ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.12.2021
Просмотров: 485
Скачиваний: 4
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
84
C
T
R
m
л
моль
л
моль
C
T
R
m
E
osm
ln
)
(
1
)
(
ln
(4.5.5.)
В останньому рівнянні
C
– це безрозмірна концентрація, тому що
це число, яке дорівнює відношенню молярної концентрації речовини
до його концентрації 1М.
Деякі відомості з електростатики:
Переміщення заряду
e
z
q
в
електричному полі з напруженістю
E
зумовлено дією на заряд сили
e
z
F
. Переміщення заряду на відстань
dx
у напрямку, який є
протилежним діючої на нього силі, потребує здійснення роботи, яка
дорівноє:
dx
E
e
z
s
F
dA
(4.5.6.)
Напруженість поля пов’язана з градієнтом потенціалу в напрямку
поля (вісь
x
) рівнянням:
dx
d
E
x
(4.5.7.)
З останніх двох рівнянь робота, яка виконується на переміщення
іона в електричному полі дорівнює:
d
e
z
dA
(4.5.8.)
Таким чином, робота, яка виконується при перенесенні іона з зарядом
e
z
із середовища з потенціалом
1
у середовище з потенціалом
2
дорівнює:
e
z
e
z
d
e
z
A
2
1
)
(
1
2
,
(4.5.9.)
де
e
– елементарний заряд, тобто заряд протона у Кулонах, а
z
–
безрозмірний заряд, який іноді називаний валентністю іона. Величина
z для іонів
Na
+
, K
+
, Cl
-
, Ca
2+
й
Fe
3+
становить 1, 1, –1, 2, 3 відповідно.
Робота при перенесенні зарядів крізь мембрану.
Робота, яка
необхідна для переміщення
m
кіломолів іонів з області з потенціалом
1
в область з потенціалом
2
, дорівнює:
F
z
m
e
z
N
m
A
A
,
(5.5.10.)
де
N
A
– число Авогадро, а
F
– число Фарадея (заряд у Кулонах одного
кіломоля одновалентних іонів).
Основи біофізики і біомеханіки
85
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
1.
Опишіть структуру біологічної мембрани та її основні функції.
2.
Чим викликана наявність потенціалу спокою на міжклітинній
мембрані клітини?
3.
До якого потенціалу (калієвого, кальцієвого, натрієвого)
наближується потенціал спокою клітини?
4.
У чому виражаються гіперполяризація та деполяризація
клітинної мембрани?
5.
Що таке потенціал дії, і коли він виникає на клітинній
мембрані?
6.
Що є необхідною умовою для виникнення потенціалу дії?
7.
Які кількісні відношення між іонами калію, натрію та хлору в
клітинній мембрані у стані спокою та при збудженні?
8.
Які процеси в клітинній мембрані відбуваються при дії
електричного струму?
9.
Що таке сила осмотичного тиску на біологічні мембрани?
Чому вона дорівнює?
10.
Які види роботи існують у біологічних системах?
11.
У чому полягає осмотична робота у біологічних системах?
12.
Що таке осмотична енергія іона або молекули?
13.
У чому полягає електрична робота у живому організмі?
14.
Чому дорівнює робота при перенесенні зарядів крізь клітинну
мембрану?
ПИТАННЯ ТЕСТОВОГО КОНТРОЛЮ
1.
У стані спокою потенціал нервової клітини наближується до
рівноважного:
a)
кальцієвого потенціалу;
b)
натрієвого потенціалу;
c)
хлорного потенціалу;
d)
калієвого потенціалу;
e)
потенціалу протонів.
2.
Під час генерації потенціалу дії потенціал нервової клітини
наближується до рівноважного:
a)
кальцієвого потенціалу;
b)
натрієвого потенціалу;
c)
хлорного потенціалу;
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
86
d)
калієвого потенціалу;
e)
потенціалу протонів.
3.
Проникність мембрани для іонів калію в стані спокою:
a)
значно більше проникності для іонів натрію;
b)
значно менше проникності для іонів натрію;
c)
приблизно дорівнює проникності для іонів натрію.
4.
Під час генерації потенціалу дії проникність мембрани для іонів
калію є:
a)
більшою за проникність для іонів натрію;
b)
меншою за проникність для іонів натрію;
c)
приблизно дорівнює проникності для іонів натрію.
5.
Деполяризація – це:
a)
збільшення трансмембранної різниці потенціалів;
b)
зменшення трансмембранної різниці потенціалів;
c)
зміна знаку заряду в середині клітини;
d)
зміна знаку заряду ззовні клітини.
6.
