ЛЕКЦИЯ 12 БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ

1. Ионные потоки в мембране.

2. Потенциал покоя. Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца.

3. Потенциал действия и его распространение.

4. Основные понятия и формулы.

5. Задачи.

В живых организмах происходят разнообразные электрические процессы. Функционирование живых тканей сопровождается электрическими явлениями. Генерация и распространение электрических потенциалов - важнейшее физическое явление в живых клетках и тканях.

Биоэлектрический потенциал - разность потенциалов между двумя точками живой ткани, определяющая ее биоэлектрическую активность. Биопотенциал имеет мембранную природу.

12.1. Ионные потоки в мембране

Сквозь мембрану проходят потоки ионов, для которых справедливо уравнение Нернста-Планка (11.18):

Эйнштейн показал, что подвижность ионов U_m выражается через коэффициент диффузии D и абсолютную температуру Т: U_m = D/(RT), тогда уравнение Нернста-Планка принимает вид

где с - концентрация ионов; R - универсальная газовая постоянная.

В первом приближении можно считать, что поле внутри мембраны однородно. В этом случае dp/dx = φ_м/l, где L - толщина мембраны, а φ_м - разность потенциалов между ее поверхностями, называемая мембранным потенциалом. Теперь уравнение Нернста-Планка будет иметь вид

Для упрощения записи введем величину ψ, которую называют

безразмерным потенциалом:

12.2. Потенциал покоя. Стационарный потенциал Гольдмана-Ходжкина-Катца

Потенциал покоя

В нормально функционирующей клетке поддерживается наиболее благоприятный состав ионов. Различие в их концентрациях по разные стороны мембраны приводит к появлению разности потенциалов.

Потенциал покоя - разность потенциалов между цитоплазмой и окружающей средой в нормально функционирующей клетке.

В 1902 г. Бернштейн предположил, что потенциал покоя обусловлен проницаемостью мембраны для ионов К⁺. В состоянии покоя плотность потока ионов равна нулю, и уравнение (12.5) принимает следующий вид: