معلومة

لماذا لا تكون إمكانات الغشاء صفرية عند التوازن؟

لماذا لا تكون إمكانات الغشاء صفرية عند التوازن؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

بالنسبة لمحور الحبار العملاق ، فإن إمكانات الغشاء المحسوبة بواسطة معادلة جولدمان هي -60 مللي فولت. وإمكانات Nernst هي (الفروق بين K + و Na +'s Nernst المحتمل وإمكانات الغشاء تسمح للآلية بالعمل):

K + = -74mV Na + = 55mV Cl- = -60mV

أتساءل عما إذا كانت إمكانات الغشاء 0mV ، وما إذا كانت إمكانات K + و Na + Nernst لا تزال تتسبب في عمل الآلية ، فهل يمكن أن يكون 0mV قيمة معقولة؟ (أي أعتقد أن قيمة الإمكانات ليست مهمة على الإطلاق طالما أن الآلية تعمل بشكل جيد ، فهل هذا صحيح؟)


لا تؤثر قيمة إمكانات الغشاء على موقع إمكانية الراحة. تؤثر إمكانات الغشاء فقط على جزء القنوات المفتوحة ، مما يسمح بتغيير التيار الصافي ، مما يسمح بإزالة الاستقطاب وإعادة استقطاب الغشاء (جهد الفعل). أثناء إمكانية العمل ، لا تتغير إمكانات الراحة.

يتم التحكم في قيمة إمكانات الراحة فقط من خلال توزيع الأيونات (كم عدد على جانب واحد من الغشاء مقابل عدد على الجانب الآخر). هذا ثابت نسبيًا حتى عندما تعبر الأيونات الغشاء من أجل جهد الفعل ؛ إنه في الحقيقة ليس جزءًا كبيرًا جدًا من الأيونات يتحرك على الإطلاق مقارنة بالخزان الموجود فيه ، لذلك يتم الحفاظ على إمكانات الانعكاس بمرور الوقت.


غشاء المحتملة

يمكن لمقياس الفولتميتر بعد ذلك أن يستغل الفرق الفعال عبر غشاء الخلية.

خارج الخلية يعتبر OmV

يجب تنفيذ العمل لفصل الرسوم المعاكسة.

لذلك تقترن جميع الأيونات خارج الخلية وداخل الخلايا تقريبًا + مع - ، مع وجود عدد صغير فقط من الشحنات السلبية الزائدة داخل الغشاء مقترنة بفائض طفيف من الشحنات الموجبة خارج الغشاء مباشرة.

تجعل القنوات الأيونية عبر الغشاء من غشاء الخلية مكثفًا متسربًا.

إذا تحرك أيون نقطة خارج الخلية ، فستصبح الخلية أكثر ______.

مقاومة متبادلة

المصطلح المستخدم في نموذج الدائرة المكافئة للخصائص الكهربائية لغشاء الخلية.

تعتمد الموصلية على خواص الغشاء وخلط الأيونات في المحلول.

احتمال الراحة هو سلبي إلى حد كبير قبل الخلوي داخل الخلايا من K أعلى بكثير من الخلوي خارج الخلية وغشاء الخلية دائم قليلاً إلى K

عندما يتدفق K لأسفل تدرجه ، تاركًا الخلية ، يصبح غشاء الخلية أكثر سلبية ، والتي تميل هذه القوة الكهربائية إلى معارضة حركة K خارج الخلية.

إذا أصبحت طاقة الغشاء أقل سالبة لأي سبب من الأسباب ، فإن القوة الكهربائية التي تحمل K في الخلية ستنخفض ، لذا فإن إضافة k ستترك الخلية مما يجعل الخلية أكثر سلبية مرة أخرى

عندما يتم رفع EC con لـ K ، تتناقص القوة الجينية التي تدفع K خارج الخلية في الحجم. Ek هي القوة الكيميائية لذلك يتناقص حجمها.


احسب سعر طلبك

اتبع هذه الخطوات البسيطة لإنجاز ورقتك

املأ نموذج الطلب وقدم جميع تفاصيل مهمتك.

اختر نظام الدفع الذي يناسبك أكثر.

بمجرد أن تصبح ورقتك جاهزة ، سنرسلها إليك بالبريد الإلكتروني.

لا حاجة للعمل على ورقتك في الليل. نم هنيئًا ، سنغطي ظهرك. نقدم جميع أنواع خدمات الكتابة.


فسيولوجيا إمكانات الغشاء

فهم إمكانات الغشاء

يجب أن تساعدك النقاط التالية على فهم كيفية عمل جهد الغشاء

  • الفرق بين التدرج الكهربائي والكيميائي مهم.
    • التدرج الكهربائي
      • يعارض التدرج الكيميائي.
      • يمثل الفرق في الشحنة الكهربائية عبر الغشاء
      • يعارض التدرج الكهربائي
      • يمثل الاختلاف في تركيز أيون معين عبر الغشاء.
      • القنوات المفتوحة دائمًا
      • السماح بالتدفق غير المنظم للأيونات أسفل التدرج الكهروكيميائي.
      • ينقل بشكل نشط Na + خارج الخلية و K + إلى الخلية.
      • يساعد في الحفاظ على تدرج التركيز ومواجهة قنوات التسرب.

