Információ

Miért nem nulla a membránpotenciál egyensúlyi állapotban?

Miért nem nulla a membránpotenciál egyensúlyi állapotban?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

A tintahal óriás axonja esetében a Goldman-egyenlettel számított membránpotenciál -60 mV. A Nernst-potenciálok pedig a következők (a K+ és a Na+ Nernst-potenciálja és a membránpotenciál közötti különbségek lehetővé teszik a mechanizmus működését):

K+ = -74 mV Na+ = 55 mV Cl- = -60 mV

Érdeklődnék, hogy ha a membránpotenciál 0mV, akkor a K+ és Na+ Nernst potenciálok még mindig működésbe hozzák a mechanizmust, tehát a 0mV ésszerű érték lehet? (Azaz szerintem a potenciál értéke egyáltalán nem fontos, amíg a mechanizmus jól működik, igaz?)


A membránpotenciál értéke nem befolyásolja a nyugalmi potenciál helyét. A membránpotenciál csak a nyitott csatornák részét érinti, így lehetővé teszi a nettó áram változását, ami lehetővé teszi a membrán depolarizációját és repolarizációját (akciós potenciál). Az akciós potenciál alatt a nyugalmi potenciál nem változik.

A nyugalmi potenciál értékét csak az ionok eloszlása ​​határozza meg (hány van a membrán egyik oldalán, vs. hány a másik oldalán). Ez viszonylag állandó még akkor is, ha az ionok áthaladnak a membránon az akciós potenciálért; az ionoknak valóban nem túl nagy része mozog a tartályhoz képest, amiben vannak, így a megfordítási potenciálok idővel megmaradnak.


Membránpotenciál

Ezután egy voltmérő mérheti a potenciálkülönbséget a sejtmembránon.

a sejten kívül OmV-nek számít

munkát kell végezni az ellentétes töltések elkülönítésére.

Tehát szinte az összes extracelluláris és intracelluláris ion párosul + és -, és csak néhány felesleges neg töltés a membránon belül párosul a membránon kívüli pozitív töltések kis feleslegével.

A membránon áthaladó ioncsatornák a sejtmembránt szivárgó kondenzátorrá teszik.

Ha egy pozíció ion kimozdul egy cellából, a cella ______ lesz.

Az ellenállás kölcsönössége

A sejtmembrán elektromos tulajdonságainak egyenértékű áramköri modelljében használt kifejezés.

A vezetőképesség mind a membrán porepitásától, mind az oldatban lévő ionok konnetrációjától függ.

A nyugalmi potenciál nagymértékben neg. bc a K intracelluláris conc-ja sokkal magasabb, mint az extracelluláris konc, és a sejtmembrán enyhén permebális a K-ra

Amikor a K lefolyik a kon gradiensén, elhagyva a sejtet, a sejtmembrán negatívabbá válna, amit ez az elektromos erő ellentétes lenne a K sejtből való kimozdulásával.

Ha a membránpotenciál bármilyen okból kevésbé negatív lenne, akkor a K-t a sejtben tartó elektromos erő csökkenne, így további k távozna a sejtből, így a sejt újra negatív lesz

Ahogy a K EC con értéke megnő, a K-t a sejtből kiszorító kémiai erő mérete csökken. Ek a kémiai erő, így csökken a mérete.


Számolja ki rendelése árát

Kövesse ezeket az egyszerű lépéseket a papír elkészítéséhez

Töltse ki a megrendelőlapot, és adja meg a megbízás minden részletét.

Válassza ki az Önnek legmegfelelőbb fizetési rendszert.

Ha elkészült a papírja, e-mailben elküldjük Önnek.

Nem kell éjszaka a papíron dolgozni. Aludj jól, betakarjuk a hátadat. Mindenféle írási szolgáltatást kínálunk.


A membránpotenciál fiziológiája

A membránpotenciál megértése

A következő pontok segítenek megérteni, hogyan működik a membránpotenciál

  • Fontos az elektromos és kémiai gradiens közötti különbség.
    • Elektromos gradiens
      • Ellenzi a kémiai gradienst.
      • A membránon átívelő elektromos töltés különbségét jelenti
      • Ellenzi az elektromos gradienst
      • Egy adott ion koncentrációjának különbségét jelenti a membránon keresztül.
      • Mindig nyitva tartó csatornák
      • Engedélyezze az ionok szabályozatlan áramlását egy elektrokémiai gradiensen.
      • Aktívan szállítja a Na+-t a sejtből, a K+-t pedig a sejtbe.
      • Segít fenntartani a koncentráció gradienst és ellensúlyozni a szivárgási csatornákat.

