22. Уравнение нернста-планка

Виды транспорта

Пассивный транспорт. Происходит за счет разности концентраций и разности потенциалов. Есть несколько видов пассивного транспорта. Химическая энергия при пассивном транспорте не затрачивается.

Простая диффузия (по закону Фика). Это диффузия кислорода, углекислого газа, ряда лекарственных веществ. Процесс медленный

Транспорт через каналы (поры). Через них идут молекулы воды, крупные ионы. Каналы увеличивают проницаемость мембран и обеспечивают селективность.

Облегченная диффузия – перенос ионов специальными молекулами-переносчиками, за счет диффузии переносчика вместе с веществом. Наиболее подробно это изучено для переноса ионов некоторыми антибиотиками, например валиномицином. Последний повышает проницаемость мембран для K⁺.

Эстафетная передача – здесь образуются из молекул-переносчиков временные цепочки поперек мембраны, которые передают друг другу диффундирующую молекулу. Грамицидин, например, передает ион Na⁺ (эстафетно).

б) Активный транспорт. Перенос происходит при затратах химической энергии. При этом нейтральные молекулы переносятся в область большей концентрации, а ионы против сил, действующих на них со стороны поля. Движение здесь происходит противоположно движению по уравнению Нернста–Планка. Энергия получается за счет гидролиза молекулы АТФ – аденозинтрифосфорной кислоты. Захватив одним активным центром ион калия из наружной среды, а другим ион натрия из внутренней, система, потребляя АТФ, поворачивается внутри мембраны на 180°, после чего ионы освобождаются. Молекула белка принимает затем исходное положение, и далее все повторяется. За счет этого транспорта клетка поддерживает внутри себя высокую концентрацию калия и низкую натрия. Активный транспорт обеспечивает механизм селективной проницаемости клеточных мембран.

23. Биоэлектрические потенциалы

Потенциа́л поко́я — мембранный потенциал возбудимой клетки (нейрона, кардиомиоцита) в невозбужденном состоянии. Он представляет собой разность электрических потенциалов, имеющихся на внутренней и наружной сторонах мембраны и составляет у теплокровных от -55 до -100 мВ^[1]. У нейронов и нервных волокон обычно составляет -70 мВ.

Потенциа́л де́йствия — волна возбуждения, перемещающаяся по мембране живой клетки в виде кратковременного изменения мембранного потенциала на небольшом участке возбудимой клетки (нейрона или кардиомиоцита), в результате которого наружная поверхность этого участка становится отрицательно заряженной по отношению к соседним участкам мембраны, в то время, как в покое она заряжена положительно. Потенциал действия является физиологической основой нервного импульса.

Распространение потенциала действия

По немиелинизированному волокну потенциал действия распространяется непрерывно. Проведение нервного импульса начинается с распространением электрического поля. Возникший потенциал действия за счет электрического поля способен деполяризовать мембрану соседнего участка до критического уровня, в результате чего на соседнем участке генерируются новые потенциалы. Сам потенциал действия не перемещается, он исчезает там же, где возник. Главную роль в возникновении нового потенциал действия играет предыдущий.

Если внутриклеточным электродом раздражать аксон посередине, то потенциал действия будет распространяться в обоих направлениях. Обычно же потенциал действия распространяется по аксону в одном направлении (от тела нейрона к нервным окончаниям), хотя деполяризация мембраны происходит по обе стороны от участка, где в данный момент возник потенциал. Одностороннее проведение потенциала действия обеспечивается свойствами натриевых каналов — после открытия они на некоторое время инактивируются и не могут открыться ни при каких значениях мембранного потенциала (свойство рефрактерности). Поэтому на ближнем к телу клетки участке, где до этого уже «прошел» потенциал действия, он не возникает.

При прочих равных условиях распространение потенциала действия по аксону происходит тем быстрее, чем больше диаметр волокна. По гигантским аксонам кальмара потенциал действия может распространяться почти с такой же скоростью, как и по миелинизированным волокнам позвоночных (около 100 м/c).