      إمكانات الغشاء وفسيولوجيا الخلايا العصبية البشرية

      تعمل الخلايا العصبية البشرية بشكل أساسي على مفهوم إمكانات الغشاء. ينقلون المواد الكيميائية المعروفة باسم السيروتونين أو الدوبامين من خلال التدرجات. يستقبل الدماغ هذه الناقلات العصبية ويستخدمها لأداء الوظائف.

      • يحتوي Na + على تركيز أعلى بكثير خارج الخلية وغشاء الخلية غير منفذ جدًا لـ Na +
      • يحتوي K + على تركيز عالٍ داخل الخلية نظرًا لحقيقة أن غشاء الخلية منفذ جدًا لـ K +
      • أ- يستخدم للإشارة إلى الأيونات الكبيرة التي توجد بالكامل داخل الخلية ولا يمكنها اختراق غشاء الخلية.

      التركيز (بالميلي مول / لتر) ونفاذية الأيونات المسؤولة عن إمكانات الغشاء في خلية عصبية تستريح

      أيون خارج الخلية داخل الخلايا نفاذية نسبية
      نا + 150 15 1
      ك + 5 150 25-30
      أ - 0 65 0

      تحقق من مقطع فيديو YouTube هذا إذا كنت تريد معرفة المزيد حول كيفية مضخة Na + / K + وكيف تعمل إمكانات الغشاء. www.youtube.com/watch؟v=iA-Gdkje6pg

      كيفية حساب إمكانات الغشاء

      من السهل نسبيًا حساب شحنة أيون عبر الغشاء ، Nernst Potential. المعادلة كالتالي: (RT / zF) log ([X]خارج/ [X]في). تبلغ قيمة RT / F حوالي 61 ، لذلك يمكن كتابة المعادلة كـ

      • ص هو ثابت الغاز العام (8.314 JK -1. mol -1).
      • تي هي درجة الحرارة في كلفن (& degK = & degC + 273.15).
      • ض هي الشحنة الأيونية للأيون. على سبيل المثال، ض هي +1 لـ K + ، +2 لـ Mg 2 + ، -1 لـ F - ، -1 لـ Cl - ، إلخ. تذكر أن z ليس لديه وحدة.
      • F هو ثابت فاراداي (96485 م مول -1).
      • [X]خارج هو تركيز الأيون خارج الأنواع. على سبيل المثال المولارية خارج الخلية العصبية.
      • [X]في هو تركيز الأيون داخل الأنواع. على سبيل المثال ، المولارية داخل خلية عصبية.

      الاختلاف الوحيد في معادلة Goldman-Hodgkin-Katz هو أنه يجمع معًا تركيزات جميع الأيونات المنفذة على النحو التالي

      الشكل 3. (في اتجاه عقارب الساعة من أعلى اليسار) 1) الشحنات متساوية في كلا الجانبين وبالتالي لا توجد إمكانية للغشاء. 2) وجود عدم توازن في الشحنات مما يعطي الغشاء امكانية. 3) تصطف الشحنات على جوانب متقابلة من الغشاء لإعطاء الغشاء إمكاناته. 4) خلية عصبية افتراضية في جسم الإنسان تحتوي على تركيز كبير من البوتاسيوم في الداخل والصوديوم في الخارج.


      ب 3. الديناميكا الحرارية لقدرات الغشاء

      • بمساهمة هنري جاكوبوفسكي
      • أستاذ (كيمياء) بكلية القديس بنديكت / ش. جامعة جون

      كيف يمكن حساب هذا التوازن المحتمل؟ إجمالي القوة الدافعة الديناميكية الحرارية ، (& DeltaG_) ، بالنسبة إلى أيون (X ) يتحرك عبر الغشاء (من الداخل إلى الخارج) لإمكانات الغشاء ، يمثل Delta & Psi مجموع & DeltaGs الناتجة عن تدرجات التركيز ومن الجهد الكهربائي:

      يمكن تحديد وعاء & DeltaGelect من معادلة الكيمياء العامة البسيطة:

      حيث F ، ثابت فاراداي (الشحنة الكهربائية على مول واحد من الشحنة الكهربائية = 23000 كالوري / فولت / مول) ، n (أو z) هو عدد مولات الشحنة المنقولة لكل مول من الأيونات المتحركة (+ 1 لـ Na و K الأيونات) و Delta & Psi (أو E) هو الجهد الكهربائي عبر الغشاء بالفولت. ومن ثم لحركة أيون من داخل الخلية إلى خارجها ،

      يوضح هذا أن القوة الدافعة الكلية لحركة الأيونات تتكون من جهد كيميائي (المصطلح الأول) بالإضافة إلى جهد كهربائي (المصطلح الثاني). يمكن توسيع المعادلة وإعادة ترتيبها على النحو التالي ، حيث ( chi _) و ( تشي _) هي تركيزات الأيون (X ) داخل الخلية وخارجها ، على التوالي:

      [& DeltaG_x = RT ln chi_ - RT ln chi_ - zFDY ]

      ضع في اعتبارك ( م> ) حيث ( chi_/ تشي_) حوالي 1/20 = 0.05. (يشير الجدول أعلاه إلى أنه يشبه إلى حد كبير 1/35 ، لكن بعض النصوص تستخدم القيمة 20.) ما الذي يجب أن تكون عليه إمكانات الغشاء حتى لا توجد قوة دافعة لـ ( م> ) الأيونات للتحرك عبر الغشاء (أي في ظل ظروف التوازن)؟ في ظل هذه الظروف ، & Delta G x = 0 ، لذلك