      Az emberi idegsejtek membránpotenciálja és élettana

      Az emberi idegsejtek főként a membránpotenciálok fogalmán dolgoznak. A szerotonin vagy dopamin néven ismert vegyi anyagokat gradienseken keresztül továbbítják. Az agy megkapja ezeket a neurotranszmittereket, és funkciók végrehajtására használja fel.

      • A Na + koncentrációja a sejten kívül sokkal magasabb, és a sejtmembrán nagyon áthatolhatatlan a Na + számára
      • A sejten belül a K +-nak nagy a koncentrációja, mivel a sejtmembrán nagyon áteresztő a K + számára
      • Az A - olyan nagy ionokra vonatkozik, amelyek teljesen a sejt belsejében találhatók, és nem tudnak áthatolni a sejtmembránon.

      A nyugvó idegsejt membránpotenciáljáért felelős ionok koncentrációja (millimol/literben) és permeabilitása

      ION Extracelluláris Intracelluláris Relatív permeabilitás
      Na + 150 15 1
      K + 5 150 25-30
      A - 0 65 0

      Nézze meg ezt a YouTube-videót, ha többet szeretne megtudni a Na + /K + pumpáról és a membránpotenciál működéséről. www.youtube.com/watch?v=iA-Gdkje6pg

      Hogyan számítsuk ki a membránpotenciált

      A membránon áthaladó ion töltésének kiszámítása, a Nernst-potenciál, viszonylag könnyen kiszámítható. Az egyenlet a következő: (RT/zF) log([X]ki/[X]ban ben). Az RT/F körülbelül 61, ezért az egyenlet így írható fel

      • R az univerzális gázállandó (8,314 J.K -1 .mol ​​-1 ).
      • T a hőmérséklet Kelvinben (°K = °C + 273,15).
      • z az ion iontöltése. Például, z +1 K + esetén, +2 Mg 2 + esetén, -1 F - esetén, -1 Cl - esetén stb. Ne feledje, z-nek nincs mértékegysége.
      • F a Faraday-állandó (96485 C.mol -1 ).
      • [x]ki az ion koncentrációja a fajon kívül. Például egy neuronon kívüli molaritás.
      • [x]ban ben az ion koncentrációja a fajon belül. Például egy neuron belsejében lévő molaritás.

      Az egyetlen különbség a Goldman-Hodgkin-Katz egyenletben az, hogy az összes permeábilis ion koncentrációját összeadja a következőképpen

      3. ábra. (Az óramutató járásával megegyező irányba, bal felső felől) 1) A töltések mindkét oldalon egyenlőek, ezért a membránnak nincs potenciálja. 2) A töltések kiegyensúlyozatlanok, ami potenciált ad a membránnak. 3) A töltések a membrán ellentétes oldalain sorakoznak fel, hogy megadják a membrán potenciálját. 4) Egy hipotetikus idegsejt az emberi testben, nagy koncentrációjú kálium belül és nátrium kívül.


      B3. A membránpotenciál termodinamikája

      • Közreműködött Henry Jakubowski
      • professzor (kémia) a College of St. Benedict/St. János Egyetem

      Hogyan számítható ki ez az egyensúlyi potenciál? A teljes termodinamikai hajtóerő, (&DeltaG_), a membránon keresztül (belülről kifelé haladó) transzmembránpotenciálú (X) ionra a &Delta&Psi a koncentrációgradiensekből és az elektromos potenciálból származó &DeltaG-k összege:

      A &DeltaGelect pot az egyszerű általános kémiai egyenletből határozható meg:

      ahol F, a Faraday-állandó (egy mól elektromos töltés elektromos töltése = 23 000 cal/V.mol), n (vagy z) a mozgó ionok móljára jutó töltésmólok száma (+ 1 Na és K esetén ionok) és a &Delta&Psi (vagy E) a transzmembrán elektromos potenciál voltban. Ezért egy ion mozgása a sejt belsejéből a külső felé,

      Ez azt mutatja, hogy az ionmozgás teljes hajtóereje egy kémiai potenciálból (első tag) plusz egy elektromos potenciálból (második tag) áll. Az egyenlet a következőképpen bővíthető és átrendezhető, ahol ( chi _) és ( chi _) a (X) ion koncentrációja a cellán belül, illetve azon kívül:

      [&DeltaG_x = RT ln chi_ - RTln chi_ - zFDY]

      Vegye figyelembe a (ce>), ahol (chi_/chi_) körülbelül 1/20 = 0,05. (A fenti táblázat azt sugallja, hogy ez inkább 1/35, de egyes szövegek 20-at használnak.) Mekkora legyen a transzmembrán potenciál, hogy a (ce) ne létezzen hajtóerő>) ionok áthaladnak a membránon (vagyis egyensúlyi körülmények között)? Ilyen körülmények között &Delta G x = 0, tehát

