ชาวเกาหลี. ด้วยนามสกุลเกาหลีและจิตวิญญาณของรัสเซีย: ชาวเกาหลีอาศัยอยู่ในรัสเซียอย่างไร

ศักยภาพของเมมเบรน (MP)- ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างด้านนอกและด้านในของเมมเบรนในสภาวะพักทางสรีรวิทยา

สาเหตุของ MP:

1. การกระจายตัวของไอออนทั้งสองด้านของเมมเบรนไม่เท่ากัน: ภายในมี K+ มากกว่า ภายนอกมีเพียงเล็กน้อย แต่มี Na+ และ Cl มากกว่า การกระจายตัวของไอออนนี้เรียกว่าความไม่สมดุลของไอออน

2. การซึมผ่านแบบเลือกสรรของเมมเบรนสำหรับไอออน ที่เหลือเมมเบรนจะไม่สามารถซึมผ่านได้เท่ากัน

เนื่องจากปัจจัยเหล่านี้ เงื่อนไขการเคลื่อนที่ของไอออนจึงถูกสร้างขึ้น การเคลื่อนไหวนี้เกิดขึ้นโดยไม่ต้องใช้พลังงานผ่านการขนส่งแบบพาสซีฟ อันเป็นผลมาจากความเข้มข้นของไอออนที่แตกต่างกัน

ไอออน K ออกจากเซลล์และเพิ่มประจุบวกบนพื้นผิวด้านนอกของเมมเบรน Cl - ผ่านเข้าไปในเซลล์อย่างอดทนซึ่งทำให้ประจุบวกเพิ่มขึ้นบนพื้นผิวด้านนอกของเมมเบรน Na สะสมบนพื้นผิวด้านนอกของเมมเบรนและเพิ่มประจุ “+” สารประกอบอินทรีย์ยังคงอยู่ในเซลล์

จากผลของการเคลื่อนไหวนี้ พื้นผิวด้านนอกของเมมเบรนจึงมีประจุ "+" และพื้นผิวด้านในจึงมีประจุ "-" พื้นผิวด้านในอาจมีประจุ "-" แต่จะมีประจุลบเสมอเมื่อเทียบกับพื้นผิวด้านนอก สถานะนี้เรียกว่าโพลาไรเซชัน

การเคลื่อนที่ของไอออนจะดำเนินต่อไปจนกว่าความต่างศักย์จะสมดุล เช่น จนกระทั่งเกิดความสมดุลทางไฟฟ้าเคมี

โมเมนต์แห่งสมดุลขึ้นอยู่กับแรง 2 แรง:

2. ความแรงของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า

ค่าสมดุลเคมีไฟฟ้า:

3. รักษาความไม่สมดุลของไอออน

4. รักษาศักยภาพของเมมเบรนให้อยู่ในระดับคงที่

การเกิดขึ้นของสนามแม่เหล็กโดยมีส่วนร่วมของแรงทั้งสองเรียกว่าความเข้มข้น - เคมีไฟฟ้า

เพื่อรักษาความสมมาตรของไอออนิกของสมดุลเคมีไฟฟ้า เซลล์จึงมีปั๊ม Na-K ในเยื่อหุ้มเซลล์มีระบบตัวขนส่ง ซึ่งแต่ละระบบจับ 3Na ซึ่งอยู่ด้านนอก และด้านในตัวขนส่งจับ 2K แล้วขนส่งภายในเซลล์ ในกรณีนี้จะใช้ ATP 1 โมเลกุล

การทำงานของปั๊ม Na-K ช่วยให้มั่นใจได้ว่า:

1. มีความเข้มข้นของ K ภายในเซลล์สูง เช่น ศักยภาพในการพักผ่อนอย่างต่อเนื่อง

2. ความเข้มข้นของนาภายในเซลล์ต่ำ เช่น ออสโมลาริตีและปริมาตรเซลล์ปกติจะยังคงอยู่ ซึ่งเป็นการสร้างพื้นฐานสำหรับการสร้าง PD

3. การไล่ระดับความเข้มข้นของ Na ที่เสถียรส่งเสริมการขนส่งกรดอะมิโนและน้ำตาล

MP เป็นเรื่องปกติ: สำหรับกล้ามเนื้อเรียบ -30 - (-70) mV, สำหรับเส้นประสาท -50 - (-70) mV, สำหรับกล้ามเนื้อหัวใจ -60 - (-90) mV

ศักยภาพในการดำเนินการ (AP)- การเปลี่ยนแปลงศักยภาพในการพักตัวที่เกิดขึ้นในเนื้อเยื่อภายใต้การกระทำของเกณฑ์และการกระตุ้น superthreshold ซึ่งมาพร้อมกับการชาร์จใหม่ของเมมเบรน