      [& Delta & Psieq = (0.0615 / z) سجل (Xout / Xin) عند 310 كيلو أو 37 درجة مئوية) label <5> ]

      [& Delta & Psieq = (0.0591 / z) سجل (Xout / Xin) عند 298 كيلو أو 25 درجة مئوية التسمية <6> ]

      المعادلات ref <3> - ref <6> هي إصدارات من معادلة Nernst. بالنسبة إلى أيونات K + ، فإن Delta & Psi حوالي -0.075 فولت أو -75 مللي فولت (بافتراض 37 درجة مئوية = 310 كلفن ، R = 1.98 كال / (K.mol) ، و z = +1). وهذا يعني ، نظرًا لأن الداخل أكثر سلبية من الخارج ، فإن أيونات K تميل إلى البقاء في الداخل حتى لو كانت الإمكانات الكيميائية لأيونات K أكبر من الداخل. يعطي حساب مشابه لـ Na أيونات ، مع Xout / Xin حوالي 12 ، توازنًا Na أيون جهد يبلغ حوالي +55 mV. لماذا يقترب جهد الغشاء الفعلي من احتمالية توازن أيونات K وليس أيونات Na؟ يتعلق السبب بحقيقة أن نفاذية أيونات K + أكبر 100 مرة من أيونات الصوديوم. ومن ثم فإن أيونات K هي التي تحدد في الغالب إمكانات استراحة الخلية. (تذكر أن الخلايا الدبقية لها قناة K غير متداخلة فقط).

      بشكل عام ، يتم تحديد & Delta & Psieq بواسطة أكثر من أيون واحد (عادةً Na و K) ، وبالتالي فإن القيمة الفعلية & Delta & Psieq تقع بين & Delta & Psieq لكل أيون على حدة. يمكن اشتقاق معادلة أكثر عمومية والتي توضح أن & Delta & Psieq لا يتم تحديده فقط من خلال التركيزات ولكن أيضًا من خلال نفاذية هذه الأيونات. (في الجسيم الشحمي المصنوع من KCl المغلف بتركيز أعلى من التركيز الخارجي ، ومع كون كلا الجانبين محايدًا كهربائيًا ، إذا لم تتدفق أيونات عبر الغشاء ، فلن تنشأ أي إمكانات غشاء.) المعادلة التي تراعي تأثيرات التركيز والنفاذية. هي معادلة جولدمان وتعطي من خلال:

      حيث PX هي نفاذية الأيون X. تدرك هذه المعالجة أهمية الديناميكا الحرارية (الإمكانات الكيميائية والكهربائية) والحركية (معاملات النفاذية). تذكر أن هذه الإمكانية لن تكون ممكنة إذا لم يتم الحفاظ على التدرج الأيوني بواسطة Na / K ATPase. لمعرفة التأثيرات على جهد الغشاء ، استخدم حاسبات معادلة جولدمان أدناه وقم بتوصيل القيم الواقعية عمومًا التالية لتركيزات ونفاذية الأيونات في الخلايا العصبية:

      أيون داخل (مم) خارج (مم) معامل النفاذية (سم / ث)
      ك + 140 5 (1 مرات 10 ^ <-8> )
      نا + 12 145 (1 مرات 10 ^ <-10> )
      Cl- 3 145 (1 مرات 10 ^ <-10> )

      ثم قم بزيادة نفاذية أيونات الصوديوم ولاحظ التأثير على جهد الغشاء. إعادة تعيين نفاذية أيون الصوديوم وتغيير ذلك لأيون الكلوريد.

      تم تطوير الفلوروفورات التي تدخل في الأغشية والتي يتغير نموها مع إمكانات الغشاء. مثال على ذلك هو di-4-ANEPPS ، صبغة AminoNaphthylEthenylPyridinium ، والتي يظهر هيكلها أدناه.

      عند الارتباط بالأغشية ، يكون لهذا المسبار حد أقصى من الإثارة والانبعاث يبلغ 475 و 617 نانومتر ، على التوالي. عندما تصبح إمكانات الغشاء أكثر سلبية (مفرطة الاستقطاب) ، تنخفض شدة التألق (الإثارة 440 نانومتر) بينما تزداد الانبعاثات عند الإثارة عند 530 نانومتر.

