Przepuszczalność i potencjał błony komórkowej — film z polskimi napisami

Mam tu cztery komórki. Niech to będą cztery ludzkie komórki. Ich wnętrza wyglądają dokładnie tak samo i na zewnątrz również są identyczne. Właściwie są identyczne, z wyjątkiem jednej rzeczy. Chodzi o to, że każda z tych komórek jest przepuszczalna dla innego jonu. Chodzi o to, że każda z tych komórek jest przepuszczalna dla innego jonu. Zapiszę te jony pod nimi. Zapiszę te jony pod nimi. Do każdej z tych komórek może wejść albo wyjść tylko jeden rodzaj jonu. Komórka numer jeden zawiera mnóstwo potasu, który chciałby się wydostać. Komórka numer jeden zawiera mnóstwo potasu, który chciałby się wydostać. Zatem wychodzą z niej jony potasu. W przypadku drugiej komórki mamy na zewnątrz sporo sodu, który chciałby dostać się do środka, dalej chlor, który chce wejść do środka i wapń, który też chce wejść do środka. Tak wygląda ruch jonów w naszych czterech komórkach. Tak wygląda ruch jonów w naszych czterech komórkach i wynika on z gradientów stężeń. Możemy teraz ocenić ich potencjały błonowe. Możemy teraz ocenić ich potencjały błonowe. W pierwszym przypadku, komórkę opuszcza jon dodatni, zatem jej potencjał błonowy jest ujemny. Został on obliczony na minus 92 miliwolty. Dla komórki z sodem jest to z kolei plus 67 miliwoltów. Liczby te oszacowano na podstawie średnich stężeń jonów w komórkach. Nie są one jednakowe dla wszystkich komórek, różne typy komórek zawierają różne ilości jonów, ale tak prezentują się średnie. Dla komórki z chlorem jest to z kolei około minus 86 miliwoltów. Minus, bo jon o ładunku ujemnym wchodzi do środka. Minus, bo jon o ładunku ujemnym wchodzi do środka. I w końcu, dla wapnia jest to plus 123 miliwolty. Dla przypomnienia, wapń to nie jest po prostu "sód razy dwa". Można by tak pomyśleć, bo jony wapnia są dwudodatnie, Można by tak pomyśleć, bo jony wapnia są dwudodatnie, ale nie mnożymy po prostu sodu razy dwa, bo te liczby wynikają z gradientu stężeń danego jonu bo te liczby wynikają z gradientu stężeń danego jonu i dla wapnia są inne niż dla sodu. i dla wapnia są inne niż dla sodu. Prawdę mówiąc bardzo znacząco się różnią. Kto oglądał moje poprzednie filmy może kojarzyć, że wylicza się je za pomocą równania Nernsta. A więc są to potencjały spoczynkowe dla każdego z tych jonów. A więc są to potencjały spoczynkowe dla każdego z tych jonów. Ale jaki jest potencjał komórki, prawdziwej komórki? Te przykładowe nie są realnymi komórkami, bo normalnie, komórki przepuszczalne są dla wielu różnych jonów. bo normalnie, komórki przepuszczalne są dla wielu różnych jonów. Weźmy jakiś przykład takiej zwyczajnej komórki naszego organizmu. Weźmy jakiś przykład takiej zwyczajnej komórki naszego organizmu. Wygląda ona nieco inaczej niż nasze przykłady. Jak wyżej, potas ma tendencję do uciekania, ale jednocześnie wnika do niej sód, wnika do niej chlor i wnika do niej wapń. Tak wyglądałaby bardziej realna sytuacja. Zastanówmy się teraz na tym przykładzie jak obliczyć potencjał błonowy dla realnej sytuacji, realnej ludzkiej komórki. jak obliczyć potencjał błonowy dla realnej sytuacji, realnej ludzkiej komórki. Zapiszę te cztery jony i postaramy się zapisywać wszystko jak najjaśniej, żeby nic nam się nie pomyliło. Jeszcze raz, mamy tu potas, sód, chlor i wapń. Jeszcze raz, mamy tu potas, sód, chlor i wapń. Dlaczego akurat te cztery? W organizmie są