ภายใต้การกระทำของเกณฑ์และสิ่งเร้าเหนือเกณฑ์ ความสามารถในการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์สำหรับไอออนจะเปลี่ยนไป สำหรับ Na เพิ่มขึ้น 450 เท่า และการไล่ระดับสีจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สำหรับ K จะเพิ่มขึ้น 10-15 เท่า และการไล่ระดับสีจะพัฒนาอย่างช้าๆ เป็นผลให้ Na เคลื่อนที่เข้าไปในเซลล์ K เคลื่อนออกจากเซลล์ ซึ่งนำไปสู่การชาร์จประจุใหม่ของเยื่อหุ้มเซลล์

เฟส:

0. การตอบสนองในท้องถิ่น (การสลับขั้วท้องถิ่น) ก่อนการพัฒนา AP

1. ขั้นตอนการดีโพลาไรเซชัน- ในช่วงนี้ MP จะลดลงอย่างรวดเร็วและถึงระดับศูนย์ ระดับของการดีโพลาไรเซชันจะเพิ่มขึ้นมากกว่า 0 ดังนั้นเมมเบรนจึงได้รับประจุตรงข้าม - จะกลายเป็นค่าบวกภายในและภายนอกเป็นลบ ปรากฏการณ์ของการเปลี่ยนแปลงประจุของเมมเบรนเรียกว่าการกลับตัวของศักยภาพของเมมเบรน ระยะเวลาของระยะนี้ในเซลล์ประสาทและกล้ามเนื้อคือ 1-2 มิลลิวินาที

2. ขั้นตอนการรีโพลาไรเซชัน มันเริ่มต้นเมื่อคุณไปถึง ระดับหนึ่ง MP (ประมาณ +20 มิลลิโวลต์) ศักยภาพของเมมเบรนเริ่มกลับสู่ศักยภาพในการพักตัวอย่างรวดเร็ว ระยะเวลาของเฟสคือ 3-5 ms

3. เฟสของการดีโพลาไรซ์การติดตามหรือการติดตามศักยภาพเชิงลบ ระยะเวลาที่การคืน MP สู่ศักยภาพพักตัวถูกเลื่อนออกไปชั่วคราว ใช้เวลาประมาณ 15-30 มิลลิวินาที

4. ระยะของการติดตามไฮเปอร์โพลาไรเซชันหรือติดตามศักยภาพเชิงบวก ในช่วงนี้ MP จะสูงกว่าระดับ MP เริ่มต้นเป็นระยะเวลาหนึ่ง ระยะเวลาของมันคือ 250-300 มิลลิวินาที

การเกิด PD เกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความสามารถในการซึมผ่านของไอออนิกของเมมเบรนเมื่อถูกกระตุ้น ในช่วงระยะเวลาของการตอบสนองเฉพาะที่ ช่องโซเดียมที่ช้าจะเปิด ในขณะที่ช่องโซเดียมที่เร็วยังคงปิดอยู่ และเกิดการสลับขั้วที่เกิดขึ้นเองชั่วคราว เมื่อ MP ถึงระดับวิกฤต ประตูเปิดใช้งานแบบปิดของช่องโซเดียมจะเปิดขึ้น และโซเดียมไอออนจะพุ่งเข้าไปในเซลล์ราวกับหิมะถล่ม ทำให้เกิดการสลับขั้วเพิ่มมากขึ้น ในระหว่างระยะนี้ ช่องโซเดียมทั้งแบบเร็วและแบบช้าจะเปิดขึ้น เหล่านั้น. การซึมผ่านของโซเดียมของเมมเบรนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ยิ่งไปกว่านั้น ค่าของระดับวิกฤตของการดีโพลาไรเซชันยังขึ้นอยู่กับความไวของการเปิดใช้งาน ยิ่งค่า CUD สูงเท่าใด และในทางกลับกัน

เมื่อขนาดของดีโพลาไรเซชันใกล้เข้ามาถึงศักย์สมดุลของโซเดียมไอออน (+20 มิลลิโวลต์) ความแรงของการไล่ระดับความเข้มข้นของโซเดียมจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ในเวลาเดียวกัน กระบวนการปิดใช้งานช่องโซเดียมเร็วและค่าการนำโซเดียมที่ลดลงของเมมเบรนเริ่มต้นขึ้น การสลับขั้วหยุดลง ผลผลิตของโพแทสเซียมไอออนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเช่น กระแสขาออกของโพแทสเซียม ในบางเซลล์สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการเปิดใช้ช่องทางพิเศษของโพแทสเซียมที่ไหลออก กระแสน้ำที่พุ่งออกจากห้องขังนี้ทำหน้าที่เปลี่ยน MP ไปที่ระดับศักยภาพในการพักตัวอย่างรวดเร็ว เหล่านั้น. ขั้นตอนการโพลาไรเซชันเริ่มต้นขึ้น การเพิ่มขึ้นของ MP นำไปสู่การปิดประตูกระตุ้นการทำงานของช่องโซเดียม ซึ่งช่วยลดความสามารถในการซึมผ่านของโซเดียมของเมมเบรน และเร่งการรีโพลาไรเซชัน