      في الأربعينيات من القرن الماضي ، تم تطوير طرق لقياس إمكانات الغشاء الفعلي للخلايا. سيؤدي تغيير تركيزات الصوديوم والبوتاسيوم الخارجية إلى تغيير إمكانات الغشاء التجريبية ، كما هو موضح في معادلة نرنست. دائمًا ما تطابقت إمكانات الراحة التجريبية للخلايا الدبقية مع إمكانات توازن البوتاسيوم النظرية ، مما يدعم وجهة النظر القائلة بأن إمكانات الغشاء كانت مرتبطة فقط بقنوات البوتاسيوم المفتوحة غير المتطايرة. لم يتم ملاحظة ذلك مع الخلايا العصبية ، مما يشير إلى أن قنوات أخرى غير البوتاسيوم كانت مفتوحة. باستخدام أدوات التتبع المشعة والقياسات المحتملة ، أصبح من الواضح أن الخلايا العصبية كانت قابلة للاختراق ليس فقط للبوتاسيوم ، ولكن أيضًا للصوديوم والكلوريد. كيف تعمل هذه في إنشاء إمكانات الراحة؟ ضع في اعتبارك أبسط حالة عند وجود قنوات البوتاسيوم فقط ، إلى جانب التوزيع غير المتكافئ للأيونات الأخرى. أضف الآن بعض قنوات الصوديوم. تعمل قوتان على دفع الصوديوم إلى داخل الخلية - الجهد الكيميائي لأن الصوديوم أعلى من الخارج ، والجهد الكهربائي لأن الجزء الداخلي للخلية سالب. قدرة التوازن المحتملة للخلية إذا كانت منفذة للصوديوم هي +55 مللي فولت ، لذلك هناك محرك كهربائي كبير للصوديوم للدخول من خلال مسام الصوديوم المفتوحة غير الطويلة التي أضفناها للتو. عند دخول الصوديوم ، تبدأ الخلية في & quot؛ الاستقطاب & quot ويكون لها جهد أكثر إيجابية. ومع ذلك ، نظرًا لوجود العديد من قنوات البوتاسيوم المفتوحة في مثالنا ، فإن إمكانات الراحة تنحرف فقط كمية صغيرة من إمكانات البوتاسيوم ، نظرًا لأن الإمكانات تصبح أكثر إيجابية ، يتدفق المزيد من البوتاسيوم إلى أسفل تدرج التركيز. في نهاية المطاف ، فإن تدفق البوتاسيوم المحسن يساوي تدفق الصوديوم ، ويتم إنشاء غشاء راحة جديد محتمل قدره -60 مللي فولت ، وهو نموذجي للخلايا العصبية.

      الآن يمكننا الإجابة على السؤال 3 أعلاه: كيف يتم الحفاظ على الكمون الكهروكيميائي الساكن وتوزيع الأيونات عبر الغشاء؟ من أجل الحفاظ على الجهد الكهربائي أثناء الراحة بمجرد إنشائه ، يجب أن يكون معدل تدفق الصوديوم مساويًا لمعدل تدفق البوتاسيوم عبر القنوات المفتوحة غير المحاطة ببوابات من أجل الحفاظ على فصل الشحنة (والجهد الكهربائي) عبر الغشاء. ولكن إذا تم السماح باستمرار التدفق والتدفق ، فإن التدرجات الأيونية الفعلية (الإمكانات الكيميائية) عبر الأغشية ستنهار. يتم حل هذه المشكلة بواسطة Na / K ATPase. في خلايا الراحة ، يتم موازنة التدفقات السلبية لأيونات الصوديوم والبوتاسيوم تمامًا بواسطة التدفقات النشطة لهذه الأيونات بوساطة Na / K ATPase. الخلية ليست في حالة توازن حقًا ولكن في حالة مستقرة.


      إمكانات التوازن والنفاذية المختلفة.

      كان ذلك تيارًا طويلًا من الوعي. لست متأكدًا تمامًا من السؤال ، لكن يبدو أنك قد تتجاهل القوى الناتجة عن تدرج التركيز. فقط لأن Na و K في حالة توازن كهربائي لا يعني أنهما في حالة توازن.

      في الخلية الحقيقية ، توجد أيضًا مضخات أيونية ، Cl- وأنبادات أخرى تنتمي إلى مكونات البروتين.

      إذا لم أجب على سؤالك ، فقد يساعد ذلك في إعادة صياغته جملة واحدة.

      شكرا على الرد Py.
      اسف بشأن ذلك. لست متأكدًا مما إذا كان من الممكن إيصال ما أعنيه في جملة واحدة.
      سأحاول أن أجعلها موجزة.
      أنا في حيرة من أمري بشأن إمكانات التوازن للخلية. تحدد معادلة جولدمان ، حسب فهمي ، فرق الجهد عبر الغشاء لتركيزات ونفاذية أيونات معينة يكون فيها صافي تدفق الأيونات صفرًا: لذلك لا يوجد تغيير في النظام.
      هذا ليس له معنى بالنسبة لي. لنفترض أن لدينا خلية بها أيونين فقط ، K + و Na + وأن شحنتها تتعارض تمامًا مع وجود بعض الشحنة السالبة (أي في البداية ، فرق الجهد عبر الغشاء هو صفر) مع تركيز K + أعلى من الداخل. في الخارج والعكس صحيح بالنسبة لـ Na +. عند إمكانات التوازن التي توفرها معادلة جولدمان ، يكون صافي تدفق الكاتيونات (الأيونات الوحيدة في السيناريو التي يمكن أن تتحرك) متساويًا في كلا الاتجاهين. ومع ذلك ، يختلف تركيز K + على جانبي الغشاء ، وبالتالي من المرجح أن يتحرك K + للخارج ، والعكس صحيح بالنسبة لـ Na +. قد يتحرك K + "للخلف وللأمام" بشكل متكرر أكثر من Na إذا كان لديه نفاذية أعلى ، ولكن بمرور الوقت سوف يتسلل Na + مع ذلك ، وسيخرج K + أيضًا. النقطة الوحيدة التي يمكنني أن أرى فيها التوازن هو "توازن حقيقي" عندما تكون نسبة K + و Na متماثلة على كلا الجانبين ، ويكون صافي تدفق الكاتيونات متساويًا في كلا الاتجاهين.
      لقد وجدت هذا:
      & quot من المهم أن تضع في اعتبارك أنه لا أيونات الصوديوم ولا أيونات البوتاسيوم في حالة توازن عند هذه القيمة الثابتة للإمكانات: تتسرب أيونات الصوديوم باستمرار إلى الخلية وتتسرب أيونات البوتاسيوم باستمرار. إذا تم السماح باستمرار هذا ، فإن تدرجات تركيز الصوديوم والبوتاسيوم ستنخفض في النهاية وستنخفض إمكانات الغشاء إلى الصفر مع انهيار التدرجات الأيونية.

