зовні клітини. Так, для живих клітин концентрація іонів всередині перебільшує їх концентрацію зовні клітини в десятки разів.
Іноді користуються безрозмірним рівноважним потенціалом Нернста
(4.34)
звідки (4.35)
У 1902 році Дж. Бернштейн висунув гіпотезу, згідно з якою потенціал спокою зумовлений проникністю цитоплазматичної мембрани лише для іонів , внаслідок чого виникає потенціал, що описується таким рівнянням Нернста:
(4.36)
На рис. 4.32 подані графіки , побудовані за експериментальними даними, а також розраховані за рівнянням (4.36). Розходження між розрахованими за рівнянням Нернста і експериментальними даними при малих значеннях свідчать про недосконалість калієвої теорії потенціалу спокою.
Рис. 4.32. Залежність потенціалу спокою гігантського аксону кальмара від концентрації іонів К+ в позаклітинному середовищі (— - рівняння Нернста, ..... - експериментальні дані, х'х'х' - рівняння Гольдмана).
Дата добавления: 2015-03-03; просмотров: 1647;