การเกิดขึ้นของระยะดีโพลาไรเซชันแบบติดตามอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่า ที่สุดช่องโซเดียมช้ายังคงเปิดอยู่

การติดตามไฮเปอร์โพลาไรเซชันสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นหลังจาก PD ค่าการนำไฟฟ้าโพแทสเซียมของเมมเบรนและความจริงที่ว่ามันทำงานได้อย่างแข็งขันมากขึ้น ปั๊มโซเดียมโพแทสเซียมซึ่งจะกำจัดไอออนโซเดียมที่เข้าสู่เซลล์ระหว่าง AP

ความสัมพันธ์ระหว่างขั้นตอนของศักยภาพในการดำเนินการและความตื่นเต้นง่าย

ระดับความตื่นเต้นของเซลล์ขึ้นอยู่กับระยะ AP ในระหว่างระยะตอบสนองเฉพาะที่ ความตื่นเต้นเพิ่มขึ้น ความตื่นเต้นง่ายในระยะนี้เรียกว่าการเติมแฝง

ในระหว่างระยะ AP รีโพลาไรเซชัน เมื่อช่องโซเดียมทั้งหมดเปิดและโซเดียมไอออนพุ่งเข้าไปในเซลล์เหมือนหิมะถล่ม ไม่มีสิ่งกระตุ้นใดๆ แม้แต่สิ่งกระตุ้นที่แรงมากก็สามารถกระตุ้นกระบวนการนี้ได้ ดังนั้นระยะดีโพลาไรเซชันจึงสอดคล้องกับระยะของความไม่แน่นอนอย่างสมบูรณ์หรือการหักเหของแสงสัมบูรณ์

ในระหว่างขั้นตอนการรีโพลาไรเซชัน ช่องโซเดียมที่เพิ่มขึ้นจะปิดลง อย่างไรก็ตาม พวกเขาสามารถเปิดอีกครั้งได้ภายใต้อิทธิพลของมาตรการกระตุ้นที่เหนือเกณฑ์ เหล่านั้น. ความตื่นเต้นเริ่มเพิ่มขึ้นอีกครั้ง สิ่งนี้สอดคล้องกับระยะของความไม่แน่นอนสัมพัทธ์หรือการหักเหของแสงสัมพัทธ์

ในระหว่างการเปลี่ยนขั้วแบบติดตาม MP จะอยู่ในระดับวิกฤต ดังนั้นแม้แต่สิ่งเร้าที่ต่ำกว่าเกณฑ์ก็สามารถทำให้เกิดการกระตุ้นเซลล์ได้ ด้วยเหตุนี้ ความตื่นเต้นของเธอจึงเพิ่มขึ้นในขณะนี้ ระยะนี้เรียกว่าระยะแห่งความสูงส่งหรือความตื่นเต้นง่ายเหนือธรรมชาติ

ในช่วงเวลาของการติดตามไฮเปอร์โพลาไรซ์ MP จะสูงกว่าระดับเริ่มต้นนั่นคือ CUD เพิ่มเติมและความตื่นเต้นง่ายลดลง เธออยู่ในช่วงของความตื่นเต้นผิดปกติ ข้าว. ควรสังเกตว่าปรากฏการณ์ที่พักนั้นสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงค่าการนำไฟฟ้าของช่องไอออนด้วย หากกระแสดีโพลาไรซ์เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ จะนำไปสู่การหยุดการทำงานของโซเดียมและการกระตุ้นช่องโพแทสเซียม จึงไม่เกิดการพัฒนา PD

ระหว่างพื้นผิวด้านนอกของเซลล์และไซโตพลาสซึมที่อยู่นิ่ง มีความต่างศักย์ไฟฟ้าประมาณ 0.06-0.09 V และพื้นผิวเซลล์มีประจุบวกด้วยไฟฟ้าเทียบกับไซโตพลาสซึม ความต่างศักย์นี้เรียกว่า ศักยภาพในการพักผ่อนหรือศักยภาพของเมมเบรน การวัดศักยภาพการพักที่แม่นยำสามารถทำได้ด้วยความช่วยเหลือของไมโครอิเล็กโทรดที่ออกแบบมาเพื่อระบายน้ำในเซลล์ แอมพลิฟายเออร์ที่ทรงพลังมาก และอุปกรณ์บันทึกที่มีความละเอียดอ่อน - ออสซิลโลสโคป