      لست متأكدًا مما إذا كان هذا يشير إلى نفس الشيء مثلي ، فهذا ليس واضحًا. أعتقد أنه يقول نفس الشيء مثلي فيما يتعلق بتغير التركيزات لأنها ستتحرك باحتمالية أكبر في اتجاه واحد مقارنة بالاتجاه الآخر. ومع ذلك ، لا أعرف لماذا ستذهب الإمكانات إلى الصفر.
      نأمل أن يكون هذا أوضح قليلاً.
      شكرا لك مرة أخرى،
      نوبهار.

      جزئيًا ، لا يوجد سؤال واحد على هذا النحو ، إنه أكثر كيف أتخيل أن العملية تعمل ، ولكن لسبب ما قد لا تكون متسقة مع المصادر الأخرى. كان لدي انطباع بأن معادلة جولدمان تحدد الفرق المحتمل الذي يكون فيه صافي تدفق الأيونات صفرًا.

      لنفترض أنه لم يكن هناك سوى K + الذي يمكنه التحرك عبر الغشاء ، وكان التركيز أعلى في الداخل منه في الخارج. جميع الشحنات الموجبة لها شحنة سالبة مقابلة غير منفذة ، لذلك على الرغم من الاختلاف في التركيز ، فإن فرق الجهد عبر الغشاء هو صفر.

      نظرًا لأن تركيز K + أعلى داخل الخلية ، فإن أيونات K + ستنخفض تدرج تركيزها بسبب الحركة العشوائية ولكن عندما يحدث هذا ، فإن فرق الجهد عبر الغشاء سيتشكل. هذا من شأنه أن يعارض حركتهم خارج الخلية وعندما يكون للشحنة السالبة داخل الخلية بالنسبة إلى خارج الخلية قيمة معينة ، فإن الشحنة ستجذب الأيونات إلى الخلية بقوة بحيث يكون صافي التدفق صفرًا. ومع ذلك ، لن تكون التركيزات متساوية في الداخل والخارج وهي توازن. على حد علمي ، مستقر.

      الجزء الصعب هو توسيع هذا إلى أكثر من أيون واحد. إذا كانت معادلة جولدمان تمثل الفرق المحتمل الذي يكون فيه صافي تدفق الأيونات صفرًا ، فلا أرى كيف يمثل توازنًا مستقرًا. تأخذ معادلة جولدمان في الحسبان النفاذية ، ومن فهمي على الأقل ، تضع الفرق المحتمل للتوازن في موضع بين إمكانات التوازن للأيونات الفردية في ظل `` الظروف '' التي كانت فيها قابلة للاختراق فقط. مرجح بالنفاذية ولكن لماذا؟ لا أرى سبب أهمية النفاذية. بمرور الوقت ، ستستمر الأيونات في التحرك لأسفل تدرجات تركيزها. كما قلت ، فإن "الظروف" الوحيدة التي يمكنني رؤيتها والتي تؤدي إلى توازن مستقر هي عندما يكون صافي تدفق الأيونات صفرًا (أي أنها تتجه في كلا الاتجاهين بنفس المعدل) ، والتركيزات لها نسب متساوية على كلا الجانبين (أي أن احتمال تحرك أيون معين عبر الغشاء هو K + هو نفسه في كلا الاتجاهين) - إذا لم يفعلوا ذلك ، فستستمر التركيزات في التغيير.

      قد يكون هناك شيء غير صحيح في تفكيري. لذا ، إذا كان هناك سؤال واحد ، فأين السبب هو الخطأ؟ إذا كان خطأ. يجب أن يكون في مكان ما ، لأنني لا أفهم لماذا يجب أن يكون فرق الجهد عبر الغشاء صفرًا. يمكن أن يكون لديك فرق جهد عبر الغشاء إذا كانت نسب كل أيونات محددة متساوية في كلا الجانبين ولكن التركيزات كانت مختلفة ، حسب فهمي.

      بالمناسبة شكرا على الرد السريع. سأحتاج إلى المزيد من القراءة حول هذا الموضوع ، لكن الكتب التي أجدها تتخطى الشرح.


      صيدلية الجهاز العصبي للحشرات

      ب الكاتيونات المختلفة

      تتأثر إمكانات الراحة لمحور الصرصور العملاق قليلاً بانخفاض عشرة أضعاف أو زيادة بمقدار 30 ضعفًا في تركيز الكالسيوم الخارجي. وبالمثل اضافة 52 مم Sr + أو Mg 2+ إلى المعدل الطبيعي 1.8 ملي مولار الكالسيوم 2+ ليس له أي تأثير على إمكانية الراحة (Narahashi ، 1966a). تؤدي الإزالة الكاملة لـ Ca 2+ إلى إزالة الاستقطاب التدريجي (Narahashi ، 1966a) بالإضافة إلى إضافة 52 مترًام Ba 2+ للحل (Narahashi ، 1961).

