W04 Potencja Spoczynkowy, PIELĘGNIARSTWO, I ROK, Biofizyka
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
PotencjałSpoczynkowyPo obu stronach błony komórkowej istnieje różnica potencjałów (napięcie)tzw. potencjał błonowy. Jego wartoć odgrywa ważnš rolę w procesachtransportu błonowego (np. w kanałach nerkowych), przy przetwarzaniuinformacji w neuronach, komórkach receptorowych oraz wprocesach skurczu komórek mięniowych.Poniżej pokazano schemat układu do rejestracji potencjałów błonowych.Układ do pomiaru potencjału błonowego, czyli .V =Vwew - Vzew.Wnętrze komórki ma zazwyczaj potencjał niższy niż jej powierzchniazewnętrzna.W tabeli zebrano wartoć stężeń jonów wewnštrz i na zewnštrz komótabeli zebrano wartoć stężeń jonów wewnštrz i na zewnštrz komórekmięniowych zwierzšt stałocieplnych.RodzajjonówcW[mmol/l]cZ[mmol/l]cZ/cWNa+ 12 145 12:1K+ 155 4 1:39Cl- 3,8 120 32:1B- 155 -Zmierzony potencjał spoczynkowy: -90 mVWnętrze komórki i rodowisko zewnętrzne sš elektrycznie skompensowane(obojętneelektrycznie). Lokalny brak kompensacji występujejedynie na powierzchni błony komórkowej.Jeli potencjał spoczynkowy wynosi -90 mV, gruboć błony 7 nm oraz względnaprzenikalnoć elektryczna .r =6 to, na powierzchni 1 ľm2 błony komórkowejwystępuje nadmiar około 4200 jonów jednowartociowych jednegoznaku.A jak wyglšda rozkład jonów wewnštrz i na zewnštrz komórki?W 1 ľm3 wewnštrz:100 106 K+, 10 106 Na+, 2,2 106 Cl. , 107,8 106 B.W 1 ľm3 zewnštrz:2 106 K+, 108 106 Na+, 110 106 Cl. 0Rozkład jonów K+ a potencjał spoczynkowyJony K+mogš dosyć swobodnie przechodzić przez błonę. Ponadto ichstężenie wewnštrz komórki jest większe niż na zewnštrz:ZW[K]1[K]20100....Pod wpływem różnicy stężeń (potencjałów chemicznych) jonów potasu nastęwpływem różnicy stężeń (potencjałów chemicznych) jonów potasu następujeich wypływ z komórki. Konsekwencjš wypływu jest ładowanie rodowiskazewnętrznego ładunkiem dodatnim, co jest przyczynš kolejnego bodca - różnicypotencjałów elektrycznych - wywołujšcej przepływ K+w przeciwnym kierunku.Wypływajšcyz komórki strumień K+ stopniowo maleje (maleje różnica stężeń)strumień K+wpływajšcydo komórki stopniowo narasta (ronie różnica potencjałów).Po pewnym czasie strumienie K+wypływajšcy z komórki i wpływajšcydo niej stajš się równe. Od tego momentu wartoć różnicy potencjałównie ulega już dalszej zmianie. Tę różnicę potencjałów nazywamy potencjałemrównowagidla jonów potasowych.Wyraża się on wzorem Nernsta:ZWln[K][K]KRTF..................Dla koncentracji jonów takiej jak w komórce mięniowej ssaków 1:39potasowy potencjał równowagowy wynosi:Jest to wartoć niższaod tej rejestrowanej jako potencjał spoczynkowy w tych komórkach.Eksperymentalnie wykazano, że stężenie jonów K+na zewnštrz komórkiwpływa na wartoć potencjału spoczynkowego (błonowego).Dowiadczenie Adriana:Zależnoć potencjału błonowego od zewnštrzkomórkowejkoncentracji potasu. Linia cišgłapokazuje zależnoć potencjału równowagowegowyliczonš z wzoru Nernsta. Mięsień krawieckiżaby [Adrian R.H., 1956].Małe zmiany koncentracji potasu w płyniemiędzykomórkowym zmieniajš w istotnysposób potencjał spoczynkowy, a zatem ifunkcjonowanie komórek.Z[K]58139logK................Dla dużych stężeń [K+]potasowy potencjałzew,równowagowy dobrze opisuje wartoć potencjałuspoczynkowego.Dla stężeń fizjologicznych K+(3,5 7 mmol/l)rejestrowany potencjał błonowy jest mniej ujemnyniż to wynika z wzoru Nernsta.Z[K]58139logK................Wkład jonów Cl- do potencjału spoczynkowegoJony Cl- mogš dosyć swobodnie przechodzić przez błonę w stanie spoczynku.Ponadto stężenie jonów Cl- wewnštrz komórki jest mniejszeniż na zewnštrz:ZW[Cl]20100[Cl]1....Potencjał równowagowy dla jonów chloru przyjmuje wartoć:WClZ[Cl]ln[Cl]RTF...................-90mVJest to wartoćrównatej rejestrowanej, jako potencjałspoczynkowyw tych komórkach.Rozkład Cl- ustala się w zależnoci od stężenia K+(równowaga Donnana). KoncentracjaK+w komórce nie możezmieniaćsięw szerokich granicach - gdyżjony te kompensujš ujemny ładunek anionów białkowych. Stężenie K+wewnštrzkomórki nie może być regulowana przez potencjał spoczynkowy. Alekoncentracja Cl- tak. Można więc powiedzieć, że podstawowš przyczynš ujemnegopotencjału wnętrza komórki jest zawartoć anionów białkowych. W komórkach,których błony majš zbliżonš przepuszczalnoć dla K+i Cl- włanie tejony w podobnym stopniu biorš udział w utworzeniu potencjału spoczynkowego.Bierny transport