ไมโครอิเล็กโทรด (รูปที่ 67, 69) เป็นเส้นเลือดฝอยแก้วบางๆ ซึ่งส่วนปลายมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 ไมครอน เส้นเลือดฝอยนี้เต็มไปด้วยสารละลายน้ำเกลือ โดยจุ่มอิเล็กโทรดโลหะและเชื่อมต่อกับเครื่องขยายเสียงและออสซิลโลสโคป (รูปที่ 68) ทันทีที่ไมโครอิเล็กโทรดทะลุเมมเบรนที่ปกคลุมเซลล์ ลำแสงออสซิลโลสโคปจะเบนลงจากตำแหน่งเดิมและตั้งขึ้นในระดับใหม่ สิ่งนี้บ่งชี้ว่ามีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวด้านนอกและด้านในของเยื่อหุ้มเซลล์

ต้นกำเนิดของศักยภาพในการพักตัวสามารถอธิบายได้ครบถ้วนที่สุดโดยสิ่งที่เรียกว่าทฤษฎีเมมเบรนไอออน ตามทฤษฎีนี้ เซลล์ทั้งหมดถูกปกคลุมไปด้วยเมมเบรนที่สามารถซึมผ่านไอออนต่างๆ ได้ไม่เท่ากัน ในเรื่องนี้ ภายในเซลล์ในไซโตพลาสซึมจะมีโพแทสเซียมไอออนมากกว่า 30-50 เท่า โซเดียมไอออนน้อยกว่า 8-10 เท่า และไอออนคลอรีนน้อยกว่าบนพื้นผิว 50 เท่า ในช่วงเวลาที่เหลือ เยื่อหุ้มเซลล์สามารถซึมผ่านโพแทสเซียมไอออนได้ดีกว่าไอออนโซเดียม การแพร่กระจายของโพแทสเซียมไอออนที่มีประจุบวกจากไซโตพลาสซึมไปยังผิวเซลล์ทำให้พื้นผิวด้านนอกของเมมเบรนมีประจุบวก

ดังนั้นพื้นผิวของเซลล์ที่อยู่นิ่งจึงมีประจุบวก ในขณะที่ด้านในของเมมเบรนมีประจุลบเนื่องจากคลอรีนไอออน กรดอะมิโน และแอนไอออนอินทรีย์ขนาดใหญ่อื่น ๆ ที่ไม่สามารถทะลุผ่านเมมเบรนได้จริง (รูปที่ 70 ).

ศักยภาพในการดำเนินการ

หากส่วนหนึ่งของเส้นประสาทหรือเส้นใยกล้ามเนื้อสัมผัสกับสิ่งเร้าที่รุนแรงเพียงพอ การกระตุ้นจะเกิดขึ้นในส่วนนี้ ซึ่งแสดงออกในการสั่นอย่างรวดเร็วของศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์และเรียกว่า ศักยภาพในการดำเนินการ.

ศักยภาพในการดำเนินการสามารถบันทึกได้โดยใช้อิเล็กโทรดที่นำไปใช้กับพื้นผิวด้านนอกของเส้นใย (ตะกั่วนอกเซลล์) หรือไมโครอิเล็กโทรดที่เสียบเข้าไปในไซโตพลาสซึม (ตะกั่วในเซลล์)

ด้วยการลักพาตัวนอกเซลล์ เราจะพบว่าพื้นผิวของบริเวณที่ตื่นเต้นในช่วงเวลาสั้นๆ มาก ซึ่งวัดได้ในหนึ่งในพันของวินาที จะถูกประจุด้วยอิเล็กโทรเนกาติวิตีเทียบกับพื้นที่พักผ่อน

สาเหตุของศักยภาพในการดำเนินการคือการเปลี่ยนแปลงความสามารถในการซึมผ่านของไอออนิกของเมมเบรน เมื่อระคายเคือง ความสามารถในการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์กับโซเดียมไอออนจะเพิ่มขึ้น โซเดียมไอออนมีแนวโน้มที่จะเข้าสู่เซลล์เนื่องจากประการแรก ไอออนเหล่านี้มีประจุบวกและถูกดึงดูดเข้าด้านในด้วยแรงไฟฟ้าสถิต และประการที่สอง ความเข้มข้นของโซเดียมภายในเซลล์ต่ำ ในช่วงเวลาที่เหลือ เยื่อหุ้มเซลล์สามารถซึมผ่านโซเดียมไอออนได้ไม่ดี การระคายเคืองทำให้ความสามารถในการซึมผ่านของเมมเบรนเปลี่ยนไป และการไหลของโซเดียมไอออนที่มีประจุบวกจากสภาพแวดล้อมภายนอกของเซลล์เข้าสู่ไซโตพลาสซึมนั้นเกินกว่าการไหลของโพแทสเซียมไอออนจากเซลล์สู่ภายนอกอย่างมีนัยสำคัญ เป็นผลให้พื้นผิวด้านในของเมมเบรนมีประจุบวก และพื้นผิวด้านนอกมีประจุลบเนื่องจากการสูญเสียโซเดียมไอออนที่มีประจุบวก ในขณะนี้จุดสูงสุดของศักยภาพในการดำเนินการจะถูกบันทึกไว้