      [&Delta&Psieq = (0,0615/z) log(Xout/Xin) 310K vagy 37oC-on) label<5>]

      [&Delta&Psieq = (0,0591/z) log(Xout/Xin ) 298K vagy 25oC-on label<6>]

      A ef<3>- ef <6>egyenletek a Nernst-egyenlet változatai. A K+-ionok esetében a &Delta&Psi körülbelül -0,075 V vagy -75 mV (37oC = 310K, R = 1,98 cal/(K.mol) és z = +1 feltétellel). Vagyis mivel a belső negatívabb, mint a külső, ezért a K-ionok akkor is bent maradnak, ha a K-ionok kémiai potenciálja belül nagyobb. Hasonló számítás Na-ionokra körülbelül 12-es Xout/Xin értékkel körülbelül +55 mV egyensúlyi Na-ion potenciált ad. Miért van közel a tényleges transzmembrán potenciál a K-ionok egyensúlyi potenciáljához, és nem a Na-ionoké? Ennek oka az a tény, hogy a K+ ionok permeabilitása 100-szor nagyobb, mint a Na-ionoké. Ezért leginkább a K-ionok határozzák meg a sejt nyugalmi potenciálját. (Ne feledje, hogy a gliasejteknek csak nem ágazott K-csatornájuk van.)

      Általánosságban elmondható, hogy a &Delta&Psieq-et egynél több ion (általában Na és K) határozza meg, így a tényleges &Delta&Psieq az egyes ionok esetében a &Delta&Psieq között van. Levezethető egy általánosabb egyenlet, amely azt mutatja, hogy a &Delta&Psieq-t nemcsak a koncentráció, hanem az ionok permeabilitása is meghatározza. (A külső koncentrációnál nagyobb koncentrációban kapszulázott KCl-ból készült liposzómában, amelynek mindkét oldala elektromosan semleges, ha nem tud ionok áramlani a membránon, nem keletkezne membránpotenciál.) A koncentrációt ÉS a permeabilitást egyaránt figyelembe vevő egyenlet a Goldman-egyenlet, és a következő képlet adja meg:

      ahol PX az X ion permeabilitása. Ez a kezelés felismeri a termodinamika (kémiai és elektromos potenciálok) és a kinetika (permeabilitási együtthatók) fontosságát. Ne feledje, hogy ez a potenciál nem lenne lehetséges, ha az iongradienst nem a Na/K ATPáz tartja fenn. A transzmembrán feszültségre gyakorolt ​​hatások megtekintéséhez használja az alábbi Goldman-egyenlet-kalkulátorokat, és csatlakoztassa a következő, általában reális értékeket az ionok koncentrációjára és permeabilitására az idegsejtekben:

      ion belül (mM) kívül (mM) permeabilitási együttható (cm/s)
      K+ 140 5 (1 x 10^<-8>)
      Na+ 12 145 (1 x 10^<-10>)
      Cl- 3 145 (1 x 10^<-10>)

      Ezután növelje a Na-ionok permeabilitását, és figyelje a transzmembrán feszültségre gyakorolt ​​hatását. Állítsa vissza a Na-ion permeabilitását, és változtassa meg kloridionra.

      Olyan fluoroforokat fejlesztettek ki, amelyek beépülnek a membránokba, és amelyek fluoreszcenciája a transzmembrán potenciállal változik. Példa erre a di-4-ANEPPS, egy amino-naftil-etil-piridinium festék, amelynek szerkezetét az alábbiakban mutatjuk be.

      Membránokhoz kötve ennek a szondának a gerjesztési és emissziós maximuma 475, illetve 617 nm. Ha a membránpotenciál negatívabbá válik (hiperpolarizált), akkor a fluoreszcencia intenzitása (gerjesztés 440 nm) csökken, míg az emisszió nő, ha 530 nm-en gerjesztjük.

