Если учесть, что на фазе роста потенциала действия в клетку входит большое количество натрия и большое количество калия ее покидает на фазе спада, то становится очевидным, что концентрации этих ионов в цитоплазме должны измениться. Величину этих изменений можно определить либо экспериментально, либо путем расчетов. TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT
Вычисления соотношения между мембранным потенциалом и трансмембранных концентраций. При потенциале -67 мВ на внутренней поверхности мембраны находится приблизительно 4 · 1011 отрицательных зарядов на см2. На пике потенциала действия (+40 мВ) вместо этого отрицательного заряда внутри клетки накапливается около 2,4 · 1011 положительных зарядов, что происходит в результате входа в клетку 6,4 · 1011 ионов натрия на см2. Это соответствует приблизительно 10–12 моль/см2. Экспериментальные измерения входа радиоактивного натрия и выхода радиоактивного калия дали значения между 3 · 10–12 и 4 · 10–12 моль/см2. Различие между теоретически предсказанным и экспериментальным значениями объясняются главным образом тем, что при расчетах не принималось во внимание то, что вход натрия и выход калия частично перекрываются во времени. Таким образом, количество входящего натрия превышает значение, необходимое для деполяризации мембраны до пикового уровня потенциала действия, поскольку выход калия начинается до момента достижения пика.
Каково влияние входа натрия на его внутриклеточную концентрацию? Сегмент аксона кальмара длиной 1 см и диаметром 1 мм имеет площадь поверхности около 0,31 см2, поэтому при скорости входа натрия 3,5 · 10–12 приведет к накоплению приблизительно 10–12 M натрия. Объем этого отрезка аксона составляет 7,85 · 10–12 л, в нем содержится (при плотности 50 ммоль/л) 4 · 10–7 M натрия, поэтому изменение концентрации натрия в результате потенциала действия очень мало и составляет 0,0000025. Выход калия производит сравнимый эффект и изменяет внутриклеточную концентрацию калия в 0,000003 раз.
Потенциал действия в более тонких отростках нейрона может привести к более значительным изменениям внутриклеточных концентраций натрия и калия, чем в гигантском аксоне кальмара. Так, нервное окончание диаметром 1 мкм и длиной 100 мкм имеет площадь поверхности 3 · 10–6 см2 и объем 8· 10–14 л. Во время потенциала действия вход натрия 3 · 10–6 моль/см2 производит увеличение количества натрия внутри терминалы на 10–17 М. При внутриклеточной концентрации 20 мМ в терминалы содержится приблизительно 1,5·10–15 М, так что увеличение концентрации натрия в результате одного потенциала действия составляет 0,7 %. Пачка из 50 импульсов теоретически приведет к увеличению уровня натрия на 35 % и сходному снижению уровня калия. Вход натрия увеличивает активность натрий-калиевого обменника так, что концентрации быстро возвращаются к изначальному уровню.
Статьи и публикации:
Методы изучения химической среды живых клеток
Классические методы микроскопии позволяют судить о клеточной архитектуре, но не дают подробной информации о клеточной химии. Поддержание жизни возможно только при быстрой и точной регуляции концентрации таких важнейших метаболитов, как АТ ...
Дискретные модели циклов жизни
Важные свойства систем, элементы которых претерпевают индивидуальное развитие, могут быть изучены даже на простых дискретных моделях. В простейшем случае жизненный цикл состоит только из двух стадий – молодость и зрелость, которые мы обоз ...
Состав крови. Плазма. Сыворотка.
Кровь относится к опорно-трофическим тканям. Она состоит из клеток – форменных элементов и межклеточного вещества – плазмы. К форменным элементам крови принадлежат эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Плазма крови представляет собой жидкос ...