6. Активний транспорт

Активним транспортам називається перенос речовин, пов'язаний з витратою енергії. Джерелом енергії в клітинних процесах є молекула АТФ. Нерівномірний і нерівновагий розподіл іонів натрію й калію між кліткою і середовищем забезпечується так званим натрій-калієвим насосом - мембранним ферментом Na, К-АТФ-Азой.

Схема роботи натрій-калієвого насоса представляється состоящей з наступних етапів:

1. Приєднання трьох іонів Na+ усередині клітки до переносника.

2. Перенос центрів зв'язування Na+ назовні.

3. Від'єднання іонів натрію й заміна їх двома іонами калія.

4. Відщіплення залишків фосфорної кислоти.

5. Перенос іонів калію усередину клітки.

6. Відщіплення двох іонів калію, приєднання трьох іонів натрію.

У результаті цього процесу усередині клітки створюється:

1. Надлишок іонів калію

2. Недолік нонов натрію

3. Недолік позитивних зарядів і, внаслідок цього, негативний електричний потенціал.

Таким чином, калій- натрієвий насос є электрогенным.

Натрій-калієвий насос працює з дуже високим ККД - приблизно 60-70%, але в нього є деяка гранична потужність, що становить близько 200 актів розщеплення АТФ у секунду. Якщо проникність мембрани для іонів натрію, наприклад, змінити досить сильно, то потужності насоса не вистачить для того, щоб компенсувати електричний струм, обумовлений рухом іонів натрію усередину клітки. У результаті різниця потенціалів на мембрані може змінитися. Це явище спостерігається при порушенні мембрани, що супроводжується виникненням і проведенням нервового імпульсу, так званого потенціалу дії.

7. Біоелектричні потенціали

Генерація й поширення електричних потенціалів - найважливіше фізичне явище в живи|х клітках і тканинах, що лежить в основі збудження кліток і роботи_нервової системи. Порушення електричних характеристик окремих кліток, нервових волокон і цілих тканин (наприклад, серцевої) приводить до ряду захворювань.

У спочиваючої, нормально функціонуючій клітці завжди є різниця потенціалів між цитоплазмою й навколишнім середовищем, що називається потенціал спокою (приблизно від -60 мв до -90 мв). Виникнення потенціалу спокою пов'язане с нерівномірністю розподілу іонів між кліткою й навколишнім середовищем, і селективністю біомембран для різних речовин.

7.1 .Доннановский потенціал

Доннановское рівновага встановлюється між кліткою й навколишнім середовищем у тому випадку, якщо мембрана добре проникна для неорганічних іонів, але непроникна для білків, нуклєінових кислот і інших органічних іонів. Найбільш характерен потенціал Доннана для мертвих кліток або кліток з ослабленим метаболізмом.

Якщо припустити, що й клітка й навколишнє середовище в цілому электронейтральні, а електричний заряд несуть тільки іони калію, хлору й макромолекули, то ця умова электронейтральності може бути записана таким чином:

: (4) и (5)

де індекс і (іnsіde) ставиться до внутрішньоклітинного середовища, індекс о (outsіde)- до навколишньої, символом Р позначені макромолекули, n - кількість елементарних зарядів на кожній з них, квадратні дужки означають те, що мова йде про концентрації зазначених речовин - калію й хлору. У міжклітинному просторі концентрація білків значно менше, ніж неорганічних іонів, тому (5) можна записати у вигляді:

(6),

де с₀ - концентрація електроліту в середовищі.

Під час відсутності потоків іонів можна одержати вираження для доимановского потенціалу: (7)

Підстановка реальних значень величин, що входять у цю формулу дає значення різниці потенціалів приблизно -1,4 мв, що звичайно, не погодиться з обмірюваною різницею тютенциалов спокою для нормальних кліток.