Понимание мембраны/потенциала покоя с точки зрения ионов?

Из статьи в Википедии «Потенциал покоя »: «нет фактического измеримого избытка заряда с обеих сторон. Это происходит потому, что влияние заряда на электрохимический потенциал намного больше, чем влияние концентрации, поэтому необнаружимое изменение концентрации создает большое изменение электрического потенциала. "

влияние заряда на электрохимический потенциал значительно больше, чем влияние заряда на концентрацию - это общее утверждение или верно во всех случаях?

И если заряд более значителен, чем концентрация при влиянии на электрохимический потенциал, то почему небольшое изменение концентрации сильно влияет на электропотенциал? Или это означает электрохимический потенциал? В любом случае, как это имеет смысл, правильно это или бессмыслица, и каков точный смысл сообщения?

другие вопросы у меня есть:

1) В чем причина того, что Na+ остается на своем месте сразу за барьером на внеклеточной стороне мембраны? Распространение? Электрохимический потенциал? Электрический заряд... если да, то из-за притяжения или отталкивания?

2) Если ответом является электрохимический градиент/потенциал, потому что он пытается перейти к «менее» положительному потенциалу… если он расположен внеклеточно, это не «великое неизвестное», где находятся любые молекулы/клетки/белки и т. д. в состоянии проплыть мимо и, возможно, повлиять на него? Что произойдет, если один из них имеет «МЕНЬШИЙ» положительный потенциал, чем мембрана, к которой в настоящее время притягивается Na+?

3) Почему нельзя использовать Na+ для всего процесса, чтобы установить те же взаимодействия напряжения, ведущие от покоя к потенциалу действия (при условии, что внутриклеточная концентрация была меньше... если речь идет о МЕНЬШЕЙ положительности... Или наоборот для K+ ?)?

Я готовлюсь к сертификационному экзамену ACSM, поэтому любая помощь приветствуется.

Ответы (1)

Ах, какая классическая проблема биофизики.

Сначала нужно понять, как мембрана получает потенциал. Липидный бислой представляет собой большое море гидрофобных взаимодействий, которое по существу предотвращает пересечение любого иона. В результате концентрации Na + и K + остаются постоянными и различаются на цитоплазматической и внеклеточной стороне. Однако ионы могут проходить через ионные каналы, такие как K + канал . Важно понимать, что в К + каналах может проходить только К + и эти каналы фактически селективны в отношении Na + (ответ на вопрос 1).

Здесь работают два потенциала. Во-первых, это химический потенциал, созданный потоком К + от высокого К + к низкому К + . Второй - противодействующий мембранный потенциал, создаваемый дисбалансом заряда. Обратите внимание, что замена нескольких ионов а) приведет к незначительному изменению концентрации, т.е. химический потенциал, б) приводят к большому изменению мембранного потенциала. В какой-то момент поток из-за химического потенциала и поток из-за мембранного потенциала будут эквивалентны, и клетка достигнет потенциала покоя , иначе известного как потенциал Нернста или равновесный потенциал (технически устойчивое состояние).

Когда клетка деполяризуется, закрывая эти каналы, локальный заряд быстро возвращается к равновесному или незаряженному состоянию.

Так почему K + , а не Na + ? Для типичных клеток внеклеточная концентрация Na + составляет 145 мМ, а цитоплазматическая — 12 мМ. Для K + она составляет 4 мМ и 155 мМ соответственно. Делая соответствующие расчеты потенциала Нерста, для Na + это +67 мВ, а для K + это -98 мВ. Качественно мы можем видеть, что это привело бы к совершенно разным вещам.

Большую часть этой информации можно найти в « Cell Biology » Полларда и Эрншоу.

Для всех, кто еще заинтересован, я нашел объемный бесплатный онлайн-ресурс с анимацией и очень подробными пояснениями по этой теме: st-andrews.ac.uk/~wjh/neurotut/mempot.html .
Потенциал покоя справедливо называть равновесным потенциалом только в системе, содержащей только один вид ионов. Конечно, клеточная среда состоит из нескольких ионов, поэтому потенциал покоя не описывается каким-либо равновесным потенциалом, потому что (как вы говорите) система находится в стационарном, а не равновесном состоянии. Более общим термином является «реверсивный потенциал», который описывает потенциал, при котором чистый ток меняет знак (например, внутрь наружу). Концепция реверсивного потенциала упрощается до потенциала Нернста/равновесия в случаях с одним ионом, но также охватывает случаи с несколькими ионами.