      Az 1940-es években módszereket fejlesztettek ki a sejtek tényleges transzmembrán potenciáljának mérésére. A külső nátrium- és káliumkoncentráció változtatása megváltoztatná a kísérleti transzmembrán potenciált, amint azt a Nernst-egyenlet is jelzi. A gliasejtek kísérleti nyugalmi potenciálja mindig megegyezett az elméleti kálium-egyensúlyi potenciálokkal, alátámasztva azt a nézetet, hogy a transzmembrán potenciál csak nyitott, nem elágazó káliumcsatornákhoz kapcsolódik. Ezt nem figyelték meg a neuronok esetében, ami arra utal, hogy a káliumtól eltérő csatornák nyitottak. Radioaktív nyomjelzők és potenciálmérések segítségével világossá vált, hogy az idegsejtek nemcsak káliumot, hanem nátriumot és kloridot is áteresztőek. Hogyan működnek ezek a pihenési potenciál megteremtésében? Tekintsük a legegyszerűbb esetet, amikor csak káliumcsatornák vannak jelen, más ionok egyenlőtlen eloszlása ​​mellett. Most adjunk hozzá néhány nátriumcsatornát. Két erő hat a nátrium bejutására a sejtbe: a kémiai potenciál, mivel a nátrium magasabb a külső oldalon, és az elektromos potenciál, mivel a sejt belsejében van negatív. Egy sejt egyensúlyi potenciálja, ha csak nátriumot permeábilis lenne, +55 mv, tehát nagy elektromos hajtóerő van arra, hogy a nátrium az imént hozzáadott, nem elágazó, nyitott nátriumpórusokon keresztül bejusson. Ahogy a nátrium belép, a cella elkezd "depolarizálódni", és pozitívabb feszültsége lesz. Mivel azonban példánkban sokkal több nyitott káliumcsatorna van, a nyugalmi potenciál csak kis mértékben tér el a káliumpotenciáltól, mivel a potenciál pozitívabbá válásával több kálium áramlik ki a koncentrációgradiensen. Végül a megnövekedett káliumkiáramlás megegyezik a nátrium beáramlásával, és új, a neuronokra jellemző -60 mV nyugalmi membránpotenciál jön létre.

      Most megválaszolhatjuk a fenti 3. kérdést: Hogyan tartják fenn a nyugalmi elektrokémiai potenciált és a transzmembrán ioneloszlást? A nyugalmi elektromos potenciál fenntartása érdekében a nátrium beáramlási sebességének meg kell egyeznie a nyitott, nem kapuzott csatornákon keresztüli kálium kiáramlás sebességével, hogy fenntartsák a töltés (és az elektromos potenciál) szétválását a membránon keresztül. De ha a beáramlást és a kiáramlást hagynánk folytatódni, a tényleges iongradiensek (kémiai potenciál) a membránokon keresztül összeomlanának. Ezt a problémát a Na/K ATPáz oldja meg. A nyugvó sejtekben a nátrium- és káliumionok passzív fluxusait pontosan kiegyenlíti ezen ionok Na/K ATPáz által közvetített aktív fluxusai. A sejt valójában nem egyensúlyi, hanem állandósult állapotban van.


      Egyensúlyi potenciálok és különböző permeabilitások.

      ez egy hosszú tudatfolyam volt. Nem teljesen biztos a kérdésben, de úgy tűnik, hogy figyelmen kívül hagyja a koncentráció gradiens okozta erőket. Csak azért, mert Na és K elektromos egyensúlyban vannak, még nem jelenti azt, hogy egyensúlyban vannak.

      Egy valódi sejtben ionpumpák, Cl- és más, a fehérje alkotóelemeihez tartozó anticiók is vannak.

      Ha nem válaszoltam a kérdésedre, segíthet, ha egyetlen mondattal megismétlem.

      Köszönöm a választ Py.
      Sajnálom az esetet. Nem vagyok benne biztos, hogy egyetlen mondatban is elmondható-e, amit gondolok.
      Megpróbálom tömören megfogalmazni.
      Zavarban vagyok egy sejt egyensúlyi potenciáljával kapcsolatban. Értelmem szerint a Goldman-egyenlet azonosítja a potenciálkülönbséget a membránon adott ionkoncentráció és permeabilitás esetén, amelyeknél az ionok nettó fluxusa nulla: tehát nincs változás a rendszerben.
      Ennek számomra nincs értelme. Tegyük fel, hogy van egy cellánk mindössze két ionnal, a K+ és a Na+ ionnal, és ezek töltése pontosan ellensúlyozza valamilyen negatív töltés jelenlétét (azaz először is nulla a potenciálkülönbség a membránon), és a K+ koncentráció nagyobb, mint kívül és az ellenkezője igaz a Na+-ra. A Goldman-egyenlet által megadott egyensúlyi potenciál mellett a kationok nettó fluxusa (a forgatókönyvben az egyetlen ion, amely mozoghat) mindkét irányban egyenlő. A K+ koncentrációja azonban eltérő a membrán két oldalán, így a K+ nagyobb valószínűséggel mozdul ki, a Na+ esetében pedig az ellenkezője igaz. A K+ gyakrabban mozoghat „oda-vissza”, mint a Na+, ha nagyobb a permeabilitása, de idővel a Na+ mégis átkúszik, és a K+ is kimozdul. Az egyetlen pont, ahol azt látom, hogy az egyensúly „igazi egyensúly”, az az, hogy a K+ és a Na+ aránya mindkét oldalon azonos, és a kationok nettó fluxusa mindkét irányban egyenlő.
      Ezt találtam:
      "Fontos szem előtt tartani, hogy sem a nátriumionok, sem a káliumionok nincsenek egyensúlyban ezen az állandó potenciálértéken: a nátriumionok folyamatosan szivárognak a sejtbe, és a káliumionok folyamatosan szivárognak ki. Ha ez így folytatódik, a nátrium- és káliumkoncentráció-gradiens végül lecsökken, és a membránpotenciál nullára csökkenne, ahogy az iongradiensek összeomlanak."