jonów Na+Potasowy potencjał równowagowyjestbardziejujemnyniż obserwowanypotencjał spoczynkowy. Różnica ta wywołana jest biernym napływemNa+do wnętrza komórki. Jony sodu napływajš do wnętrza komórki mimomałej dla nich przepuszczalnoci błony w stanie spoczynku.Napływowi Na+do wnętrza komórki sprzyja zarówno gradient ich stężeniajak i różnica potencjałów elektrycznych w błonie.Jeli w dowiadczeniu Adriana w płynie fizjologicznym zastšpić jony Na+innymiwiększymi jonami dodatnimi (cholina), to potencjał błonowy przyjmie wartoć równowagowego potencjału potasowego nawet przy niskich stężeniachpotasu na zewnštrz komórki.Stężenie jonów Na+wewnštrz komórki jest mniejsze niż na zewnštrz:ZW[Na]515[Na]1....Potencjał równowagowy dla jonów sodu przyjmuje wartoć:ZWNa[Na]ln[Na]RTF...................+60mVJest to wartoć przeciwna do tej rejestrowanej jako potencjał spo-czynkowy w tych komórkach.Przewodnoć elektrycznš .A błony dla jonów A można zdefiniować wzorem:AAA()Jd......gdzie:JA - całkowita gęstoć pršdu jonówA,d - gruboć błony,.A - potencjał równowagowy dla tych jonów,. - potencjał spoczynkowy.Stšd: JNa =.Na(-90 -60)/d =-150.Na/djeli założyć, że .K:.Na =25:1, jak to wynika z przepuszczalnoci błonydla jonów sodowych i potasowych, to w stanie stacjonarnym, gdy:JNa =-JK(wtedy potencjał spoczynkowy będzie stały) znajdziemy:-150 .Na =-(. -.K) .K(. -.K) =150/25 =6 mVZatem to niewielka przepuszczalnoć błony dla jonów sodowych jestprzyczynš podwyższenia potencjał błonowego w porównaniu z wartocišrównowagowego potencjału potasowego.Istnienie cišgłegcišgłegonapływusodu do wnętrzakomórkioraz wypływupotasu prowadzi do niestabilnocitakiego układu.Roniecinienieosmotyczne wewnštrzkomórki. Wywołujeto napływwody do wnętrza, co powoduje kolejny spadek stężeniajonówpotasowych.W końcuprowadzi to do pękania(lizy) komórki.Procesy takie nie zachodzšw normalnych (fizjologicznych)warunkach. Jednak w skrajnej anoksii i/lub przy skrajnych niedostatkachenergetycznych taki scenariusz będziemiałmiejsce.Wskazuje to, żekomórkanie znajduje sięw stanie równowagi,a stężeniejonówsodowych dalekie jest od stanu równowagi. Istniejšcywkomórcei otoczeniu rozkładstężeńjonówsodowych i potasowych jestwynikiem transportu: biernego, biernego ułatwionegooraz aktywnego.Transport aktywnyTransportem aktywnym danej substancji nazywamy transport zachodzšcyw kierunku przeciwnym niżich bierny, samoistny przepływ,wymagazatem nakładuenergii. Zachodzi on z udziałemwyspecjalizowanychstruktur błonowych(białekintegralnych) sprzęgajšcychtransportz procesem uwalniania energii. ródłemenergii częstojest hydrolizaATP i dlatego białkabioršceudziałw tym procesie traktowane sšjakoenzymy posiadajšcewłasnociATPazy.Transport aktywny odbywa sięwbrew różnicystężeńdanej substancji(w stronęwiększegostężenia) stšdbiałkabioršceudziałw tym transporcieczęstonazywane sšpompami.Dobrze poznanym przykłademjest pompa sodowo-potasowa (Na+/K+ATPaza).Transportuje ona Na+z wnętrzakomórkina zewnštrz, jednoczenieprzenoszšcK+w kierunku przeciwnym (antyport). Hydroliza jednej czšsteczkiATPdostarcza energii koniecznej do transportu trzech Na+i dwóchK+. Działaniepompy sodowo-potasowejma olbrzymie znaczenie dla utrzymania stałocistężeńtych jonów,zwłaszczaw komórkachpobudliwych. Bierny transport jonówzachodzšcyzarównopodczas spoczynku komórki, jak i w czasie trwaniapotencjałuczynnociowegopo pewnym czasie prowadziłbydo wyrównaniastężeńjonówsodu i potasu wewnštrzi na zewnštrzkomórki.Pompa sodowo-potasowsodowo-potasowa(Na+/K+ATPaza) to ważnyenzym uczestniczšcyw aktywnym transporcie kationówsodu (Na+) i potasu (K+). Maon podstawowe znaczenie dla wszystkich żywychkomórek,utrzymujšcpotencjałbłonowyi objętoćkomórki. Za badania nad tšczšsteczkšJens C. Skou otrzymałnagrodęNobla z chemii w 1997 r.Pompa sodowo-potasowa składasięz dwóchpodjednostek: .(112 kDa)i ß(35 kDa). Miejsce wišzaniaATP znajduje sięna podjednostce .. Natej podjednostce, na powierzchni skierowanej do płynuródkomórkowego,znajdujšsięrównieżmiejsca wišzaniasteroidówkardiotonicznych (np.: digitoksygenina),którehamujšaktywnoćpompy przez blokowaniedefosforylacji.Hydroliza ATP jest ródłemenergii dla tego enzymu, koniecznej dopompowania jonówsodu i potasu.ATP-aza jest fosforylowana przez ATP w obecnocijonówNa+i Mg+2. Do podjednostki., którajest zwišzanaz ATP wišzanesštrzy jony sodu. NastępnieATPulega hydrolizie,... [ Pobierz całość w formacie PDF ] |