биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Вопрос к редакции

Модель формирования потенциала покоя нейронов

[14 марта, 2013 г.]

Здравствуйте! Существующие представления о формировании потенциала покоя нейронов – это какой-то сумбурный набор фраз, который не даёт цельной и понятной картины процесса.
Предлагаю совместными усилиями построить адекватную модель формирования потенциала покоя нейронов. Мне представляется это как ряд последовательных шагов усложнения исходной простой модели для её соответствия всем известным фактам.
Вариант 1. Гипотетический. Предназначен для демонстрации основного механизма формирования потенциала покоя. Исходные данные:
1. Имеется нейрон с нулевой разностью потенциалов на его мембране.
2. Мембрана проницаема для ионов натрия.
3. Внутри клетки имеются в достаточном количестве такие отрицательные ионы, для которых мембрана непроницаема.
4. При пороговой разности потенциалов U0 ~ 50мВ проницаемость мембраны скачком уменьшается. При разности потенциалов свыше U0 мембрана практически непроницаема.
5. Предполагаем, что есть ионный насос, который удаляет из клетки ионы натрия.
Начинаем строить модель. Включаем насос. Он удаляет из клетки ион натрия. Внутри клетки остаётся отрицательно заряженный ион. По закону Кулона эти два иона будут притягиваться друг к другу и начнут двигаться к мембране. Отрицательный ион внутри клетки, а положительный ион натрия – вне клетки. Когда отрицательный ион доберётся до мембраны, он остановится. Потому что преодолеть мембрану он не может. Положительный ион натрия тоже достигнет мембраны. Так как мембрана для него проницаема, то он преодолеет её и «воссоединится» с отрицательным ионом. Электронейтральность среды внутри и вне клетки восстановится и всё вернётся в исходное состояние.
Но так как мембрана не абсолютно проницаема для ионов натрия, это означает, что далеко не всем ионам натрия, вознамерившимся её преодолеть, это удаётся. Такие ионы натрия будут оседать на наружной стороне мембраны и фиксироваться на ней силой притяжения к отрицательному иону, находящемуся на внутренней стороне мембраны. Как два магнитика, которые притягиваются друг к другу через оконное стекло. Мембрана окажется заряженной и на ней возникнет разность потенциалов. По мере работы ионного насоса количество осевших на мембране пар ионов будет увеличиваться. В соответствии с ростом заряда будет расти и разность потенциалов на мембране U = Q/C, где Q – заряд на мембране, С – электрическая ёмкость мембраны. Когда разность потенциалов на мембране достигнет порогового значения U0 , мембрана скачком станет абсолютно непроницаемой. Поступление ионов натрия внутрь клетки прекратится. Продолжающий работать ионный насос удалит из клетки все ионы натрия и остановится. Процесс закончился. На мембране сформировался потенциал покоя U1, который будет сохраняться неограниченное время без затрат энергии.
Каким известным фактам не удовлетворяет такой вариант? Для возбуждения потенциала действия необходимо, чтобы концентрация ионов калия внутри клетки была значительно выше концентрации ионов калия вне клетки. Хорошо. Рассмотрим Вариант 2.
Заменяем ионный насос из Варианта 1 на такой, который за один цикл удаляет из клетки три иона натрия и закачивает два иона калия. Включаем насос и получаем потенциал покоя U2, но с высокой концентрацией ионов калия внутри клетки. При этом потенциал покоя по величине будет в три раза меньше, чем в Варианте 1 : U2 = U1/3. Потому что в Варианте 1 на мембране осели все отрицательные ионы, которые освободились при удалении из клетки ионов натрия, а в Варианте 2 только треть. Остальные две трети отрицательных ионов распределились по цитоплазме для компенсации положительного заряда внесённых туда ионов калия. Аналогично вне клетки только треть ионов натрия осела на мембране, а две трети заняли места изъятых ионов калия.
Каким ещё известным фактам не удовлетворяет Вариант 2?

Вопрос задал: Русалеев Андрей Георгиевич.

Число просмотров: 111.

Вернуться в раздел «Вопрос к редакции»

 

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.