      Nem vagyok benne biztos, hogy ez ugyanarra vonatkozik-e, mint én, ez nem olyan egyértelmű. Szerintem ugyanazt mondja, mint én a koncentrációk változásáról, mert azok nagyobb valószínűséggel mozognának egyik irányba, mint a másikba. Azt viszont nem tudom, hogy a potenciál miért nullára csökken.
      Remélhetőleg ez egy kicsit világosabb.
      Köszönöm mégegyszer,
      Nobahar.

      Részben nem egy kérdés, mint olyan, inkább az, hogy én hogyan képzelem el a folyamatot, de valamiért nem biztos, hogy más forrásokkal összhangban van. Az volt a benyomásom, hogy a Goldman-egyenlet azonosítja azt a potenciálkülönbséget, amelynél az ionok nettó fluxusa nulla.

      Tegyük fel, hogy csak K+ tudott áthaladni a membránon, és a koncentráció magasabb volt belül, mint kívül. A pozitív töltések mindegyikének van egy megfelelő negatív töltése, amely áthatolhatatlan, így a koncentrációkülönbség ellenére a potenciálkülönbség a membránon nulla.

      Mivel a K+ koncentrációja magasabb a sejten belül, a K+-ionok a véletlenszerű mozgás miatt lefelé mozognának koncentrációgradiensükön, de amikor ez megtörténik, potenciálkülönbség alakul ki a membránon keresztül. Ez ellenezné a sejtből való kimozdulásukat, és ha a sejten belüli negatív töltés a sejten kívülihez képest bizonyos értékű, a töltés olyan erősséggel vonja be az ionokat a sejtbe, hogy a nettó fluxus nulla. A koncentráció azonban nem lesz egyenlő kívül és belül, és ez egy egyensúly. Ha jól tudom, stabil.

      A nehéz rész az, hogy ezt több ionra is kiterjesztjük. Ha a Goldman-egyenlet azt a potenciálkülönbséget képviseli, amelynél az ionok nettó áramlása nulla, akkor nem értem, hogyan képvisel stabil egyensúlyt. A Goldman-egyenlet figyelembe veszi a permeabilitást, és legalábbis az én értelmezésem szerint az egyensúlyi potenciálkülönbséget az egyes ionok egyensúlyi potenciáljai közötti helyzetbe helyezi olyan „körülmények között”, amelyekben csak permeábilisak voltak. Az áteresztőképességgel van súlyozva, de miért? Nem értem, miért fontosak az áteresztőképességek. Az idő múlásával az ionok továbbra is lefelé mozognak a koncentrációs gradiensükön. Mint mondtam, az egyetlen olyan „feltétel”, amely stabil egyensúlyt eredményez, az az, amikor az ionok nettó fluktusa nulla (vagyis mindkét irányba azonos sebességgel haladnak), és a koncentrációk mindkét oldalon egyenlő arányban vannak. (azaz annak a valószínűsége, hogy egy adott ion áthalad a membránon K+, mindkét irányban azonos) - ha nem így lenne, a koncentrációk tovább változnának.

      Valami hibás lehet az érvelésemben. Tehát, ha egyetlen kérdés van, akkor hol hibás az érvelés? Ha rossz. Valahol ennek lennie kell, mert nem értem, hogy a membrán közötti potenciálkülönbségnek miért kell nullának lennie. Lehetséges potenciálkülönbség a membránon, ha az egyes ionok aránya mindkét oldalon egyenlő, de a koncentrációk eltérőek, ha jól tudom.

      Ezúton is köszönöm a gyors választ. Még olvasnom kell erről, de a talált könyvek kihagyják a magyarázatot.


      A ROVAR IDEGRENDSZERÉNEK FARMAKOLÓGIÁJA

      B KÉTVÉGES KATIONOK

      A csótány óriás axon nyugalmi potenciálját kevéssé befolyásolja a külső kalciumkoncentráció tízszeres csökkenése vagy 30-szoros növekedése. Hasonlóképpen 52 mM Az Sr + vagy Mg 2+ a normál 1,8 mM Ca 2+ értékig nincs hatással a nyugalmi potenciálra (Narahashi, 1966a). A Ca 2+ teljes eltávolítása progresszív depolarizációt okoz (Narahashi, 1966a), valamint 52 m hozzáadásával.M Ba 2+ a megoldáshoz (Narahashi, 1961).

