Potencjały błonowe — część 1— film z polskimi napisami

Narysuję małą komórkę. Będzie to zwyczajna komórka, w której znajduje się dużo jonów potasu. Wiemy, że komórki kochają mieć dużo potasu w swoim wnętrzu. Dlatego narysujmy dużo jonów potasu w jej wnętrzu. Stężenie jonów potasu powiedźmy, że będzie wynosić około 150 milimoli na litr. To bardzo dużo potasu. Umieszczę tę wartość w nawiasach kwadratowych, co wskazuje, że ta wartość to stężenie. Oczywiście, jakaś ilość jonów potasu znajduje się też na zewnątrz. Powiedźmy, że stężenie tam wynosi około 5 milimoli na litr. Chciałbym również pokazać, jak ten gradient stężenia jest tworzony, ok? Nie jest tak, że dochodzi do niego bez powodu. Jest to coś, czego stworzenie wymaga dużo energii. Mamy dwa jony potasu wtłaczane do komórki, a trzy jony sodu wypompowywane z jej wnętrza. W taki sposób te jony potasu dostają się do wnętrza komórki przede wszystkim. Jak już znajdą się w komórce, to czy są jedynymi jonami? Oczywiście, że nie. Znajdują się tam również aniony, małe, ujemnie naładowane molekuły, lub atomy. Całkowity ładunek będzie neutralny, ponieważ każdy kation ma swój anion. I zazwyczaj te aniony są białkami, czymś, co może mieć ujemny łańcuch boczny, czyli na przykład białka. Może to być również jon chloru. Czy jony fosforanowe. Wiele różnych rzeczy. Każdy z tych anionów się sprawdzi. Narysuję kilka z nich tutaj. Więc te dwa jony potasu właśnie dostały się do naszej komórki, i tak to teraz wygląda. Jeśli wszystko jest w stanie równowagi, to tak to wygląda. Ale w rzeczywistości, mówiąc szczerze, znajduje się tu również anion, odpowiadający każdemu jonu potasu. Prawda jest taka, że mamy małe przerwy w naszych komórkach, małe otwory, które umożliwiają jonom potasu na wyciekanie z komórki. Pozwól, że pokażę Ci, jak to wygląda i jak wpływa na całą tę sytuację. Więc mamy te małe kanały. Pozwalają one na przejście tylko jonom potasu. Są one specyficzne dla jonów potasu. Nie pozwolą żadnemu anionowi lub innej molekule na przejście. Białka również nie mogą z nich skorzystać. Te jony potasu w pewnym sensie patrzą na te kanały i myślą sobie, hm, to interesujące. Znajduje się tu dużo jonów potasu. Chcemy się trochę rozdzielić. Więc te jony potasu chcą wydostać się na zewnątrz, nie chcą być wewnątrz komórki. Kiedy do tego dojdzie, wydarzą się interesujące rzeczy. Większość jonów potasu znajdzie się na zewnątrz komórki. Ale mamy już jakąś ilość jonów potasu na zewnątrz. Powiedziałem, że mamy tutaj mały jon potasu, który teoretycznie mógłby znaleźć drogę do wnętrza komórki. Jeśli chciałby mogłby tu trafić. Prawda jest tak, że w ogólności masz więcej ruchu na zewnątrz komórki, niż w przeciwnym kierunku. Dlatego w tym momencie, wymaże tę ścieżkę, ponieważ chcę, abyś zapamiętał, że w ogólności mamy więcej jonów potasu, które przemieszczają się na zewnątrz komórki ze względu na gradient stężeń. I to jest nasz punkt numer jeden. Zapiszę go tutaj. Gradient stężeń powoduje, że jony potasu wypływają z wnętrza komórki. Jony potasu zaczynają wypływać z komórki, tak? Czyli nasze K wychodzą na zewnątrz. Co ma miejsce potem? Kiedy jony wypływają na zewnątrz, pozwól, że narysuję ten proces. K znajduje się tutaj, jak i tutaj. To co pozostaje nam to anion. Który zostaje opuszczony przez nasz jon potasu. I te aniony, pozostawione w samotności zaczynają generować ujemny ładunek, duży ujemny ładunek. Te kilka anionów poruszających się tam i z powrotem wygeneruje ujemny ładunek. A jony potasu znajdujące się na zewnątrz, zaczną sobie myśleć, o to ciekawe. W środku komórki jest ujemny ładunek. Jeśli jest tam ujemny ładunek, to staje się on dla nich atrakcyjny. Są