Перейти к содержимому.

Портал Естественных Наук

Разделы


Персональные инструменты
Вход


 

стр. 397 из Молекулярная биология клетки. Том 1 (Альбертс Б., Брей Д. и др.)


Новость: Открыт форум по нанотехнологии.
Страницы: 1  387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407   521   Следующая

Корректировать ошибки на этой странице

К началу


397
УРАВНЕНИЕ НЕРНСТА И ПОТОК ИОНОВ
Поток любых ионов через белковый мембранный канал зависит от их электрохимического градиента Этот градиент представляет собой комбинацию двух компонентов: градиента напряжения и градиента концентрации ионов через мембрану. Когда эти две составляющие уравновешивают друг друга, электрохимический градиент для данного иона равен нулю. Это значит, что суммарный поток ионов через канал будет отсутствовать. Градиент напряжения (мембранный потенциал), при котором наблюдается такое равновесие, называется потенциалом равновесия. Он может быть вычислен из уравнения, которое будет выведено ниже и называется уравнением Нернста.
Уравнение Нернста
V = RT, zF InCo/Ct, где V— потенциал равновесия в вольтах (потенциал внутри клетки минус потенциал снаружи),
С0 и С,- — внешняя и внутренняя концентрация ионов, соответственно,
R — универсальная газовая постоянная (2 кал х моль"1 х °К) Т — абсолютная температура (°К), F - постоянная Фарадея (2,3 х 104 кал х В"1 х моль"1) , z — заряд иона.
Уравнение Нерста выводится следующим образом: молекулы в растворе всегда движутся из области с высокой концентрацией в область с низкой. Следовательно, движение по градиент} концентрации сопровождается понижением свободной энергии (AG < 0). тогда как движение против градиента концентрации ведет к возрастанию свободной энергии (AG > 0) (Понятие свободной энергии вводится и обсуждается на схеме 2-7.). Изменение свободной энергии на моль растворенного вещества, перенесенного через мембрану (AGconc) равно — RT lnCo/Ci. Если растворенным веществом являются ионы, то их перемещение внутрь клетки через мембрану (со скачком напряжения на ней, равным V) будет вызывать дополнительное изменение свободной энергии (на моль перемещенного вещества) AG = -zFV При условии равновесия AGconc + AGvoit = 0 распределение ионов на двух сторонах Мембраны будет равновесным. Таким образом,
sF - ЯТТпСо/Q = 0,
и, следовательно,
V = RT/zF In Co/Q = 2,3 RT/zF Ig CJd.
Для одновалентных ионов
2,3 RTF - 58 мВ при 20°С и 61,5 мВ при 37°С.
Поэтому, когда мембранный потенциал имеет значение 61,5 lg( +]0/ [К+],) милливольт (-89 мВ, когда [К+] 0 = 5 мМ и [К+] = 140 мВ), он является потенциалом равновесия для К+ (Vk), при котором отсутствует суммарный ток К через мембрану. Аналогично, когда мембранный потенциал имеет значение 61,5 Ig ( [Na+ ]0/ [NaT ]i) — равновесный потенциал для Na+ (VNa), отсутствует ток Na+. Для типичной клетки Vk колеблется от — 70 мВ до — 100 мВ, a VNa от +50 мВ до +65 мВ.
Для какого-либо отдельного мембранного потенциала
VM, суммарная сила, стремящаяся вывести отдельный тип ионов из клетки, пропорциональна разнице между VM и равновесным потенциалом для этих ионов. Например, для К+: Vm — Vk и для Na+: Vm Уча. Реальный ток. осуществляемый каждым видом ионов зависит не только от движущей силы, но также и от степени проницаемости мембраны для данного иона через каналы, которая есть функция проводимости каналов для данного иона. Если проводимость набора каналов для К+ и Na4 соответственно gK и gNa, из закона Ома следует, что токи К+ и Na+ соответственно будут равны gK ( VM - VK) и gNa (Vm - VNa) (проводимость есть величина, обратная сопротивлению, а единица
1 О
измерения, обратная ому, есть сименс, S). Большинство индивидуальных ионных каналов имеет проводимость в пределах ] — 150 х 10" S или 1 — 150 pS). При мембранном потенциале покоя в большинстве клеток К -каналы являются основным типом открытых каналов. Поэтому gb доминирует в общей проводимости мембраны. В процессе возникновения потенциала действия в нервных или мышечных клетках открывается на короткое время множество потенциал-зависимых Ка+-каналов, в результате проводимость gNa становится доминирующей в общей проводимости мембраны
Схема 6-2. Вывод уравнения Нернста.
Корректировать ошибки на этой странице

К началу


Страницы: 1  387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407   521   Следующая
Стр.
 

(c) Портал Естественных Наук