      A kalcium (Ca 2+ ) (Narahashi és Yamasaki, 1960b) és a Ba 2+ -ionok (Narahashi, 1961) egyaránt jelentősen befolyásolják az akciós potenciál időbeli lefutását (1) azáltal, hogy lelassítják a tüske emelkedő és süllyedő fázisát és ( 2) a negatív utópotenciál amplitúdójának és időtartamának növelésével. A nátrium-inaktivációs görbe a potenciáltengely mentén az alacsonyabb membránpotenciálok irányába tolódik el a külső kétértékű ionkoncentráció növekedésével (Narahashi, 1966a). Ez az eltolódás, amely a magas K + oldatokban is előfordul, legalábbis részben az úgynevezett K + − Ca 2+ antagonizmust magyarázza (Narahashi, 1966a Pichon és Boistel, 1967b).

      Ezek a kísérletek azt mutatják, hogy a kétértékű kationok stabilizálják a membránt, és arra utalnak, hogy a tüske során nagyon kevéssé járulnak hozzá a befelé irányuló áramhoz (Narahashi, 1966a). Ezt Pichon (1968) izolált óriási axonokon végzett voltage-clamp kísérletei igazolták.

      Ban ben Manduca sexta, a Ca 2+ és Mg 2+ ionok nem tudják helyettesíteni a Na +-t az akciós potenciál termelésben (Pichon et al., 1972), míg a magas Mg 2+ oldatok nagyon csekély hatással vannak a nyugalmi és akciós potenciálokra az ép mellkasi kötőszövetekben. Carausius morosus (Treherne és Maddrell, 1967). A hatás hiánya valószínűleg annak tudható be, hogy az ideghüvely diffúziós gátként működik a Mg 2+ -ionokkal szemben.


      Válasz az egyensúlyi zavarra

      2. ábra: Ionmozgás, majd az oldott anyag koncentrációjának változása az OUT kompartmentben.

      Tegyük fel, hogy az oldott anyag koncentrációja hirtelen megváltozik, így a külső térben a koncentráció 5 mM-ról 50 mM-ra megy. Az egyensúlyi zavar gyengíti a koncentráció gradienst, így az már nem tud annyi pozitív töltést tartani a membránon kívül. A kationok átmeneti nettó mozgása megy végbe a belső tér felé. A mozgás hajtóereje (amely a koncentráció gradiens ellen irányul) az elektromos potenciálkülönbség, amely most már túl nagy ahhoz, hogy a gyengébb koncentráció gradiens fenntartsa.

      A nagyon rövid ideig tartó kiegyensúlyozási periódus alatt az ionáram továbbra is mindkét irányban folytatódik (az áttekinthetőség kedvéért nincs ábrázolva).

      3. ábra: Egyensúlyi állapot a koncentráció gradiens gyengülését követően.

      A 3. ábra az új állandósult állapotot mutatja. Nagyon úgy néz ki, mint az 1. ábra, de a külső rekeszben a koncentráció 5 mM helyett 50 mM, kevesebb töltés tolódik el a membránon, és a potenciálkülönbség is csökkent.

      Mindezen beállítások során a belső rekesz koncentrációja gyakorlati okokból pontosan ugyanaz maradt. A külső rekesz koncentrációja csak akkor változott, ha szándékosan változtattuk a koncentrációt. Mindaddig, amíg a kiegyenlítés során szelektív permeabilitás van, az ionmozgások nem gyakorolnak mérhető hatást a kémiai koncentrációkra egyik térben sem.


      Könnyített diffúzió (Uniporter)

      A molekula szállításának legegyszerűbb módja a koncentráció-gradiens csökkentése. Ezek az uniporterek olyan molekulákat szállítanak, amelyek termodinamikailag előnyösen bejutnak a sejtbe, de nem tudnak bejutni, mert nem képesek átdiffundálni a lipid kettős rétegen. Ezek a molekulák aminosavak, nukleozidok, cukrok stb.
      Ezen a kurzuson egy uniporterről fogunk beszélni, a glükóz uniporterről.

      GLUT1 (emlős glükóz transzporter)

      A legtöbb emlős sejt arra használja, hogy a glükózt átjusson a membránon.
      Sokat tudjon funkciójáról és kinetikájáról olyan vizsgálatok révén, amelyek a fehérjét liposzómákba helyezik (lásd a fenti ábrát).
      Ez a transzporter (és az összes uniporter) a glükóz koncentráció-gradiensét használja a transzport előmozdítására.


