7.2. Потенціал Нернста

Якщо припустити, що біомембрана має прникність тільки для одного з неорганічних іонів (калію, натрію або хлору), то під час відсутності потоків цих іонів, тобто при встановленні рівноваги, різниця потенціалів може бути розрахована за формулой Нернста: (8)

Обчислені рівноважні потенціали для реальних співвідношень іонів калію лежать у межах від -90 МВ до -100 мв, для натрію - від +40 мв до +60 мв, для хлору - від -40 мв до -100 мв. Такий розкид розрахункових значень і неузгодженість обмірюваних значень потенціалів при різних температурах говорить пр те, що такий підхід недостатньо добре описує реальну картину.

7.3. Стаціонарний потенціал

Для кількісного опису потенціалу спокою за умови проникності мембрани для декількох основних іонів Ходжкін і Катц запропонували наступну схему.

Клітка постійно обмінюється речовиною з навколишнім середовищем - тобто завжди існують потоки іонів натрію, калію, хлору,спрямовані як усередину клітки, так і назовні - але сумарний потік речовини Ф (з урахуванням напрямку потоку) дорівнює нулю, тобто клітка перебуває в стаціонарному стані, що описується стаціонарним потенціалом Гольдмана-Ходжкина-Катца

. (9)

де Р з відповідними індексами - проникності мембрани для відповідних іонів, у квадратні дужки укладені їхні концентрації.

У стані спокою коефіцієнти проникності для аксона кальмара співвідносяться так:

Рк: PNa : PCl = І : 0.04 : 0.45.

Таким чином, внутрішньоклітинний негативний потенціал визначається в основному, потоком калію і може бути визначений за рівнянням Нернста (8).

8. Потенціал дії

Цей вид мембранного потенціалу грає винятково важливу роль у життєдіяльності кліток; він виникає при збудженні клітки, досягаючи величини приблизно 50 мв і може поширюватися у формі нервового імпульсу.

Рис 3

Типовий розвиток процесу виникнення потенціалу дії й наступного перезарядження мембрани представленна мал. 3

Потенціал дії виникає тільки при зміні потенціалу спокою до певної граничної величини (приблизно до - 40 мв для аксона кальмара) Потенціал клітки вертається до вихідної величини досить швидко (початкова ділянка кривої). Але після того, як граничний потенціал досягнуть, процес зміни поляризації мембрани протікає дуже швидко (ділянка різкого росту потенціалу).

У цей час можна вважати встановленим, що при досягненні граничного потенціалу різко збільшується проникність мембрани для іонів натрію.

Проникність для різних іонів составляє: Р_к: P_Na : P_Cl = 1 : 20: 0.45- тобто проникність для натрію збільшилася, у порівнянні зі спокоєм o 500 разів. Надходження іонів натрію в клітку триває доти, поки позитивний внутрішньоклітинний потенціал не зрівноважить дифузію натрію з області підвищеної його концентрації.

Час, протягом якого проникність мембрани збільшується тільки для натрію, є невеликим (0.5- 1.0 мс) - після цього виникає калієвий струм, що починає виносити позитивним заряд із клітки (ділянка падіння потенціалу) аж до відновлення потенціалу спокою. Цей процес називається реполяизацией.