30. Физические принципы вторично – активного транспорта. Аминокислот, сахаров, Na – Ca – обмен.

При первично – активном транспорте молекулярной системы, интегрированные в мембраны, трансформируют энергию химических связей органических молекул в энергию электрохимических градиентов ионов. Этот вид свободной энергии, в свою очередь, может быть использован другими переносчиками для транспорта веществ или ионов против их концентрационных градиентов. Это вторично – активный транспорт. Na – Ca – обмен. Na – Ca – обменный переносчик может функционировать в двух режимах:

1). Вход трех Na⁺ в обмен на выход Ca²⁺.

2). При снижении электрохимического градиента – выход Na в обмен на Ca.

Транспорт глюкозы. Белок – переносчик использует для работы энергию электрохимического градиента ионов Na. Na проникает в клетку по электрохимическому градиенту, что осуществляет переносчик, транспортируя вместе с ним глюкозу. Чем выше электрохимический градиент Na⁺ , тем выше скорость транспорта глюкозы. Аминокислоты переносятся как глюкоза.

31. Мембранный потенциал. Методы измерения мембранного потенциала. Микроэлектродная техника.

Одна из важнейших функций биологической мембраны – генерация и передача биопотенциалов. Это явление лежит в основе возбудимости клеток, регуляции внутриклеточных процессов, работы нервной системы, регуляции мышечного сокращения, рецепции. В процессе жизнедеятельности в клетках и тканях могут возникать разности электрических потенциалов:

1). Окислительно – восстановительный потенциал – вследствие переноса электрона 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 – разность потенциалов между внутренней и наружной поверхностями мембраны. ∆φ_м = φ_вн – φ_нар . Гигантский анеон кальмара, диаметром 0,5мм. Можно ввести микроэлектрод не нанося повреждений. Микроэлектрод стеклянный – микропипетка с тонким кончиком. Металлический электрод не может проколоть мембрану. Для исключения поляризации электрода используют неполяризационные электроды – серебряная проволока покрытая AgCl, в растворе KCl или NaCl (заполняют электрод). Второй электрод (сравнение) расположен у наружной поверхности клетки. Регистрирующее устройство (с усилителем постоянного тока) измеряет мембранный потенциал. Схема 1.

32. Возникновение потенциала покоя. Гипотеза Бернштейна. Уравнение Нернста. Уравнение Гольдмана – Ходжами – Катца. Эквивалентная электрическая схема мембраны.

Потенциал покоя – стационарная разность электрических потенциалов, регистрируемая между внутренними и наружными мембранами в невозбужденном состоянии. Потенциал покоя определяется разной концентрацией ионов по разные стороны мембраны и диффузией ионов через мембрану. Если концентрация иона внутри клетки отлична от концентрации его снаружи 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, который будет препятствовать дальнейшему перемещению ионов через мембрану. При установлении равновесия выравниваются значения. Электрохимический потенциал по разные стороны мембраны: μ_вн = μ_нар.  = 0 + RTlnC + ZF , RTlnC_вн + ZF_вн = RTlnC_нар + ZF_нар. Уравнение Нернста: (для равновесия мембранного потенциала). ^р _м =_вн - _нар = - RT/ ZF lnC_вн/ C_нар. Гипотеза Бернштейна: причина мембранного потенциала полная диффузия ионов K из клетки наружу. Уравнение Гольдмана: _м = - RT/F ln((P_k[K⁺]_вн + P_Na[Na⁺]_нар + P_Cl[Cl^-]_нар)/( P_k[K⁺]_нар + P_Na[Na⁺]_вн + P_Cl[Cl^-]_вн)). P – проницаемость мембраны. Эквивалентная электрическая схема мембраны.