      A transzporter fordítva is működhet, így ha a glükóz koncentrációja magasabb a belsejében, ki tudja szállítani a glükózt a sejtből.
      A 15-5. ábrán látható, hogy a transzport kinetikája a Michaelis-Menten egyenlet alapján képzelhető el, ahol v = Vmax ([glükóz]/[glükóz] + Km).

      A 15-5. ábrán az is látható, hogy a diffúziót elősegítő transzporter nélkül a glükóz sejtbe jutásának sebessége majdnem nulla.
      A transzport sebessége maximális, és a transzport sebessége a glükózkoncentrációtól függ. Így a Km a maximális sebesség feléből számítható ki. A glükóz Km értéke 1,5 mM. Ez tükrözi a transzporter glükóz iránti affinitását. Minél kisebb a Km, annál nagyobb az affinitás. Ahogy a Ca+2 ATPáz esetében látni fogjuk, a belső Ca+2 kötőhelyek Km = 0,0001 mM.


      Az is jól látható, hogy a glükóz szállítására van egy kedvező szabad energia.
      A glükóz koncentrációja a vérben körülbelül 3,6 mM - 5,0 mM A glükóz a sejtbe szállítása után foszforilálódik, így glükóz-6-foszfát keletkezik, amely nem tud távozni a sejtből. Mivel ez a reakció a glükóz metabolizmusának első lépése, amely gyorsan hasznosul, a glükóz transzport kedvező szabad energiája megmarad.

      Nernst potenciál

      Minden sejtnek van membránpotenciálja (elektromos potenciál), amely a sejtmembránon keresztül létezik. A kutatók mikroelektródákkal mérik a feszültségkülönbséget a cella külső és belső része között. Megmérheti egy cella membránpotenciálját = a cella belseje és külseje közötti feszültségkülönbség.

      Nernst egyenlet:

      Az egyensúlyi állapot pontos elektromos potenciáljának kiszámítására szolgál, amely egy adott ionban ismert koncentrációkülönbség esetén keletkezik, amelyet az adott ion számára áteresztő membrán választ el.
      Walther Nernst (1888) ezt az egyenletet tisztán elméleti megfontolások alapján vezette le.

      Az ionnak (X) a membránon kívülről befelé történő szállításához kapcsolódó szabad energia a következőképpen írható fel:
      D G = RTln([Xi]/[Xo]) + zFEm

      Ennek az az oka, hogy nem szakad meg vagy nem keletkezik kötés, és nem keletkezik hő, így D G 01 nulla.
      Valamint, mivel az ion feltöltött, van egy RTln([Xi]/[Xo]) kémiai komponens és egy elektromos zFEm komponens is.
      Egyensúlyi állapotban D G nulla, és így:
      zFE = - RTln([Xi]/[Xo])

      Így az X ion egyensúlyi potenciálja:
      Pl = - RT ln [X]i
      . zF . [X]o
      VAGY
      Pl = RT ln [X]o
      . zF . [X]i
      R = univerzális gázállandó, T = abszolút hőmérséklet, z = ion vegyértéke (azaz Cl- = -1), F = Faraday-állandó
      Megjegyzés: az ion vegyértékét nagyon fontos megjegyezni!!

      Mit jelent az egyenlet két különböző ionkoncentráció esetén, amelyeket egy membrán választ el egymástól?
      Képzeljünk el két kamrát, amelyeket egy membrán választ el egymástól csak K+-ra áteresztő és nem a Cl-. A membrán mindkét oldalán lévő oldatok KCl-t tartalmaznak.

      Elektródák segítségével mérje meg a membránon átívelő feszültség (potenciál) különbséget, ha:

      A KCl koncentrációja mindkét oldalon egyenlő (0,01 M), így nincs potenciálkülönbség.

      A membránpotenciál: 0 mV


      Most növelje a KCl-koncentrációt 10-szeresére az I. kamrában

      A K+ lefolyik a koncentrációgradiensén, a II. kamra pozitívabb töltésű lesz, mint az I. A folyamat eléri azt a pontot, ahol már nem áramlik több K+ ion a II-be, mert az elektromos taszítás miatt kiegyenlítődik a K+ ionok egyenlő kiáramlása – a rendszer egyensúlyba került.

      i) a kémiai gradiens, amely a K+-t a II. kamrába hajtja
      ii) az elektromos gradiens, amely kivezeti a K+-t a II. kamrából
      Emiatt egyensúlyi állapotban, ha egy K+ belép a II-be, egy másik K+ ion visszaszorul - nem jön létre nettó fluxus.