      يؤثر كل من الكالسيوم (Ca 2+) (Narahashi and Yamasaki ، 1960b) وأيونات Ba 2+ (Narahashi ، 1961) بشكل ملحوظ على المسار الزمني لإمكانات الفعل (1) عن طريق إبطاء مرحلة الصعود والهبوط من الارتفاع و ( 2) عن طريق زيادة سعة ومدة الجهد اللاحق السالب. يتم إزاحة منحنى تثبيط الصوديوم على طول المحور المحتمل نحو إمكانات الغشاء السفلية عن طريق زيادة تركيز الأيونات ثنائية التكافؤ الخارجية (Narahashi، 1966a). هذا التحول ، الذي يحدث أيضًا في حلول K + العالية ، يفسر جزئيًا على الأقل ما يسمى بتضاد K + - Ca 2+ (Narahashi، 1966a Pichon and Boistel، 1967b).

      تُظهر هذه التجارب أن الكاتيونات ثنائية التكافؤ تعمل على استقرار الغشاء وتشير إلى أنها تساهم بشكل ضئيل جدًا في التيار الداخلي أثناء السنبلة (Narahashi ، 1966a). تم تأكيد ذلك من خلال تجارب المشبك الجهد على محاور عملاقة معزولة بواسطة Pichon (1968).

      في ماندوكا سيكستالا يمكن لأيونات Ca 2+ و Mg 2+ أن تحل محل Na + في الإنتاج المحتمل للعمل (Pichon وآخرون.، 1972) ، في حين أن محاليل Mg 2+ العالية لها تأثير ضئيل جدًا على إمكانات الراحة والعمل في الوصلات الصدرية السليمة من Carausius morosus (تريهرين ومادريل ، 1967). يرجع هذا النقص في التأثير على الأرجح إلى حقيقة أن غمد العصب يعمل كحاجز انتشار ضد أيونات Mg 2+.


      الاستجابة لاضطراب التوازن

      الشكل 2. حركة أيونية متبوعة بتغير في تركيز المذاب في حجرة OUT.

      لنفترض أن تركيز المذاب قد تغير فجأة بحيث ينتقل التركيز في الحجرة الخارجية من 5 مم إلى 50 مم. يؤدي اضطراب التوازن إلى إضعاف تدرج التركيز بحيث لا يمكنه الاحتفاظ بقدر أكبر من الشحنة الموجبة خارج الغشاء. تحدث حركة صافية عابرة للكاتيونات باتجاه الحيز الداخلي. القوة الدافعة للحركة (التي تتعارض مع تدرج التركيز) هي فرق الجهد الكهربائي ، والذي أصبح الآن أكبر من أن يتم الحفاظ عليه من خلال تدرج التركيز الأضعف.

      خلال فترة الموازنة ، وهي فترة قصيرة جدًا ، يستمر تدفق الأيونات في كلا الاتجاهين (غير موضح للتوضيح).

      الشكل 3. حالة ثابتة بعد إضعاف تدرج التركيز.

      يمثل الشكل 3 الحالة المستقرة الجديدة. يبدو شبيهاً بالشكل 1 إلى حد كبير ، لكن التركيز في الحجرة الخارجية هو 50 مم بدلاً من 5 مم ، ويتم إزاحة عدد أقل من الشحنات عبر الغشاء ، وتم تقليل فرق الجهد في الحجم.

      خلال كل هذه التعديلات ، ظل تركيز المقصورة الداخلية كما هو تمامًا ، لأغراض عملية. تم تغيير تركيز المقصورة الخارجية فقط عندما قمنا بتغيير التركيز عمداً. طالما أن هناك نفاذية انتقائية لحركات أيون أثناء الموازنة ، فلن يكون لها تأثير قابل للقياس على التركيزات الكيميائية في أي من الحجرتين.


      الانتشار الميسر (Uniporter)

      أسهل طريقة لنقل الجزيء هي أسفل تدرج تركيزه. تنقل هذه الأحاديات الجزيئات المفضلة ديناميكيًا للدخول إلى الخلية ولكن لا يمكنها ذلك لأنها غير قادرة على الانتشار عبر طبقة الدهون الثنائية. تشمل هذه الجزيئات الأحماض الأمينية والنيوكليوسيدات والسكريات وما إلى ذلك.
      في هذه الدورة ، سنناقش جهاز أحادي القارب ، وهو أحادي القسطرة الجلوكوز.

      GLUT1 (ناقل الجلوكوز في الثدييات)

      تستخدم من قبل معظم خلايا الثدييات للحصول على الجلوكوز عبر الغشاء.
      تعرف على الكثير عن وظيفتها وحركيتها من خلال الدراسات التي تضع البروتين في الجسيمات الشحمية (انظر الشكل أعلاه).
      يستخدم هذا الناقل (وجميع أجهزة النقل الأحادي) تدرج تركيز الجلوكوز لقيادة النقل.