Гіперполяризація – це:
a)
збільшення трансмембранної різниці потенціалів;
b)
зменшення трансмембранної різниці потенціалів;
c)
зміна знаку заряду в середині клітини;
d)
зміна знаку заряду ззовні клітини.
7.
Первинна дія на мембрану клітини електричним струмом
призводить до:
a)
деполяризації мембрани;
b)
гіперполяризації мембрани.
8.
Для виникнення потенціалу дії необхідно виконання процесу:
a)
деполяризації мембрани;
b)
гіперполяризації мембрани.
9.
Для виникнення потенціалу дії при дії на клітину електричним
струмом електроди розміщуються наступним чином:
a)
анод – всередину клітини, катод – ззовні;
b)
катод – всередину клітини, анод – ззовні.
Основи біофізики і біомеханіки
87
10.
Виникнення потенціалу дії у клітині:
a)
залежить від сили подразника і не залежить від величини
деполяризації мембрани клітини;
b)
залежить від сили подразника і залежить від величини
деполяризації мембрани клітини;
c)
не залежить від сили подразника і залежить від величини
деполяризації мембрани клітини;
d)
не залежить від сили подразника і не залежить від величини
деполяризації мембрани клітини.
11.
При дії електричного струму на клітину:
a)
завжди виникає потенціал дії;
b)
потенціал дії виникає лише тоді, коли величина деполяризації
мембрани досягає певного граничного рівня;
c)
потенціал дії виникає лише тоді, коли діє подразнювач значної
сили;
d)
потенціал дії залежить від потенціалу спокою клітини.
12.
Потенціал дії виникає як наслідок:
a)
збільшення проникності для іонів калію;
b)
збільшення проникності для іонів хлору;
c)
збільшення проникності для іонів натрію, що спричиняє явище
регенеративної деполяризації.
ЗАДАЧІ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО РОЗВ’ЯЗКУ
Задача 1.
Внутрішньоклітинна концентрація іонів
Na
+
складає
C
і
= 0,015 моль/л,
зовнішньоклітинна
С
о
= 0,15 моль/л, внутрішньоклітинний потенціал
дорівнює
i
– 60 мВ відносно зовнішнього, який дорівнює нулю.
Температура клітини
t
= 37
o
C. Визначте осмотичну
А
оsm
і електричну
А
ел
роботи при перенесенні іонів натрію крізь мембрану зсередини
нервової клітини.
Задача 2.
Осмотична робота
А
оsm
, яка витрачена на перенесення 3 нмоль іонів
хлору з гігантського аксона кальмара, склала 8,7 мДж при температурі
t
= 27
0
C. Визначте відношення концентрацій
C
о
/C
і
ззовні і всередині
клітини.
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
88
Задача 3.
Розрахувати роботу, яку потрібно затратити, для перенесення
одного моля іонів
Na
+
із клітини в навколишнє середовище. Умови
дано в таблиці.
Концентрації натрію й потенціали усередині й поза клітиною
(гігантський аксон кальмара в морській воді)
Концентрація натрію в клітині
[Na
+
]
i
, мМ
69
Концентрація натрію в середовищі
[Na
+
]
o
, мМ
425
Внутрішньоклітинний потенціал
φ
i
, мВ
– 60
Позаклітинний потенціал
φ
e
, мВ
0
Температура
27
о
С = 300 K
Задача 4.
Яка різниця потенціалів існує на міжклітинній мембрані, якщо при
перенесенні 10 мкмоль іонів натрію у міжклітинне середовище було
виконано роботу А
ел
= 57 мДж?
Задача 5.
При перенесенні 5 нмоль іонів калію з м’язового волокна жаби в
міжклітинне середовище робота, яка витрачена на переборення сил
електричного відштовхування, склала
А
ел
= 42,24 мкДж. Розрахуйте
різницю потенціалів
Δφ
на цитоплазматичній мембрані.
Задача 6.
Розрахуйте рівноважний мембранний потенціал
Δφ,
який створюється
іонами калію, якщо їх внутрішньоклітинна концентрація
С
і
= 500 ммоль/л,
зовнішньоклітинна –
С
o
= 10 ммоль/л. Температура
t
= 27
0
С.
Задача 7.
Зовнішньо- і внутрішньоклітинна концентрації іонів хлора дорівнюють
відповідно
С
o
= 500 ммоль/л,
C
і
= 150 ммоль/л. Потенціал спокою при
цьому
Δ φ
= – 32 мВ. Розрахуйте температуру
t
клітини.
Задача 8.
У скільки разів внутрішньоклітинна концентрація іонів калію повинна
перевищувати зовнішню, щоб потенціал спокою складав
Δφ
= – 32 мВ?
Температура
t
= 37
0
С.