pozytywne. A wewnątrz ładunek jest nagatywny. Dlatego chcą wrócić z powrotem. Więc z jednej strony - pomyśl o tym, mamy gradient stężeń, który powoduje, że jony potasu wypływają z komórki. Jednak z drugiej, mamy coś, co nazywamy potencjałem błonowym, w tym przypadku ujemny potencjał, który powstał na skutek tego, że wypływające jony potasu pozostawiły aniony, które staną się siłą napędową dla tego, aby jony potasu wróciły do wnętrza komórki. Więc masz jedną siłę - stężenie, powodującą, że jony potasu wypływają z komórki, oraz drugą - potencjał błonowy wytworzony na skutek ich nieobecności, który napędza ich powrót do komórki. Zrobię tutaj teraz trochę miejsca. Chciałbym pokazać Ci coś interesującego. Narysujmy dwie krzywe. Powiedźmy, że mamy, nie chciałbym stracić wszystkiego z tego slajdu. Ustawię wszystko tak, byś mógł zobaczyć fragment. Więc mamy dwie krzywe. Jedna będzie pokazywać gradient stężeń, a druga potencjał błonowy. Powiedźmy, że to jest wypływ jonów potasu. Jeśli będziesz śledził zmianę w funkcji czasu, zobaczysz dokładnie coś takiego. Jony potasu będą wypływać w funkcji czasu, aż dojdzie do ustanowienia się równowagi. Zrobimy dokładnie taką samą rzecz z tą osią czasu, a tu będziemy mieli potencjał błonowy. Zaczniemy w punkcie zero i przejdźmy na oś ujemną. Wraz z upływem czasu wartość będzie coraz bardziej negatywna. Zaczęliśmy od wartości zero dla potencjału błonowego, a taka wartość pojawi się, gdy dojdzie do wypływu jonów potasu, będzie miała taką wartość. Krzywa wygląda niemalże identycznie, jest równoległa do tej prezentującej gradient stężenia. Jeśli te dwie będą sobie równie, wtedy ilość jonów potasu wypływająca z komórki i wpływająca do komórki będzie sobie równa, dojdzie do wyrównania. Okazuje się, że ma ono miejsce dla około 92 miliwoltów. Jest to punkt, w którym praktycznie nie ma różnicy w przepływie jonów potasu. Jest on równy. Mamy nawet na to nazwę, nazywamy taką wartość potencjału potencjałem równowagowym dla jonów potasu. Jeśli masz wartość potencjału równą 92, jest ona różna, w zależności od rodzaju jonu, jednak jeśli masz wartość 92 dla jonów potasu, to oznacza to, że te jony są w równowadze. Zapiszę, że wartość dla potasu wynosi 92. I jeszcze raz potwórzę, wartość ta ma sens przy założeniu, że komórka jest przepuszczalna tylko dla jonów potasu. Może to spowodować, że oczywiste pytanie pojawi się w Twojej głowie. Możesz pomyśleć, i chciałbym to dobrze zaadresować, chwila moment. Jeśli jony potasu wypływają z komórki, a powiedziałem, że tak się dzieje, wtedy nie mamy mniejszego stężenia jonów potasu w komórce, ponieważ wypływa on z jej wnętrza, i wyższego stężenia na zewnątrz, ponieważ tam trafiają wszystkie jony potasu? Techniczne jest to prawidłowe rozumowanie. Mam na myśli to, że masz więcej jonów potasu na zewnątrz komórki. Ale nie powiedziałem nic o zmianie objętości. Więc oczywiście masz tutaj większe stężenie. I podobnie mniejsze w komórce. Masz tam mniejsze stężenie. Ale w rzeczywistości, nie zmieniłem wartości liczbowych. Powód tego jest taki, że jeśli spojrzysz na te liczby, to są one w jednostce moli. I jest to ogromna liczba, co nie? 6.02 razy 10 do 23, to nie jest mała liczba. Jeśli pomnożysz ją przez 5, wtedy otrzymasz coś takiego, zrobię tutaj szybkie obliczenia. 6 razy 5 to 30. Mamy to wszystko w milimolach. Więc mamy 10 do 20 moli, tak? Ogromną liczbę jonów potasu. I potrzeba dużo jonów, aby stworzyć ten ujemny ładunek. Więc jeśli ogromna liczba jonów porusza się tam i z powrotem, nie będzie robiło dużej różnicy w tej ogromnej liczbie, 10 do 20. Dlatego właśnie nie myślimy o stężeniu, ponieważ nie zmienia się ono za bardzo w tym przypadku.