      يمكن للناقل أن يعمل في الاتجاه المعاكس وبالتالي إذا كان تركيز الجلوكوز أعلى من الداخل يمكن أن ينقل الجلوكوز خارج الخلية.
      من الشكل 15-5 يمكنك أن ترى أنه يمكن التفكير في حركية النقل من حيث معادلة Michaelis-Menten حيث v = Vmax ([الجلوكوز] / [الجلوكوز] + كم).

      من الشكل 15-5 ، يمكنك أيضًا أن ترى أنه بدون الناقل لتسهيل الانتشار ، فإن معدل دخول الجلوكوز في الخلية يكاد يكون صفرًا.
      هناك أقصى معدل نقل ويعتمد معدل النقل على تركيز الجلوكوز. وهكذا يمكن حساب Km من معدل النصف الأقصى. كم للجلوكوز 1.5 مم. هذا يعكس تقارب الناقل للجلوكوز. كلما انخفض الكيلومتر كلما زاد التقارب. كما سنرى مع Ca + 2 ATPase ، فإن مواقع الربط الداخلية Ca + 2 لها كيلومتر = 0.0001 ملي مولار.


      من الواضح أيضًا أن هناك طاقة مجانية مواتية لنقل الجلوكوز.
      تركيز الجلوكوز في الدم حوالي 3.6 ملي مولار - 5.0 ملي مولار بعد نقل الجلوكوز إلى الخلية ، يتم فسفرته ليشكل جلوكوز 6 فوسفات ، والذي لا يمكن أن يترك الخلية. نظرًا لأن هذا التفاعل هو الخطوة الأولى في عملية التمثيل الغذائي للجلوكوز الذي يتم استخدامه بسرعة ، يتم الحفاظ على الطاقة المجانية الملائمة لنقل الجلوكوز.

      إمكانات نيرنست

      تحتوي جميع الخلايا على غشاء محتمل (جهد كهربائي) موجود عبر غشاء الخلية. يستخدم الباحثون أقطاب كهربائية دقيقة لقياس فرق الجهد بين خارج الخلية وداخلها. يمكنك قياس جهد الغشاء لخلية = فرق الجهد بين داخل الخلية وخارجها.

      معادلة نرنست:

      تُستخدم لحساب الجهد الكهربائي الدقيق عند التوازن الذي يتم إنشاؤه من أجل فرق تركيز معروف في أيون معين ، مفصولاً بغشاء منفذ لهذا الأيون.
      اشتق والثر نرنست (1888) هذه المعادلة ، بناءً على اعتبارات نظرية بحتة.

      يمكن كتابة الطاقة الحرة المرتبطة بنقل أيون (X) عبر الغشاء من الخارج إلى الداخل على النحو التالي:
      D G = RTln ([Xi] / [Xo]) + zFEm

      هذا لأنه لا توجد روابط مكسورة أو متولدة ولا توجد حرارة متولدة ، لذا فإن D G 01 تساوي صفرًا.
      بالإضافة إلى أنه بسبب شحن الأيون ، هناك مكون كيميائي RTln ([Xi] / [Xo]) ومكون كهربائي zFEm.
      عند التوازن ، يكون D G صفرًا وهكذا:
      zFE = - RTln ([Xi] / [Xo])

      وبالتالي فإن احتمالية التوازن للأيون X هي:
      مثال = - RT ln [X] ط
      . ض. [X] س
      أو
      مثال = RT ln [X] س
      . ض. [X] ط
      R = ثابت الغاز العالمي ، T = درجة الحرارة المطلقة ، z = تكافؤ الأيونات (أي Cl- = -1) ، F = ثابت فاراداي
      ملحوظة: تكافؤ الأيون مهم جدا أن نتذكره !!

      ماذا تعني المعادلة من حيث تركيزين مختلفين للأيونات يفصل بينهما غشاء؟
      تخيل غرفتين مفصولتين بغشاء فقط قابلة للاختراق لـ K + وليس Cl-. تحتوي المحاليل الموجودة على جانبي الغشاء على بوكل.

      يقيس استخدام الأقطاب الكهربائية فرق الجهد (الجهد) عبر الغشاء عندما:

      تركيز بوكل متساوي على كلا الجانبين (0.01 م) وبالتالي لا يوجد فرق محتمل.

      إمكانات الغشاء: 0 mV


      الآن قم بزيادة تركيز بوكل بمقدار 10 أضعاف في الغرفة الأولى

      تتدفق K + إلى أسفل تدرج تركيزها ، وتصبح الغرفة II مشحونة بشكل إيجابي أكثر من I. تصل العملية إلى نقطة لا يتدفق فيها المزيد من أيونات K + إلى II بسبب توازن تدفق أيونات K + للخارج بسبب التنافر الكهربائي - وصل النظام إلى حالة توازن.

      ط) التدرج الكيميائي الذي يدفع K + إلى الغرفة II
      ب) التدرج الكهربائي الذي يدفع K + خارج الغرفة II
      لذلك عند التوازن ، إذا دخل K + واحد II ، فسيتم صد أيون K آخر - لا يحدث تدفق صافي.

      يمكننا استخدام معادلة نرنست لحساب جهد الغشاء الذي سيكون في حالة اتزان.

      كل أيون له جهد مختلف بالنظر إلى الاختلاف في تدرجات التركيز.


