БІОЛОГІЧНІ ПОТЕНЦІАЛИ

Генерація і поширення електричних потенціалів – найважли­ві­ше явище в живих клітинах і тканинах, яке лежить в основі збудження клітин, регуляції внутрішньо­клітинних процесів, м’язового скорочення, роботи нервової системи. Порушення електричних характеристик окремих клітин, нервових волокон, тканин приводить до захворю­вання.

Різниця потенціалів між водними фазами по обидва боки мембрани (або мембранний потенціал) виникає внаслідок процесів переносу, тобто процесів пасивного і активного транспорту.

Потенціал спокою – різниця потенціалів між цитоплаз­мою і навко­лишнім середовищем у нормально функціо­ну­ючій незбудженій клітині, що обумовлена відміною у концентраціях іонів по обидва боки мембрани.

Потенціал дії – різниця потенціалів, що виникає при збудженні клі­тини і обумовлена зміною проникності мемб­ра­ни для іонів.

Загальна картина розподілу потенціалів на межах мембрани з вод­ними фаза­ми (внутрішньо­клі­тинній і позаклітинній) пода­на на мал. 6.31. З цього рисунка ви­пли­­ває існування чотирьох харак­тер­них різниць потен­ці­алів:

j_{s 1} – міжфазний стрибок потен­ці­алу на зовнішній границі мем­б­ра­ни;

j_{s 2} – міжфазний стрибок потен­ці­­алу на внутріш­ній границі мемб­рани;

D j – різниця потенціалів на границях мембрани;

j_м = (j_e – j _i) – мемб­ранний потенціал, або різниця потенціалів, між водними фазами по обидва боки мембрани. При цьому

.

Для симетричної мембрани

,

тоді

,

тобто

.

Міжфазні стрибки потенціалу (j_{s 1}, j_{s 2}) обумовлені поверхневим за­рядом, що його створюють “голівки” фосфо­ліпідів, та здатністю мембрани зв’язувати іони з навко­лишньої водної фази. Спадає потенціал за законом:

,

де d – радіус Дебая, що дорівнює тій відстані від границі мембрани, на якій потенціал зменшується в е разів. Радіус Дебая залежить від концентрації іонів у водній фазі і складає приблизно 0.8 нм, тобто 10% від товщини мембрани.

Мембрана за своїми електричними властивостями подібна до кон­денсатора. Потенціал змінюється всередині мембрани приблизно за лінійним законом, тобто напру­женість поля є майже сталою величиною:

.

Походження мембранних потенціалів можна пояснити, виходячи з особливостей розподілу і дифузії іонів з урахуванням їх проникності крізь мембрану.