Тірі организмдегі электр потенциалдары. Биоэлектрлік потенциалдар теориясы

Биоэлектрлік потенциалдар – жануар – адам - өсімдік клеткаларында пайда болатын электрлік потенциалдар айырмасы.

Клеткалардың цитоплазмасында және сыртқы ортада негізінен калий (К⁺), натрий (Na⁺), хлор (Cl^-) иондары және аминқышқыл аниондары (R^-) жүреді. Клетканың ішінде К, Сl және аминқышқыл аниондары, ал клетканың сыртында К⁺ ,Cl^- иондары бар болсын. К мен Сl иондары мембрананың ішкі және сыртқы жағына еркін өтіп жүретін болса, аминқышқыл анионы клетканың ішінде қалып қояды. Сондықтан мембрананың ішкі және сыртқы жағындағы иондардың концентрациясының көбейтіндісі біріне-бірі тең болады, оны Доннан теңдеуі деп атайды, яғни:

немесе (1)

Сонда Нернст теңдеуі былай өрнектеледі:

(2)

Есептеулерге қарағанда иттің бұлшық етінің мембраналық потенциалы Е=1-3мв, құс қанатының бұлшық етінің мембраналық потенциалы 80-90 мв, ал құрбақаның құйымшақ жүйкесінің мембраналық потенциалы 20-30 мв.

Биоэлектрлік потенциалдар өсімдіктерде де пайда болады. Химия курсынан белгілі ертінділерде пайда болатын потенциалдар – электронды және ионды болып 2- ге бөлінеді. Егер ертіндіге Cu және Zn мырыш салсақ – онда Cu – еріген кезде бос электрондар бөліп шығарып өзі оң зарядталса, Zn - сол электрондарды қабылдап теріс зарядталады.Сөйтіп ертіндіде потенциалдар айырымы пайда болады.

Ертіндідегі иондардың әсерінен пайда болатын потенциалдарды ион типті потенциалдар деп атайды. Ион типті потенциалдар – диффузиялық - мембраналық – фазааралық болып 3 - ке бөлінеді.

1- Диффузиялық потенциалдар – концентрациялары әр түрлі екі ертіндінің шекарасында байқалады

Мысалы: Бір ыдысқа әр түрлі концентрациялы 2-ертінді құйайық-() тұз қышқылын, одан 2 түрлі концентрация жасап, ортасын қалқанмен бөлінген бір ыдысқа құялық, сонда иондар концентрациясы жоғары ерітіндіден концентрациясы төмен ертіндіге қарай қозғала бастайды. Иондар диффузиясының жылдамдығы олардың қозғалғыштығына тікелей байланысты болады.

- ионының қозғалғыштығы - 65,5 см² Г*экв/Ом

Н - ионының қозғалғыштығы 315 см²Г*экв/Ом

Сутегі ионы – ионына қарағанда тезірек қозғалады. Оң зарядталған (Н) сутегі ионы ыдысты бөліп тұрған қалқаның бір жағына жиналады да теріс зарядталған - ионы қалқаның 2-ші жағына жиналады. Сөйтіп қалқанның бір жағы оң зарядталған иондардан 2-ші жағы теріс зарядталған иондардан тұрады. Сөйтіп диффузиялық потенциалдар айырмасы пайда болады. Ол Гендерсон теңдеуімен анықталады.

 

(3)

 

Мұндағы U_к , U_а – катион мен анионның қозалғыштығы (см²/в)

Т – Кельвин шкаласындағы температура R – универсал газ тұрақтысы

С₁ ,С ₂ – сүиық концентрациясы Z- иондар валенттілігі.

Натурал () – ондық-логарифмді ()–логарифмге ауыстырып ертінді температурасын 290 К (t= 17⁰ C) деп алсақ онда Гендерсон теңдеуі мынандай ықшам түрге келеді.

 

(4)

Енді ыдыстағы қалқанның орнына мембрана орналастырайық. Мембрана өзі арқылы әр түрлі иондарды түрліше өткізіп тұрады. Егер мембрана Сутегі иондарын өзі арқылы өткізіп жіберсе, – иондарың өткізбейді дейік.(5.2-сурет) Сонда мембрананың оң жағы он зарядталды да, сол жағы теріс зарядталады. Сонда – иондарының қозғалшытығы U_а = 0 болады да (3) формула мына түрге келеді.

 

 

5.2.-сурет.Мембрананың иондарды өткізуі.

 

(5)

Бұл 5 - теңдеу Нернст теңдеуі деп аталады.

Фазааралық потенциалдар айырымы араласпайтын 2- сұйықтық шекарасында пайда болады. Оның шамасы да Гендерсон теңдеуімен анықталды.