ความสามารถในการซึมผ่านของเมมเบรนสำหรับโซเดียมไอออนเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เวลาอันสั้น- ต่อไปนี้ กระบวนการรีดิวซ์จะเกิดขึ้นในเซลล์ ส่งผลให้ความสามารถในการซึมผ่านของเมมเบรนสำหรับโซเดียมไอออนลดลงอีกครั้ง และสำหรับโพแทสเซียมไอออนจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากโพแทสเซียมไอออนก็มีประจุบวกเช่นกัน เมื่อพวกมันออกจากเซลล์ พวกมันจะฟื้นฟูความสัมพันธ์เดิมระหว่างภายนอกและภายในเซลล์

การสะสมของโซเดียมไอออนภายในเซลล์ในระหว่างการกระตุ้นซ้ำๆ จะไม่เกิดขึ้น เนื่องจากโซเดียมไอออนจะถูกขับออกจากเซลล์อย่างต่อเนื่องเนื่องจากการกระทำของกลไกทางชีวเคมีพิเศษที่เรียกว่า "ปั๊มโซเดียม" นอกจากนี้ยังมีหลักฐานของการขนส่งโพแทสเซียมไอออนแบบแอคทีฟโดยใช้ "ปั๊มโซเดียม-โพแทสเซียม"

ดังนั้น ตามทฤษฎีเมมเบรน-ไอออน ความสามารถในการซึมผ่านแบบเลือกสรรของเยื่อหุ้มเซลล์มีความสำคัญอย่างยิ่งในการกำเนิดของปรากฏการณ์ไฟฟ้าชีวภาพ ซึ่งจะกำหนดองค์ประกอบไอออนิกที่แตกต่างกันบนพื้นผิวและภายในเซลล์ และด้วยเหตุนี้ ประจุที่แตกต่างกันของ พื้นผิวเหล่านี้ ควรสังเกตว่าบทบัญญัติหลายประการของทฤษฎีเมมเบรน-ไอออนยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่และจำเป็นต้องมีการพัฒนาเพิ่มเติม

ประวัติศาสตร์การค้นพบ

ในปี 1902 Julius Bernstein ได้ตั้งสมมติฐานว่าเยื่อหุ้มเซลล์ยอมให้ K + ไอออนเข้าไปในเซลล์ และพวกมันจะสะสมในไซโตพลาสซึม การคำนวณค่าศักย์ไฟฟ้าขณะพักโดยใช้สมการ Nernst สำหรับโพแทสเซียมอิเล็กโทรดมีความสอดคล้องกับศักย์ไฟฟ้าที่วัดได้ระหว่างกล้ามเนื้อซาร์โคพลาสซึมและ สิ่งแวดล้อมซึ่งมีค่าประมาณ - 70 มิลลิโวลต์

ตามทฤษฎีของ Yu. Bernstein เมื่อเซลล์ถูกกระตุ้น เยื่อหุ้มเซลล์จะเสียหาย และไอออน K + จะไหลออกจากเซลล์ไปตามระดับความเข้มข้นจนกระทั่งศักยภาพของเมมเบรนกลายเป็นศูนย์ จากนั้นเมมเบรนจะคืนความสมบูรณ์และศักยภาพในการกลับคืนสู่ระดับศักยภาพในการพักตัว ข้อกล่าวอ้างนี้ซึ่งค่อนข้างเกี่ยวข้องกับศักยภาพในการดำเนินการ ถูกปฏิเสธโดย Hodgkin และ Huxley ในปี 1939

ทฤษฎีศักยภาพในการพักของเบิร์นสไตน์ได้รับการยืนยันโดยเคนเนธ สจ๊วร์ต โคล ซึ่งบางครั้งสะกดผิดว่า K.C. โคล เพราะชื่อเล่นของเขา เคซีย์ ("เคซี่") PP และ PD แสดงไว้ในภาพประกอบที่มีชื่อเสียงโดย Cole และ Curtis ในปี 1939 ภาพวาดนี้กลายเป็นสัญลักษณ์ของ Membrane Biophysics Group of the Biophysical Society (ดูภาพประกอบ)

บทบัญญัติทั่วไป

เพื่อรักษาความต่างศักย์ไฟฟ้าไว้ทั่วทั้งเมมเบรน จำเป็นต้องมีความเข้มข้นของไอออนต่างๆ ภายในและภายนอกเซลล์แตกต่างกันบ้าง