      A Nernst-egyenlet segítségével kiszámíthatjuk, hogy mekkora lesz a membránpotenciál egyensúlyi állapotban.

      Minden ionnak más-más potenciálja van, tekintettel a koncentrációgradiensek különbségére.


      Ne feledje, hogy a membránnak áteresztőnek kell lennie az ionok számára. Az ionok csak pórusokon vagy csatornákon keresztül tudnak átjutni a membránon. Ha a membrán nem tartalmazza a megfelelő ioncsatornát, akkor sem ionáramlás, sem potenciál nem keletkezik.

      Kémiai gradiensek állati sejtekben

      Ezek a Nernst-potenciálbeli különbségek az egyes ionok kémiai gradiensei közötti különbségeket tükrözik.
      Minden állati sejt kémiai gradienst tart fenn a plazmamembránján és az organellummembránjain keresztül. Amint azt tárgyalni fogjuk, minden sejtben nagy a Ca+2 koncentráció-gradiens, így a citoszol Ca+2-koncentrációja nagyon alacsony, míg a sejten kívül és az organellumokban, például az ER-ben, a mitokondriumokban a Ca+2 erősen koncentrált. .
      Minden állati sejtet nagy K+ gradiens is jellemez, így a sejt belsejében magasabb a K+ koncentráció, mint a külsején. Kívül több Na+ van, mint belül.


      Lodish, Molecular Cell Biology, 4. kiadás

      Azokra a fehérjepumpákra fogunk koncentrálni, amelyek ezeknek a gradienseknek a fenntartásához szükségesek, és ami még fontosabb, hogy miért kellett a sejtnek ennyi fáradságot megtennie ahhoz, hogy nagy energiát használjon fel erre.

      A Na+ elektrokémiai gradienshez kapcsolódó szabad energia.

      Példa az elektromos/kémiai gradiens létrehozásának előnyeire a Na+ esetében:


      Lodish, Molecular Cell Biology, 4. kiadás
      Az ionok erői és a feszültséggradiensek szabályozzák az ionok mozgását a membránon keresztül. Kiszámíthatjuk azt a szabadenergia változást ( D G), amely megfelel egy ion membránon való áthaladásának.
      Mivel az ionok is feltöltöttek, a számítás kémiai és elektromos komponenst is tartalmazott.

      Például a Na+ ion koncentráció gradiens által generált szabadenergia változás:
      D Gc = RTln([Na+ban ben]/[Na+ki])

      A mi mintacellánkban ez -1,45 kCal/mol-nak felel meg (az a változás, amely 1 mol Na+ sejten kívülről a sejt belsejébe történő transzportjával jár).

      A membrán elektromos potenciálja által generált szabadenergia-változás:
      D Gm = zFEm

      ahol F = Faraday állandó, Em a membránpotenciál (-70 mV a legtöbb állati sejtben) és z az ion vegyértéke (ebben az esetben +1). Ez -1,6 kCal/molnak felelne meg.

      Mivel a Na+-t a Na+ koncentráció gradiens és a membránpotenciál is befolyásolja, mindkettőt összeadjuk, így összesen -3,06 kCal/mol értéket kapunk.
      Ezért, mivel ez kisebb, mint 0, ez termodinamikailag kedvez a Na+ sejtbe való mozgásának. A Na+ ezen tulajdonsága, amelyet az osztály különböző példáiban látni fogunk, számos sejtfolyamatot indíthat el.


      Hatások és következmények

      Míg a sejtek energiát fordítanak az ionok szállítására és transzmembrán potenciál kialakítására, ezt a potenciált más ionok és metabolitok, például cukor szállítására használják fel. A mitokondriumok transzmembrán potenciálja hajtja az ATP termelését, amely a biológiai energia közös pénzneme.

      A sejtek a nyugalmi potenciálban tárolt energiájukból akciós potenciálokat vagy más gerjesztési formákat hajthatnak végre. Ezek a membránpotenciál változásai lehetővé teszik a kommunikációt más sejtekkel (mint az akciós potenciálok esetében), vagy változásokat indítanak el a sejten belül, ami a petesejtben történik, amikor azt egy spermium megtermékenyíti.

      A neuronális sejtekben az akciós potenciál a nátrium-ionok nátriumcsatornákon keresztül a sejtbe történő beáramlásával kezdődik, ami depolarizációt eredményez, míg a helyreállítás a kálium káliumcsatornákon keresztül történő kiáramlásával kezdődik. Mindkét fluxus passzív diffúzióval jön létre.


      Nézd meg a videót: Apple Cider Vinegar Benefits, Uses u0026 Side Effects. Are There ACV Benefits Or Just Side Effects? (Augusztus 2022).