też inne jony, ale to te cztery mają największe znaczenie w kreowaniu potencjału spoczynkowego. Najbardziej potas, ale za chwilę zobaczysz, że każdy z nich ma w tym pewien udział. Na początek zajmijmy się zagadnieniem przepuszczalności. Do tego momentu mieliśmy cztery różne komórki i każda z nich była przepuszczalna tylko dla jednego jonu. i każda z nich była przepuszczalna tylko dla jednego jonu. Teraz będzie inaczej, bo mamy tu komórkę przepuszczalną dla kilku jonów. Trzeba to sobie wyobrazić. Pomyśl o tym, że wszystkie jony wchodzące i wychodzące z komórki składają się na przepuszczalność błony. Wszystkie jony przechodzące przez błonę w jedną i druga stronę. Przepuszczalności to wszystkie jony przechodzące przez błonę. Zapiszę to jako "crossing", czyli przechodzenie przez barierę tam i z powrotem. Jak to będzie wyglądało procentowo dla potasu? Jak dla sodu, chloru, a jak dla wapnia? Całość przepuszczalności to oczywiście 100% Całość przepuszczalności to oczywiście 100% Nie może być większa niż 100% Dla ułatwienia załóżmy, że przez błonę przechodzą wyłącznie te cztery jony. Dla ułatwienia załóżmy, że przez błonę przechodzą wyłącznie te cztery jony. Jaki jest ich udział? Z tych 100%, potas stanowi 95%. 95% całego transportu błonowego jonów, całego transportu jonów przez błonę komórkową, 95% stanowią jony potasu. Innymi słowy, pozostałe trzy jony to tylko 5% transportu błonowego. Innymi słowy, pozostałe trzy jony to tylko 5% transportu błonowego. 1% dla sodu, 2% dla chloru i 2% dla wapnia. Zatem jeśli chodzi o przepuszczalność błony, jak już wspominałem, potas absolutnie króluje. I jest tak u większości naszych komórek. Potas jest dominującym jonem u większości naszych komórek. W niektórych przypadkach jest to nawet więcej niż 95%. A teraz, jak obliczyć potencjał błonowy bazując na tych danych? A teraz, jak obliczyć potencjał błonowy bazując na tych danych? Pierwszą rzecz już mamy. Mamy przepuszczalność błony. Teraz musimy pomnożyć ją przez idealny potencjał błonowy dla danego jonu. Teraz musimy pomnożyć ją przez idealny potencjał błonowy dla danego jonu. Ile wynosi on dla potasu? Minus 92 miliwolty, tak? Dla sodu jest to 67 miliwoltów. Dla chloru wynosi on minus 86 miliwoltów. Dla chloru wynosi on minus 86 miliwoltów. I dla wapnia 123 miliwolty. Takie są idealne wartości dla tych jonów, ale jeszcze raz, na 95% przepuszczalności błony komórkowej składa się jeden jon. 95% stanowi potas i musimy wziąć to pod uwagę. Zatem mnożymy 95% razy potencjał błonowy dla potasu. 95% razy minus 92, obliczę to szybko na kalkulatorze, daje nam minus 87,4 miliwolta. Zróbmy to też dla pozostałych, 1% razy 67 daje 0,7 miliwolta. To tylko 1%. Dalej 2% razy minus 86 miliwoltów, co równa się minus 1,7 miliwolta. I na koniec wapń da nam 2,5 miliwolta. Zsumujmy to wszystko i ile nam wychodzi? Otrzymujemy w sumie minus 85,9 miliwolta. Tyle wynosi potencjał błony, gdy na jej przepuszczalność w 95% składa się potas, a pozostałe jony odpowiadają za 1 do 2% Potas zdecydowanie dominuje, więc nie dziwi fakt, że ten wynik jest bardzo zbliżony do potencjału dla samego potasu, czyli minus 92. W końcu stanowi on aż 95% transportu jonów przez błonę. A więc tak to wygląda, ale policzymy to sobie jeszcze raz i zobaczymy, co może się zmienić. W drugim przypadku, niech to będzie przypadek numer jeden. W drugim przypadku, błona będzie znacznie mniej przepuszczalna dla potasu. W drugim przypadku, błona będzie znacznie mniej przepuszczalna dla potasu. Powiedzmy, że jego udział spada do 16%, a udział sodu rośnie do 80%. A więc tym razem, nasza komórka jest dla odmiany silnie przepuszczalna dla sodu. Jak to się stało? Wyobraźmy sobie, że w błonie znalazły się nagle kanały jonowe i sód może sobie przez nie swobodnie przechodzić. i sód może sobie przez nie swobodnie przechodzić. Z dwoma pozostałymi nic się nie dzieje. 