ความเข้มข้นของไอออนในเซลล์ กล้ามเนื้อโครงร่างและในสภาพแวดล้อมภายนอกเซลล์

ศักยภาพในการพักของเซลล์ประสาทส่วนใหญ่อยู่ที่ระดับ −60 mV - −70 mV เซลล์ของเนื้อเยื่อที่ไม่สามารถกระตุ้นได้ก็มีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นบนเยื่อหุ้มเซลล์เช่นกัน ซึ่งจะแตกต่างกันไปตามเซลล์ของเนื้อเยื่อและสิ่งมีชีวิตต่างๆ

การก่อตัวของศักยภาพในการพักผ่อน

PP เกิดขึ้นเป็นสองขั้นตอน

ขั้นแรก:การสร้างค่าลบเล็กน้อย (-10 mV) ภายในเซลล์เนื่องจากการแลกเปลี่ยน Na + สำหรับ K + แบบไม่สมมาตรไม่เท่ากันในอัตราส่วน 3: 2 เป็นผลให้ประจุบวกออกจากเซลล์ด้วยโซเดียมมากกว่ากลับคืนสู่เซลล์ด้วย โพแทสเซียม. คุณลักษณะของปั๊มโซเดียม-โพแทสเซียมซึ่งแลกเปลี่ยนไอออนเหล่านี้ผ่านเมมเบรนพร้อมกับการใช้พลังงาน ATP ช่วยให้มั่นใจในความเป็นไฟฟ้า

ผลลัพธ์ของการทำงานของปั๊มแลกเปลี่ยนไอออนแบบเมมเบรนในระยะแรกของการเกิด PP มีดังนี้:

1. การขาดโซเดียมไอออน (Na +) ในเซลล์

2. โพแทสเซียมไอออนส่วนเกิน (K+) ในเซลล์

3. การปรากฏตัวของศักย์ไฟฟ้าอ่อน (-10 mV) บนเมมเบรน

ขั้นตอนที่สอง:การสร้างเชิงลบที่มีนัยสำคัญ (-60 mV) ภายในเซลล์เนื่องจากการรั่วของ K + ไอออนจากเซลล์ผ่านเมมเบรน โพแทสเซียมไอออน K+ ออกจากเซลล์และดึงประจุบวกออกไป ส่งผลให้ประจุลบอยู่ที่ -70 mV

ดังนั้นศักยภาพของเมมเบรนที่เหลือคือการขาดประจุไฟฟ้าบวกภายในเซลล์ ซึ่งเป็นผลมาจากการรั่วไหลของโพแทสเซียมไอออนบวกจากนั้นและการกระทำทางไฟฟ้าของปั๊มโซเดียมโพแทสเซียม

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

ลิงค์

Dudel J, Rüegg J, Schmidt R และคณะสรีรวิทยาของมนุษย์: ใน 3 เล่ม ต่อ. จากภาษาอังกฤษ / เรียบเรียงโดย R. Schmidt และ G. Teus - 3. - M.: Mir, 2007. - T. 1. - 323 พร้อมภาพประกอบ. กับ. - 1,500 เล่ม

- ไอ 5-03-000575-3

มูลนิธิวิกิมีเดีย

2010.

อัปเดตล่าสุด: 28/10/2013

บทความแรกในชุด “พื้นฐานสรีรวิทยาของมนุษย์และสัตว์” มีการหารือเกี่ยวกับแนวคิดพื้นฐาน และคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของเซลล์ที่มีชีวิต - การมีอยู่ของศักยภาพในการพัก - จะถูกกล่าวถึงโดยละเอียด คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าระบบร่างกายมนุษย์สมบูรณ์แบบเพียงใด? ทุกสิ่งในนั้นถูกเรียงลำดับจนถึงรายละเอียดที่เล็กที่สุด และหากคุณพยายามเจาะลึกกระบวนการที่เกิดขึ้นในร่างกายของเราภายในหนึ่งวินาที คุณจะพบกับความประหลาดใจอย่างล้นหลาม ยิ่งคุณเรียนรู้เกี่ยวกับวิธีการทำงานของแต่ละเซลล์อย่างแม่นยำและรอบคอบมากเท่าไร คุณก็จะยิ่งเชื่อมั่นในความยิ่งใหญ่ของธรรมชาติมากขึ้นเท่านั้นก่อนจะเจาะลึกรายละเอียดโครงสร้างและการดำเนินงาน ร่างกายมนุษย์เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การชี้แจงว่าเรากำลังพูดถึงองค์กรระดับใด ร่างกายของเราเป็นระบบที่ซับซ้อนที่สามารถแบ่งออกเป็นส่วนต่างๆ - ระบบอวัยวะซึ่งในทางกลับกันก็ประกอบด้วยเซลล์ และทุกๆ เซลล์ก็มีความซับซ้อนไม่น้อย