      تذكر أن الغشاء يجب أن يكون منفذاً للأيون. يمكن للأيونات عبور الغشاء فقط من خلال المسام أو القنوات. إذا كان الغشاء لا يحتوي على القناة الأيونية المناسبة ، فلا يوجد تدفق أيون ولا يوجد جهد.

      التدرجات الكيميائية في الخلايا الحيوانية

      تعكس هذه الاختلافات في جهد نرنست الاختلافات في التدرجات الكيميائية لكل أيون.
      تحافظ جميع الخلايا الحيوانية على التدرجات الكيميائية عبر غشاء البلازما وأغشية العضية. كما سنناقش ، يوجد تدرج تركيز كبير لـ Ca + 2 في جميع الخلايا بحيث يحتوي العصارة الخلوية على تركيز منخفض جدًا من الكالسيوم + 2 بينما يكون الجزء الخارجي من الخلية وفي العضيات مثل ER ، والميتوكوندريا Ca + 2 شديد التركيز .
      تتميز جميع الخلايا الحيوانية أيضًا بتدرج K + كبير بحيث يكون داخل الخلية تركيز K + أعلى من الخارج. يوجد المزيد من Na + في الخارج مقارنة بالداخل.


      من لوديش ، بيولوجيا الخلايا الجزيئية ، الطبعة الرابعة

      سنركز على مضخات البروتين الضرورية للحفاظ على هذه التدرجات ، والأهم من ذلك ، لماذا ستواجه الخلية كل هذه المشاكل لاستخدام قدر كبير من الطاقة للقيام بذلك.

      الطاقة الحرة المرتبطة بالتدرج الكهروكيميائي للصوديوم.

      تم توضيح مثال على مزايا إنشاء تدرج كهربائي / كيميائي لـ Na +:


      من لوديش ، بيولوجيا الخلايا الجزيئية ، الطبعة الرابعة
      تتحكم قوى الأيونات وتدرجات الجهد في حركة الأيونات عبر الغشاء. يمكننا حساب تغير الطاقة الحرة (D G) الذي يتوافق مع انتقال أيون عبر الغشاء.
      نظرًا لأنه يتم شحن الأيونات أيضًا ، فقد تضمن الحساب مكونًا كيميائيًا وكهربائيًا.

      على سبيل المثال ، تغيير الطاقة الحرة الناتج عن تدرج تركيز أيون الصوديوم هو:
      D Gc = RTln ([Na +في] / [Na +خارج])

      في خلية العينة لدينا ، يتوافق هذا مع -1.45 كيلو كالوري / مول (التغيير المرتبط بنقل 1 مول من الصوديوم من الخارج إلى داخل الخلية).

      التغيير الحر الناتج عن الجهد الكهربائي للغشاء هو:
      D جم = zFEm

      حيث F = ثابت فاراداي ، Em هو جهد الغشاء (-70 مللي فولت في معظم الخلايا الحيوانية) و z هو تكافؤ الأيون (+1 في هذه الحالة). هذا يتوافق مع -1.6 كيلو كالوري / مول.

      نظرًا لأن Na + يتأثر بكل من تدرج تركيز Na + وإمكانات الغشاء يتم إضافتهما إلى gether لإعطاء إجمالي -3.06 kCal / mol.
      لذلك ، نظرًا لأن هذا أقل من 0 ، فإن هذا يفضل ديناميكيًا حراريًا حركة Na + في الخلية. هذه الميزة لـ Na + التي سنرى في أمثلة مختلفة في الفصل يمكن أن تقود عددًا من العمليات الخلوية.


      الآثار والآثار

      بينما تنفق الخلايا الطاقة لنقل الأيونات وإنشاء إمكانات عبر الغشاء ، فإنها تستخدم هذه الإمكانات بدورها لنقل الأيونات والمستقلبات الأخرى مثل السكر. تدفع إمكانات الغشاء للميتوكوندريا إنتاج ATP ، وهي العملة المشتركة للطاقة البيولوجية.

      قد تستفيد الخلايا من الطاقة التي تخزنها في إمكانات الراحة لدفع إمكانات العمل أو أشكال الإثارة الأخرى. تتيح هذه التغييرات في إمكانات الغشاء التواصل مع الخلايا الأخرى (كما هو الحال مع إمكانات الفعل) أو بدء تغييرات داخل الخلية ، والتي تحدث في البويضة عندما يتم تخصيبها بواسطة حيوان منوي.

      في الخلايا العصبية ، يبدأ جهد الفعل باندفاع أيونات الصوديوم إلى الخلية عبر قنوات الصوديوم ، مما يؤدي إلى إزالة الاستقطاب ، بينما يتضمن التعافي اندفاعًا خارجيًا للبوتاسيوم عبر قنوات البوتاسيوم. كل من هذه التدفقات تحدث عن طريق الانتشار السلبي.


      شاهد الفيديو: Membrane Potential, Equilibrium Potential and Resting Potential, Animation (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Raedleah

    برأيي أنك أخطأت. دعونا نناقشها. اكتب لي في رئيس الوزراء ، وسوف نتواصل.

  2. Shelny

    فكرة رائعة وفي الوقت المناسب

  3. Cyrill

    برافو ، وهي عبارة ممتازة وهي في الوقت المناسب

  4. Secg

    في مكانك لم أكن لأفعل.



اكتب رسالة