Пропускливост и мембранни потенциали

Имам четири празни клетки тук. Да си представим, че това са четири клетки в нечие тяло. Вътрешността на клетките е еднаква и външната среда на клетките е еднаква. Те са еднакви по всичко, освен по едно. И това едно нещо е, че, да кажем, че всяка от тези клетки е пропусклива само за един вид йони. Ще запиша йона, за който е пропусклива, под нея. Всяка от тях пуска навътре и навън само един вид йон. В първата клетка имаш много калий, който иска да излезе, така че ще имаш излизащ калий. Във втората клетка, знаем, че по принцип имаме повече натрий отвън, който иска да влезе. Същото е вярно за хлора – той иска да влезе. Същото е вярно за калция – и той иска да влезе. И така, в четирите клетки ще има движение на йони и това са концентрационни градиенти. После, разбира се, ако искаш да определиш какви са мембранните потенциали, трябва да помислиш и да видиш, че ако положителен йон излиза, това ще направи мембранния потенциал отрицателен. Всъщност, дори го изчислихме, че е -92 миливолта. За натрия е +67 миливолта. Това са приблизителни изчисления въз основа на приблизителни концентрации. Разбира се, концентрациите не са точни навсякъде. Различните видове клетки имат различни концентрации. Но това са приблизителните изчисления. За хлора ще е някъде около – да кажем, -86 миливолта. Знаеш, че е отрицателно, понеже отрицателен йон влиза навътре. Накрая, калцият ще е +123 миливолта. Само да си припомним – причината, поради която калцият не е просто натрий по 2 – понеже може да помислиш това, понеже калцият има два положителни заряда. Причината да не е стойността за натрия по две, е, че тези стойности всъщност са базирани на концентрационни градиенти, а концентрационният градиент за калция може да е много различен. Всъщност е много различен от този на натрия. Така са изчислени тези стойности, чрез използване на уравнението на Нернст, което видяхме преди. Знаем, че това са потенциалите в покой за всеки отделен йон. Но какъв е потенциалът за една реална клетка? Знаем, че всъщност не използваме реална клетка като пример, понеже реалните клетки са пропускливи за множество йони. Ще ти дам пример как може да изглежда една реална клетка. Разбира се, изглежда малко по-различно от това, понеже калият излиза и в същото време може да имаш натрий, който влиза. Може да имаш хлор, който влиза. И може да имаш и калций, който влиза. Така ще изглежда една реална клетка. И нека открием, може би чрез използване на пример, как да изчислим мембранния потенциал за реална клетка като тази. Ще запиша четирите йона и ще ги запиша много ясно, за да не се объркаме. Говорим за, отново, калий, натрий, хлор и калций. Причината да избера тези четири – можех да избера и други – но тези четирите вероятно допринасят най-много за потенциала в покой. В частност, бих казал, калият, но ще видиш, че всички те имат малка роля в приноса за потенциала. Нека първо да вземем идеята за пропускливост. Досега приемахме, че всяка клетка е, в първия пример, пропусклива само за един йон. Сега разликата е, че имаме клетки, които са пропускливи за множество йони. Помисли над това. Представи си как всички йони пресичат напред-назад през мембраната, която е пропусклива. Пропускливост е преминаването на йоните напред-назад. Пропускливостта е преминаването на всички йони – и просто ще запиша преминаване, схващаш идеята – преминаването им напред-назад през границата. Какъв процент ще е от калия? Какъв процент от натрия, хлора и калция? Разбира се, общата пропускливост трябва да е 100%. Трябва да дадат сбор от 100%. Да приемем засега, че имаме само четири йона, които се движат напред-назад. Просто ще измисля някакви стойности набързо. Да кажем, че от 100% калият е 95%, което означава, че 95% от пресичанията на границата – ако мислим за клетъчната граница, или клетъчната мембрана, 95% от преминаванията са на калиевия йон. Това означава, че само 5% от преминаванията са на другите три йона. Да кажем, че имаме 1% от натрия, 2% от хлора, и 2% от калция. Що се отнася до преобладаваща пропускливост, в този случай го поставих така, че да преобладава пропускливостта на калия. В повечето клетки това е така. Калият е преобладаващият йон в повечето клетки. Понякога е дори повече от 95%. Как изчисляваме мембранния потенциал въз основа на това? Започнахме с достатъчна информация. Имаме пропускливостта. Сега трябва да я умножим по идеалния мембранен потенциал на калия. Какъв ще е той? Ще е около -92 миливолта. За натрия ще е +67 миливолта. За хлора мембранният потенциал ще е -86 миливолта. За калция ще е +123. Това са идеалните потенциали за тези йони. Но, отново, 95% от цялото движение идва от един йон. Идва от калия. Трябва да съберем всичко това. Тази част тук, 95% от йоните, които преминават през мембраната, умножено по мембранния потенциал за калия. 