จัดโดยระบบ - เนื่องจากพื้นฐานของกายวิภาคศาสตร์ได้รับการสอนในโรงเรียน จึงน่าสนใจกว่ามากที่จะพูดถึงส่วนประกอบเล็กๆ ของร่างกายเรา นั่นก็คือ เซลล์ กลไกที่ทำให้แน่ใจว่าหน้าที่สำคัญของพวกมันคือปฏิกิริยาทางเคมีและกายภาพของสารต่าง ๆ ระหว่างกัน ทุกวันนี้ต้องขอบคุณการพัฒนาวิธีการระดับโมเลกุลทำให้มีคนรู้เรื่องนี้ค่อนข้างมาก แต่ความลึกลับบางอย่างยังไม่ได้รับการแก้ไขการสื่อสารเป็นหนึ่งเดียว จำนวนมากโครงสร้าง

ขนาดที่แตกต่างกัน - จากเซลล์ไปจนถึงอวัยวะทั้งหมด - ได้มาโดยคุณสมบัติของสิ่งมีชีวิตเป็นหลักเช่นความตื่นเต้นง่ายนั่นคือความสามารถในการเข้าสู่สภาวะของกิจกรรมทางสรีรวิทยาภายใต้อิทธิพลของสิ่งเร้าภายนอกบางอย่าง เซลล์ทั้งหมดของร่างกายมนุษย์และสัตว์มีความตื่นตัวได้ในระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น การตอบสนองต่อสิ่งเร้าใดๆ ในท้ายที่สุดมักเป็นการเคลื่อนไหวบางอย่างเสมอ- ทางกายภาพมากกว่าทางชีววิทยาล้วนๆ นี่คือการมีอยู่ของศักยภาพสองประการ การพักผ่อนและการกระทำ และการนำไฟฟ้า - ความสามารถในการส่งสัญญาณ ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ได้มาจากความเข้มข้นของไอออนที่แตกต่างกันทั้งสองด้านของพลาสมาเมมเบรน ข้อเท็จจริงที่ว่าเยื่อหุ้มเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเป็นแบบกึ่งซึมผ่านได้ (นั่นคือ ยอมให้ไอออนบางชนิดผ่านได้ แต่ไม่ใช่อย่างอื่น) เป็นที่ทราบกันดีในปลายศตวรรษที่ 19 ต่อมาได้ทราบถึงกลไกการลำเลียงโมเลกุลและไอออนเข้าและออกจากเซลล์

เยื่อหุ้มเซลล์เป็นฟอสโฟลิพิด 2 ชั้น เหล่านี้เป็นสารประกอบอินทรีย์ขั้วโลกที่มีปลายสองด้าน - หัวที่ชอบน้ำ (ทำปฏิกิริยากับน้ำได้ดี) และหางที่ไม่ชอบน้ำ (ขับไล่โมเลกุลของน้ำ) สองหาง ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของเมมเบรน หัวของฟอสโฟลิพิดบางตัวจะหันหน้าไปทางสภาพแวดล้อมภายนอกเซลล์ ในขณะที่บางตัวจะหันหน้าไปทางไซโตพลาสซึม หางจึงมาอยู่ตรงกลาง นอกจากฟอสโฟลิปิดแล้ว เมมเบรนยังประกอบด้วยไกลโคลิปิดและโคเลสเตอรอลซึ่งเป็นสารประกอบใกล้กับฟอสโฟลิปิด โปรตีนที่ทำหน้าที่ขนส่ง ป้องกัน และตัวรับจะฝังอยู่ในชั้นไขมัน

โครงสร้างของเมมเบรนนี้รับประกันความสามารถในการซึมผ่านแบบเลือกสรรสำหรับโมเลกุลต่างๆ ได้อย่างแม่นยำ

ศักย์ไฟฟ้าเกิดจากชุดของสิ่งที่เรียกว่าไอออนที่ก่อตัวศักย์ไฟฟ้า เหล่านี้เป็นอนุภาคเคมีที่มีประจุไฟฟ้า สิ่งสำคัญที่สุดคือไอออนเชิงเดี่ยว: โพแทสเซียม (K+), โซเดียม (Na+), คลอรีน (Cl-) และแคลเซียม (Ca+)

ไอออนหลักที่ให้ศักยภาพในการพักตัวคือโพแทสเซียม เนื่องจากความสามารถในการซึมผ่านของเมมเบรนของไอออนนั้นสูงกว่าไอออนอื่นมาก ต้องขอบคุณการแพร่กระจาย (ที่เรียกว่าการขนส่งแบบพาสซีฟ) โพแทสเซียมจึงผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างอิสระ โดยจะเป็นไปตามการไล่ระดับความเข้มข้น กล่าวคือ จากจุดที่ความเข้มข้นมากขึ้นไปยังจุดที่ความเข้มข้นน้อยลง เนื่องจากความเข้มข้นในเซลล์มากกว่าประมาณสี่สิบเท่าจึงหลุดออกมา เนื่องจากโพแทสเซียมเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ จะต้องสร้างสมดุลไม่ช้าก็เร็ว ด้านที่แตกต่างกันเมมเบรน สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นเนื่องจากการทำงานของระบบขนส่งที่ใช้งานพิเศษ ระบบนี้จะปั๊มไอออนโซเดียมส่วนเกินออกจากเซลล์

