Лабораторная работа № 2 Теоретическое вычисление мембранного потенциала

Задача № 1

Мембранный потенциал (потенциал покоя) в основном создается за счет разности концентраций по обе стороны мембраны ионов К⁺. Следовательно, в первом приближении в тех случаях, когда не требуется высокой точности расчетов, величину мембранного потенциала можно вычислить по уравнению Нернста (1), основываясь на концентрации К⁺:

где, Ем - мембранный потенциал, R - газовая постоянная = 8,316 Джоуля на градус, Т - абсолютная температура (273°К = 0 °С то Т= 273 + t, где t - температура, при которой определялась концентрация ионов); n - валентность равная 1, F - число Фарадея = 96500 Кулонов, [К^+]]_i и [К⁺]_o - концентрация ионов К⁺ соответственно внутри и снаружи клетки (В и С). Примем, что определение концентрации ионов проводилось на мышечном волокне скелетной мышцы лягушки при 18 °С, а полученные результаты показали [К^+]]_i/[К⁺]_o = 30 тогда, переходя на численное значение и десятичные логарифмы получаем:

Отсюда:

-58 lg30 = -58  1,48 = - 85,8 мВ.

Следовательно, разность потенциалов между внутренней и наружной поверхностью мембраны одиночного мышечного волокна или м.п. (потенциал покоя) при данном соотношении концентрации ионов К⁺ составила -85,8 мВ.

Потенциал берется со знаком минус, т.к. при внутриклеточном отведении он имеет отрицательный знак по отношению к наружной поверхности клетки и окружающим невозбужденным тканям.

Задача № 2

Величину потенциала действия можно вычислить по уравнению Нернста, основываясь на разности концентрации ионов Na⁺ (2):

(2)

где Епд - величина потенциала действия. Отсюда, принимая, что t = 18 °С, а отношение [Na⁺]_i/[Na⁺]_o = 10, получаем:

Потенциал будет иметь отрицательный знак на наружной поверхности мембраны по отношению к ее внутренней поверхности и к окружающим невозбужденным тканям. При внутриклеточном отведении он будет представлять положительное колебание потенциала. В силу того, что при обычных (не внутриклеточных) способах регистрации возбуждение ткани сопровождается развитием в ней отрицательного потенциала, принято оценивать знак ПД отдельных клеток по наружной поверхности мембраны, т.е. считать ПД клетки отрицательным потенциалом.

Полученная путем расчетов величина ПД представляет собой потенциал равновесия для ионов Na⁺ , который развивается на мембране после компенсации потенциала покоя. Отсюда абсолютная величина ПД, соответствующая его амплитуде при внутриклеточном отведении, представляет сумму "компенсирующего потенциала" (равного потенциалу покоя) и потенциала равновесия для ионов Na⁺. Если предположить, что в разбираемом случае мембранный потенциал равнялся, например, - 62 мВ, то внутриклеточный электрод зарегистрировал бы колебания потенциала от - 62 мВ до + 58 мВ. И тогда абсолютная величина ПД составила бы: 62 мВ + 58 мВ = 120 мВ.