97. Ионный состав цитоплазмы и межклеточной жидкости. Проницаемость клеточных мембран для различных ионов. Разность потенциалов на мембране клеток.

В цитоплазме протекают большинство процессов деградации питательных веществ и синтеза структурных компонентов клетки, а также весь промежуточный метаболизм: гликолиз, гексозомонофосфатный путь, глюконеогенез, биосинтез жирных кислот, белков, гормонов, медиаторов, различных биофакторов (например, роста) и т.п. В ней содержатся ионы натрия, калия, кальция, хлора, определяющие ионный состав цитоплазмы.

Проницаемостью биологической мембраны называют ее способность пропускать сквозь себя определенные вещества в той или иной степени. Клеточные мембраны обладают избирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол и ионы, причем сами мембраны в известной мере активно регулируют этот процесс — одни вещества пропускают, а другие нет. Существует четыре основных механизма для поступления веществ в клетку или вывода их из клеки наружу: диффузия, осмос, активный транспорт и экзо- или эндоцитоз. Два первых процесса носят пассивный характер, то есть не требуют затрат энергии; два последних — активные процессы, связанные с потреблением энергии.

На клеточной мембране полярными гидрофобными головками фосфолипидами создается поверхностный (отрицательный) заряд, а за счет гидрофильных хвостиков внутри мембраны создается положительный заряд. Существование заряженных групп биомембран приводит к образованию диффузионного двойного электрического слоя. При перенесении единичного заряда из цитоплазмы в окружающую среду и наоборот, возникает разность потенциалов на мембране клеток.

98. Потенциал покоя клетки. Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца.

Потенциал покоя – электрический потенциал, возникающий в результате транспорта ионов через мембрану клеток. Основной вклад в создание и поддержание потенциала покоя вносят ионы Na, K и Cl. Суммарная плотность покоя этих ионов с учетом их знаков равна: J = J(Na) + J(K) - J(Cl)

В стационарном состоянии суммарная плотность потока равна нулю, т.е. число различных ионов, проходящих в единицу времени через мембрану внутрь клетки, равно числу выходящих из клетки через мембрану: J = 0.

В состоянии покоя при физиологических условиях соотношение коэффициентов проницаемости равно p(K) : p(Na) : p(Cl) =1 : 0,04 : 0,45. Следовательно, основной вклад в потенциал покоя вносят только ионы К и Cl.

Разность потенциалов на мембране определяется уравнением Гольдмана-Ходжкина-Катца.

Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца.

;

где R –универсальная газовая постоянная равная 8.31 Дж/(моль·K);

Т – абсолютная температура;

F – число Фарадея, равное 96485,35 Кл/моль;

Р – проницаемость мембраны для разных ионов.

Для того, чтобы возник потенциал покоя необходимо: наличие градиента ионов на клеточной мембране; различная проницаемость для разных ионов и возможность восстановления (работу К-Na – насоса.