ความจริงก็คือโซเดียมจะแทรกซึมเข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างอิสระในปริมาณเพียงเล็กน้อยเท่านั้นเนื่องจากความสามารถในการซึมผ่านของเมมเบรนต่ำ นอกจากนี้ยังมีสิ่งเหล่านี้อีกมากในสภาพแวดล้อมภายนอก ดังนั้นการขนส่งจึงต้องขัดแย้งกับระดับความเข้มข้น และด้วยเหตุนี้จึงต้องใช้พลังงานด้วย

นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อรักษาอิเลคโตรเนกาติวีตี้ให้คงที่เนื่องจากการมีอยู่ของศักยภาพในการพักทำให้เซลล์พร้อมสำหรับการกระตุ้นและกิจกรรมทางสรีรวิทยา และถ้าโซเดียมไม่ถูกสูบออก โพแทสเซียมก็ไม่สามารถกลับเข้าไปได้อีก และประจุบนเมมเบรนจะลดลง

การขนส่งแบบแอคทีฟนั้นดำเนินการโดยโปรตีนพิเศษในเยื่อหุ้มเซลล์ที่ถูกกระตุ้น เรียกว่า ATPase ที่ขึ้นกับโพแทสเซียม เนื่องจากโครงสร้างของมัน โปรตีนจึงสามารถหมุนในเมมเบรนและแลกเปลี่ยนโซเดียมเป็นโพแทสเซียมได้ โซเดียมจะยังคงอยู่ข้างนอก โพแทสเซียมจะค่อยๆ ออกมา

ระบบนี้เรียกว่าปั๊มโซเดียมโพแทสเซียม พลังงานถึง 20% ของเซลล์ที่มีชีวิตถูกใช้ไปกับการทำงานของมัน สิ่งนี้สำคัญมาก: เมื่อปั๊มนี้อุดตันซึ่งอาจเกิดจากสารพิษบางชนิด เซลล์จะสูญเสียความสามารถในการกระตุ้น และผลที่ตามมาอาจร้ายแรงมากต่อทั้งร่างกาย

ในการพัฒนาของเอ็มบริโอ ศักยภาพในการพักตัวที่แท้จริงจะปรากฏในเซลล์ก็ต่อเมื่อปั๊มโพแทสเซียม-โซเดียมถูกสร้างขึ้นเต็มที่เท่านั้น นักสรีรวิทยาบางคนเชื่อว่าตั้งแต่วินาทีนี้เป็นต้นไป - ไม่ใช่เลยตั้งแต่การเต้นของหัวใจครั้งแรก - ที่ควรจะถือว่าเอ็มบริโอยังมีชีวิตอยู่

ทั้งโพแทสเซียมและโซเดียมมีประจุบวก ดังนั้นเซลล์จึงมีประจุบวกอยู่ด้านนอกและมีประจุลบอยู่ด้านใน ความแตกต่างของประจุจะสร้างศักย์ไฟฟ้าพักตัวบนเมมเบรน เซลล์ที่แตกต่างกันเขามี ความหมายที่แตกต่างกัน- ค่าเฉลี่ย (สำหรับสัตว์เลือดอุ่น) คือลบ 60 มิลลิโวลต์ และในเซลล์ที่น่าตื่นเต้นที่สุด - เซลล์ประสาท - สูงถึงลบ 90

ดังนั้นศักย์ไฟฟ้าเคมีที่สร้างขึ้นโดยโพแทสเซียมและโซเดียมไอออนจึงเป็นหนึ่งในคุณสมบัติหลักของเซลล์ที่มีชีวิตที่ถูกกระตุ้น คลอรีนและแคลเซียมไอออนเล่น บทบาทใหญ่ในการสร้างศักยภาพที่แตกต่าง - .

คำชี้แจงบางประการ

1. สำหรับกรง สภาพแวดล้อมภายนอกโดยธรรมชาติแล้วจะไม่เหมือนกันสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมด แต่เป็นสารระหว่างเซลล์หรือช่องบางอย่างภายในร่างกาย

2. ต่อไป - แย่ลง! หากคุณสนใจที่จะศึกษาสรีรวิทยาให้เตรียมพร้อมสำหรับความจริงที่ว่ายังคงเป็นไปได้ที่จะเข้าใจสาระสำคัญของกระบวนการ แต่การที่จะเข้าใจว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรและใครเป็นคนจัดการมันให้ถูกต้องทั้งหมดนั้นเป็นเรื่องยากอยู่แล้ว แต่น่าสนใจอย่างน่าอัศจรรย์

มีอะไรจะพูดไหม? แสดงความคิดเห็น!.