2. Экспериментальная установка и процедура эксперимента.

Эксперименты по изучению мембранного потенциала покоя проводятся на компьютерной программе MetaNeuron. Программа предназначена для студентов и не требует опыта работы с компьютерным моделированием.

Эксперименты проводятся в MetaNeuron путем изменения значений параметров, которые отображаются в верхней части экрана. На начальном этапе выполнения работы студент изменяет значения концентрации ионов К+ и Na+ внутри и снаружи и наблюдает за тем, как изменяется электрохимический равновесный потенциал по К+ и Na+. Полученные данные заносятся в таблицу (5примеров).

После возврата значений по умолчанию, изменяется проницаемость мембраны каналов для К+ и Na+. По заданным значениям студент изменяет проницаемость мембраны каналов для К+ и Na+.

Все полученные результаты заносятся в таблицу, анализируются, и отображаются на графиках.

3. Содержание работы.

В рамках данной лабораторной работы будет рассмотрено как К⁺ и Na⁺ - ионные каналы влияют на мембранный потенциал покоя (ПП). В работе моделируется пассивная проводимость К⁺- и Na⁺- каналов мембраны нейрона. Пассивная проводимость не зависит от электрического потенциала и поэтому нейрон не генерирует потенциал действия. В рамках данной лабораторной работы можно варьировать концентрацию ионов К⁺ и Na⁺ снаружи и внутри клетки. Используемое в данном практикуме программное обеспечение (ПО) рассчитывает по уравнению Нернста электрохимический равновесный потенциал для каждого иона, исходя из мембранного градиента концентрации этих ионов.

Мембранный ПП нейрона зависит от концентраций ионов К⁺ и Na⁺ вне и внутри клетки и проницаемости мембраны для ионов К⁺ и Na⁺. Проницаемость мембраны может изменяться как для К⁺, так и для Na⁺. Мембранный потенциал рассчитывается с помощью уравнения Голдмана-Ходжкина-Катца.

Характеристики проницаемости мембраны для ионов Cl^- не учитываются в данной симуляции нейрона. Активные мембранные проводимости в рамках данного практикума не моделируются.

Используемая в данной работе программная среда: «MetaNeuron».

Цель работы: рассмотреть, как К⁺ и Na⁺ - ионные каналы влияют на мембранный потенциал покоя.

Поставленные задачи:

1. С помощью программного обеспечения («MetaNeuron») проследить за эффектом, которые оказывают изменения в концентрации ионов К⁺ и Na⁺ снаружи и внутри клетки на электрохимический равновесный потенциал;

2. Варьируя значения проницаемости мембраны каналов для К⁺ и Na⁺, выявить закономерность, при которых изменяется мембранный потенциал покоя;

3. Проанализировать полученные данные и сделать выводы.

1. Электрохимический равновесный потенциал.

Цель работы: рассмотреть, как К+ и Na+ - ионные каналы влияют на мембранный потенциал покоя.

Задания:

1. Студент варьирует концентрации ионов К⁺ и Na⁺ внутри и снаружи клетки, заполняет таблицу с пятью примерами значений.

2. Отвечает на следующие вопросы:

1. Каково значение равновесного потенциала по Na+, когда концентрация Na⁺ снаружи клетки равна 100 мМ, а концентрация Na⁺ внутри клетки равна 10 мМ?

2. Каково значение равновесного потенциала по Na⁺, когда концентрация Na⁺ снаружи клетки равна 100 мМ, а концентрация Na⁺ внутри клетки равна 100мМ?

3. Каково значение равновесного потенциала по К⁺, когда концентрация К⁺ снаружи клетки равна 10 мМ, а концентрация К⁺ внутри клетки равна 10 мМ? Почему так происходит?

Задачи данной части работы:

1. Варьировать концентрации К⁺ и Na⁺ внутри и снаружи клетки;

2. Проследить за тем, как меняется при этом электрохимический равновесный потенциал;

3. Выяснить, какой эффект оказывают изменения концентрации К⁺ и Na⁺ внутри и снаружи

клетки на электрохимический равновесный потенциал.

Результаты заносятся в табл. 3.1.1. и отображаются на рис. 3.1.6 – 3.1.8. [см.Приложение.]