Биоэлектрические потенциалы.

Одна из важнейших функций плазматической мембраны - генерация и передача биопотенциалов. Эти явления лежат в основе раздражимости клеток, регуляции внутри­клеточных процессов, процесс передачи информации, работы нервной системы и регуляции мышечного сокращения у животных. В клетках и тканях живых организмов возникает разность электрических потенциалов во –первых, вследствие переноса электронов от одних молекул к другим (окислительно-восстановительные потенциалы). Второй тип электрических потенциалов возникает на биологических мембранах - вследствие наличия градиента концентрации ионов и их транспорта через мембрану. Биопотенциалы, регистрируемые между различными участками организма, имеют мембранное происхождение. Мембранным потенциалом называют разность потенциалов между внутренней (цитоплазматической) и наружной сторонами мембраны и обозначают символами Е_м , φ_м. Прогресс в исследовании мембранных потенциалов в значительной степени обусловлен наличием крупных клеток, в первую очередь, аксонов нейронов кальмара. Диаметр аксонов этих клеток достигает до 0.5 мм, что несколько порядков больше диаметра клеток позвоночных. Гигантский аксон кальмара является идеальным модельным объектом для изучения биопотенциалов. В эту клетку можно ввести микроэлектрод без значительных повреждений. Микроэлектрод представляет собой стеклянную микропипетку с очень тонким кончиком, заполненную раствором электролита (NaCl или KCl). Второй электрод (электрод сравнения) располагается в растворе на наружной поверхности клетки ( Рис. 6). Измерение значения потенциала возможно после усиления возникающего электрического тока. Для этой цели используются специальные приборы- усилители биопотенциалов. Современные микроэлектроды и усилители позволяют измерить значения мембранных потенциалов различных клеток: нервных клеток млекопитающих, мышечных клеток, клеток миокарда и других.

Рис. 6. Микроэлектродный метод измерения биопотенциалов (Антонов,с.69)

1. стеклянный микроэлектрод; схема регистрации мембранного потенциала.

Потенциал покоя

Мембранный потенциал не возбужденных клеток называют потенциалом покоя. Такой термин дал впервые использовал Л. Гальвани, когда он обнаружил разность потенциалов на поверхности невозбужденной мышечной клетки. Значение потенциала покоя определяется разной концентрацией ионов по разные стороны мембраны и транспортом ионов через мембрану. Рассмотрим возникновение электрического потенциала на модельной схеме. Если сосуд разделим полупроницаемой мембраной и поместим в оба отсека раствор одного и того же и электролита (например, КС1) разной концентрации. Мембрана способна пропускать К⁺ и не пропускает Сl^- (Рис. 7). Вследствие диффузии по градиенту концентрации через мембрану возникает поток заряженных частиц ( ионов калия) и возникает электрический потенциал, который препятствует перемещению ионов через мембрану по грдиенту концентрации. Через определенное время устанавливается ионное равновесие на мембране, когда скорость перемещения ионов в разные стороны мембраны одинакова. При этом значения электрохимических потенциалов по разные стороны мембраны выравниваются: m _вн = m_нар.

Так как, m = m₀ + RT lnС + ZFΔφ, то

RT lnС _вн + ZFφ_вн = RT lnС _нар + ZFφ_нар.