Биофизика. Артюхов В.Г - 42 стр.

                                       42

     ТЕМА 5. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БИОЭЛЕКТРОГЕНЕЗА
     И ИЗМЕРЕНИЕ РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ

      5.1. Механизм электрогенеза в клетках
      Генерация и распространение электрических потенциалов – важнейшее
физическое явление в живых клетках и тканях, которое лежит в основе
возбудимости клеток, регуляции внутриклеточных процессов, работы нервной
системы, регуляции мышечного сокращения.
      Нарушение электрических характеристик отдельных клеток, нервных
волокон и целых тканей, например сердечной ткани, приводит к ряду серьезных
заболеваний.
      Использование результатов электрофизиологических исследований в
сочетании с физическим и математическим моделированием мембранных
транспортных процессов лежит в основе современных теорий электрогенеза в
клетках.
      Различают следующие основные виды мембранных биопотенциалов:
      1. Потенциал покоя – разность электрических потенциалов между
         внутренней и наружной поверхностью мембраны нормально
         функционирующей клетки в невозбужденном состоянии.
      2. Потенциал действия (возбуждения) – разность потенциалов на мембране,
         регистрируемая в момент возбуждения между возбужденными и
         невозбужденными участками мембраны.
      3. Потенциал повреждения – регистрируется между поврежденными и
         неповрежденными участками клетки, ткани, органа.
      К немембранным биопотенциалам относятся метаболические потенциалы,
которые регистрируются между участками с различной скоростью метаболизма
внутри клетки, ткани или органа.
       Равновесие – это такое состояние системы, при котором каждая частица
может переходить из некоторого состояния 1 в некоторое состояние 2 и обратно,
но в целом доля состояний 1 и 2 в системе не изменяется. В равновесии могут
находиться субстраты и продукты биохимических реакций или ионы по обе
стороны мембраны.
      Доннановское равновесие устанавливается между клеткой и окружающей
средой, если клеточная мембрана хорошо проницаема для неорганических ионов,
но непроницаема для белков, нуклеиновых кислот и других крупных
органических ионов.
      Возникновение мембранных потенциалов связано с неравенством
концентрации ионов внутри клетки и в окружающей среде и неодинаковой
проницаемостью клеточной мембраны для разных ионов.
      В 1902 г. Бернштейн выдвинул гипотезу, согласно которой потенциал покоя
обусловлен тем, что цитоплазматическая мембрана проницаема для ионов К +, и на
ней создается потенциал, описываемый уравнением Нернста (равновесный
потенциал):
                                       RT c 1
                                  E=     ln   , (1)
                                       nF c 2