95% по -92 – набързо ще сметна с калкулатора – ни дава -87,4 миливолта. Тази част тук, 1% от 67, това е лесно. Това са 0,7 миливолта. Това е просто 1%. После тази част, 2% по -86 миливолта, това ще е около -1,7 миливолта. И, накрая, тази част за калция е +2,5 миливолта. Ако събереш всичко това, какво получаваш? Получаваш общо -85,9 миливолта. Това е мембранният потенциал за клетка, която има 95% пропускливост за калий и само 1% и 2% за другите три йона. Ако тук преобладава калият, можеш да видиш, че това крайно число ще е много близо до идеалния потенциал за калия. До тези -92. Понеже 95% от крайния резултат идват оттам. Това е един начин да го направим. Ще го направя още веднъж и ще видиш как може да се промени. Точно както преди, да кажем, че във втория случай – отново, това е случай едно, а да кажем, че в случай две няма голяма пропускливост за калия. Да кажем, че спадне до 16%, а за натрия се повиши до 80%. Сега, изведнъж, същата клетка е много пропусклива за натрия. Може да си помислиш как може да се случи това. Нека си представим, че в клетката има натриеви канали в клетъчната мембрана, така че натрият може да премине право през тези канали. Но да кажем, че за другите два йона остане долу-горе същата. 2% и 2%. Имаш подобна постановка като преди, а този път имаш – нека направя изчисленията. Имаме -92 миливолта. И, отново, пропускливостта – това всъщност е важен момент – дава сбор от 100%. Понеже имаш 16 + 80 + 2 + 2. Общо пак говорим за 100% пропускливост, но в този случай повечето от нея е за натрия. -92 миливолта за калия, получаваш +67 за натрия, -86 тук. И имаш +123 тук. Ще направя последните две първо, понеже ще са същите като преди, и после ще ги събера. Тук, разбира се, както преди, имам -1,7. Това не се променя. И, както преди, имам +2,5. Това не се променя. Тази част е същата. Но другата част ще е различна. Тези две стойности – нека изчисля – това е 14,7 миливолта, доста по-малко от -87. И сега това ще е огромно число в сравнение с тези 0,7, които имахме преди. Сега имаме 53,6 от натрия. Сега натрият играе много по-голяма роля, отколкото предния път. Ако съберем тези четири числа, общата ми пропускливост беше 100%, а общият ми мембранен потенциал, като резултат от това, ще е 39,7. И това е +39,7. Преминахме от -85,9 до +39,7. Тук преобладаващият йон е натрият. Виждаш как започва да се приближава до +67, просто понеже имахме толкова голяма част от пропускливостта за натрия. Пропускливостта става почти като глас за гласуване. Колкото повече пропускливост има за един от йоните спрямо другите, толкова повече гласа получава що се отнася до крайния мембранен потенциал. В този случай, колкото повече един йон "гласува", толкова крайният мембранен потенциал ще е по-близо да идеалния мембранен потенциал за този йон, който е неговият потенциал в покой. Имаме тези два мембранни потенциала. Накрая ще ти покажа как може да изглежда това на малка графика. Да кажем, че имаш малка графика. Ще начертая положителните и отрицателните стойности. Това е положително, това е отрицателно, а това е миливолта. Чертая мембранния потенциал на клетката в миливолта. В точка 1 във времето – да кажем, че точка 1 във времето е тук, а точка 2 във времето е тук. В точка 1 във времето имахме – забравих стойността. Мисля, че беше около -80 и нещо. Просто ще кажа, че е -86. В точка 2 във времето имахме тази стойност тук горе. Това е 39,7. Ще проверя отново стойността, не искам да го объркам. Да, -86. Това е -86, или -85,9. И тук всъщност виждаш, че като промениш пропускливостта, можеш да промениш мембранния потенциал от много ниска стойност до много висока стойност. Да спрем дотук и ще продължим следващия път.