2% i 2% Zróbmy więc jak poprzednio i użyjmy matematyki. Potencjał dla potasu wynosi minus 92 miliwolty. Całość przepuszczalności to oczywiście nadal 100% Całość przepuszczalności to oczywiście nadal 100% 16 dodać 80, dodać 2, dodać 2 Nadal daje nam to w sumie 100%, tylko tym razem, największy udział mają jony sodu. tylko tym razem, największy udział mają jony sodu. Potencjał wynosi minus 92 miliwoltów dla potasu, 67 dla sodu, minus 86 dla chloru i 123 dla wapnia. Zacznę od dwóch ostatnich, bo ich wartości pozostają takie jak poprzednio. Jeszcze znaki dodawania. Jak poprzednio, tu mamy minus 1,7. Tutaj nic się nie zmienia. I tutaj tak samo, pozostaje 2,5. I tutaj tak samo, pozostaje 2,5. Zatem coś się nie zmienia, a coś innego tak. Te dwie liczby, policzę to szybko. Tutaj mamy minus 14,7 miliwolta, czyli znacznie więcej niż minus 87. I tutaj różnica będzie jeszcze większa, bo wcześniej było tylko 0,7, a teraz wychodzi nam 53,6. Zatem sód ma tym razem dużo większe znaczenie niż poprzednio. Zatem sód ma tym razem dużo większe znaczenie niż poprzednio. Po dodaniu tych czterech liczb wychodzi nam oczywiście 100%, Po dodaniu tych czterech liczb wychodzi nam oczywiście 100%, a potencjał błonowy jest równy 39,7. a potencjał błonowy jest równy 39,7. I to plus 39,7. Zatem weszliśmy z minus 85,9 do plus 39,7. Bo jonem dominującym jest tu sód. Dlatego potencjał błony zbliżył się do 67, bo tak duża część przepuszczalności przypadła na sód. bo tak duża część przepuszczalności przypadła na sód. To trochę jak przy wyborach. W zależności od tego, które jony stanowią większość, W zależności od tego, które jony stanowią większość, taki mamy ostateczny potencjał błonowy komórki. taki mamy ostateczny potencjał błonowy komórki. Jon, dla którego błona jest najbardziej przepuszczalna, Jon, dla którego błona jest najbardziej przepuszczalna, w największym stopniu kształtuje jej potencjał spoczynkowy. w największym stopniu kształtuje jej potencjał spoczynkowy. Kończymy zatem z tymi dwoma wynikami. Na koniec pokażę jeszcze jeden wykres. Na koniec pokażę jeszcze jeden wykres. Niech to będzie nasz wykres. Zaznaczę na nim część dodatnią i ujemną. Tutaj mamy dodatnią, tutaj ujemną i chodzi o wartości w miliwoltach. Będzie to potencjał błonowy komórki w miliwoltach. Tutaj będzie pierwszy punkt czasowy, a tutaj drugi punkt czasowy. W punkcie numer 1 potencjał jest ujemny, już zapomniałem, ale coś koło minus 80. Zdaje się, że minus 86, czy coś koło tego. Natomiast w punkcie numer 2 potencjał jest dodatni i wynosi 39,7. Sprawdzę to jeszcze, żeby nie prowadzać cię w błąd. Sprawdzę to jeszcze, żeby nie prowadzać cię w błąd. Zgadza się, tu było minus 86. Minus 86, czy dokładniej minus 85,9. Jak widzisz, przez zmianę przepuszczalności, Jak widzisz, przez zmianę przepuszczalności, potencjał też ulega diametralnej zmianie, z niskich, ujemnych wartości, do wartości dodatnich. I na tym na razie zakończymy.