Мембранен потенциал – част 1

Ще начертая малка клетка тук. Тази клетка е типична клетка и ще е пълна с калий. Знаем, че клетките обичат да задържат калий. Ще начертая много калий тук. Да кажем, че концентрацията на калий, е около 150 милимола на литър. Това е много калий. Ще поставя скоби, понеже скобите означават концентрация. Отвън също, разбира се, има някакво количество калий. Да кажем, че концентрацията тук е около 5 милимола на литър. Трябва също да ти покажа откъде идва този концентрационен градиент. Той не се получава просто от нищото. Това е нещо, за чието създаване влагаме много енергия. Два калиеви йона се изпомпват вътре, а навън се изнасят три натриеви йона. Ето така се получават тези калиеви йони вътре. Сега, когато са вътре, дали си стоят просто така? Отговорът е: определено не. Те откриват аниони, малки отрицателно заредени молекули или атоми, и стоят до тях. И сумарният заряд ще е неутрален, понеже всеки катион има анион. Обикновено тези аниони са различни протеини или молекули, които имат нещо като отрицателна странична верига. Може да е хлорен анион. Може да е фосфат. Може да са много неща. Всеки от тези аниони върши работа. Ще начертая и няколко аниона за тези два калиеви йона, които тъкмо влязоха в клетката. Така изглеждат нещата. Ако са хубави и статични, така изглеждат. И, да сме честни, също има малък анион, стоящ там за този калиев йон. Истината е, че имаме малки пролуки в клетката, през които позволяваме на калия да "протече". Ще покажа как ще изглежда това, както и как ще повлияе на случващото се. Имаме тези малки канали. Те позволяват само на калиевите йони да преминат. Тези канали са специфични за калий. Те няма да позволят да премине произволен анион, нито нещо друго. Протеинът определено не може да излезе. Тези калиеви йони виждат, че тези канали са там, и си мислят, че това е интересно. Има много калий вътре и част от него иска да излезе. И калият просто напуска клетката. Просто излиза. Когато направи това, се случва нещо интересно. Повечето от тях излизат. Но има калий и отвън. Казах, че има калий ето тук, и той, теоретично, може да стигне до тук вътре. Може да влезе в клетката, ако иска. Но истината е, че сумарно имаш повече движение навън, отколкото навътре. Просто засега ще изтрия този път, понеже искам да запомниш, че като цяло имаме повече калий, който ще излезе навън, поради концентрационния градиент. Всъщност, това е точка номер едно. Ще запиша това тук. Концентрационният градиент ще накара калия да се придвижи навън и това е сумарно. Калият започва да излиза. К навън. И какво се случва след това? Когато излезе навън – нека напиша как го прави. К първо беше ето тук, а сега този К е ето тук. Това, което остава зад него, са аниони. Всъщност, този тук оставя също своя анион. И тези аниони, сами и самотни, представляват отрицателен заряд, голям отрицателен заряд. И само няколко аниона, движещи се напред-назад, ще създадат отрицателен заряд. Тези калиеви йони отвън, те си мислят, че това е интересно. Там има отрицателен заряд. И ако там има отрицателен заряд, те са привлечени към него, понеже са положителни. А това е отрицателен заряд. Искат да се върнат обратно вътре. И, от една страна – помисли. Имаш концентрационен градиент, който изважда калия. Но, от друга страна, имаш този мембранен потенциал – в този случай, отрицателен мембранен потенциал, който бива създаден, понеже калият е оставил анион, който ще накара калия да иска да се върне обратно вътре. Имаш една сила, концентрацията, изваждаща калия, и друга сила, мембранният потенциал, създадена поради липсата му, която ще го върне обратно. Ще направя малко място тук. Ще ти покажа нещо, което е интересно. Нека създадем две криви. Да кажем, че имаме – не искам да изгубя всичко това тук. Ще оставя това тук, за да можеш да го виждаш. Ще направя две криви. Едната е за концентрационния градиент, а другата е за мембранния потенциал. Това е, да кажем, К навън. Ако я проследиш с времето – това е времето – ще видиш, че имаш нещо такова. К ще се придвижи навън с времето, а в някакъв момент ще стигне до равновесие. Ако направим същото нещо с времето на тази ос, ако кажем, че това е мембранният потенциал, ако започнем при време нула и това е оста на отрицателния заряд, това ще става все повече и повече отрицателно. Започваме при нула за мембранния потенциал, а това е точката, при която започваш да пускаш К навън, получаваш нещо подобно. Изглежда същото, но е паралел на случващото се с концентрационния градиент. И когато двете са равни едно на друго, когато количеството К навън е равно на количеството К навътре, получаваме това плато. Оказва се, че това е около -92 миливолта. Това е точката, в която почти нямаме разлика в сумарното движение на К. Равно е. Наричаме това – наричаме това равновесен потенциал за калия. Когато стигнеш до тези -92 – и се различава в зависимост от йона – но когато стигнеш до -92 за калия, стигаш до неговия равновесен потенциал. Нека просто запиша, че за К е -92. И, отново, тук приемаме, че клетката е пропусклива само за едно нещо, в този случай калия. Това може да доведе до интересен въпрос. Може да си мислиш – и искам да обърна внимание на това – че ако калиевите йони излизат – и това казах, че се случва – тогава в някакъв момент нямаме ли по-ниска концентрация тук, понеже калият е излязъл, и по-висока концентрация тук, понеже калият е излязъл. Технически, това е вярно. Разбира се, имаш повече калиеви йони отвън. Но не съм казвал, че обемът се е променил. Да, ще имаш по-голяма концентрация. Същото е вярно и за клетката. Технически, ще имаш по-ниска концентрация. Но, реалистично погледнато, не променяш стойностите, а причината да не променяме стойностите е, понеже ако погледнеш стойностите, това са молове. И това е огромно число. 6,02*10^23, това не е малко число. И ако го умножиш по пет, тогава получаваш нещо – набързо ще направя изчисленията. 6*5 е 30. Имаш милимолове. Тоест около 10^20 мола. Това е огромен брой калиеви йони. А ти трябват просто шепа йони, за да създадеш този отрицателен заряд. Ако само шепа йони се движат напред-назад, няма да е кой знае колко различно от това огромно число, 10^20. Затова не считаме, че концентрацията се променя.