यदि अक्षतंतु के अंदर पोटेशियम आयनों की सांद्रता कम हो जाए तो विश्राम झिल्ली क्षमता का क्या होगा? विश्राम क्षमता बाह्य कोशिकीय द्रव मात्रा के नियमन में सोडियम की भूमिका

Na + /K + पंप या Na + /K + ATPase भी, आयन चैनलों की तरह, अभिन्न झिल्ली प्रोटीन का एक जटिल है जो न केवल एक आयन के लिए एक ढाल के साथ आगे बढ़ने का रास्ता खोल सकता है, बल्कि एक एकाग्रता ढाल के खिलाफ सक्रिय रूप से आयनों को स्थानांतरित कर सकता है। . पंप संचालन तंत्र चित्र 8 में दिखाया गया है।

प्रोटीन कॉम्प्लेक्स E1 अवस्था में है, इस अवस्था में पंप सोडियम आयनों के प्रति संवेदनशील होता है और साइटोप्लाज्मिक पक्ष से 3 सोडियम आयन एंजाइम से जुड़ जाते हैं

सोडियम आयनों के बंधन के बाद, एटीपी हाइड्रोलाइज्ड होता है और निकलता है ऊर्जा,सांद्रण प्रवणता के विरुद्ध आयनों के परिवहन के लिए आवश्यक, ADP अकार्बनिक फॉस्फेट जारी किया जाता है (यही कारण है कि पंप को Na + /K + ATPase कहा जाता है)।

पंप संरचना बदलता है और E2 स्थिति में प्रवेश करता है। इस मामले में, सोडियम आयनों के लिए बंधन स्थल बाहर की ओर मुड़ जाते हैं। इस अवस्था में, पंप में सोडियम के प्रति कम आकर्षण होता है और आयन बाह्य कोशिकीय वातावरण में छोड़े जाते हैं।

E2 संरचना में, एंजाइम में पोटेशियम के लिए उच्च आकर्षण होता है और 2 आयनों को बांधता है।

पोटेशियम को स्थानांतरित किया जाता है, इंट्रासेल्युलर वातावरण में छोड़ा जाता है और एक एटीपी अणु संलग्न होता है - पंप ई 1 संरचना में लौटता है, फिर से सोडियम आयनों के लिए एक आकर्षण प्राप्त करता है और एक नए चक्र में शामिल होता है।

चित्र 8 Na + /K + ATPase के संचालन का तंत्र

ध्यान दें कि Na+/K+ पंप वहन करता है 3 बदले में कोशिका से सोडियम आयन 2 पोटेशियम आयन. इसलिए पंप है इलेक्ट्रोजेनिक: कुल मिलाकर, एक चक्र में कोशिका से एक धनात्मक आवेश हटा दिया जाता है। परिवहन प्रोटीन प्रति सेकंड 150 से 600 चक्र करता है। चूँकि पंप संचालन एक बहु-चरण रासायनिक प्रतिक्रिया है, यह, सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं की तरह, तापमान पर अत्यधिक निर्भर है। पंप की एक अन्य विशेषता संतृप्ति स्तर की उपस्थिति है, जिसका अर्थ है कि परिवहन किए गए आयनों की सांद्रता बढ़ने पर पंप की गति अनिश्चित काल तक नहीं बढ़ सकती है। इसके विपरीत, निष्क्रिय रूप से फैलने वाले पदार्थ का प्रवाह सांद्रता अंतर के अनुपात में बढ़ता है।

Na+/K+ पंप के अलावा, झिल्ली में एक कैल्शियम पंप भी होता है; यह पंप कैल्शियम आयनों को कोशिका से बाहर पंप करता है। कैल्शियम पंप मांसपेशी कोशिकाओं के सार्कोप्लाज्मिक रेटिकुलम में बहुत उच्च घनत्व में मौजूद होता है। एटीपी अणु के टूटने के परिणामस्वरूप रेटिकुलम सिस्टर्न कैल्शियम आयन जमा करता है।

तो, Na + /K + पंप का परिणाम सोडियम और पोटेशियम की सांद्रता में ट्रांसमेम्ब्रेन अंतर है। कोशिका के बाहर और अंदर सोडियम, पोटेशियम और क्लोरीन (mmol/l) की सांद्रता जानें!

कोशिका के अंदर और बाहर आयन सांद्रता

तो, आराम करने वाली झिल्ली क्षमता को बनाए रखने वाले तंत्र को समझने के लिए दो तथ्यों पर विचार करने की आवश्यकता है।

1 . कोशिका में पोटेशियम आयनों की सांद्रता बाह्य कोशिकीय वातावरण की तुलना में बहुत अधिक होती है। 2 . विश्राम के समय झिल्ली चयनात्मक रूप से K+ के लिए पारगम्य होती है, और Na+ के लिए विश्राम के समय झिल्ली की पारगम्यता नगण्य होती है। यदि हम पोटैशियम के लिए पारगम्यता 1 मानते हैं, तो विश्राम के समय सोडियम के लिए पारगम्यता केवल 0.04 है। इस तरह, K आयनों का निरंतर प्रवाह होता है + एक सांद्रण प्रवणता के साथ साइटोप्लाज्म से. साइटोप्लाज्म से पोटेशियम प्रवाह आंतरिक सतह पर सकारात्मक चार्ज की सापेक्ष कमी पैदा करता है; कोशिका झिल्ली आयनों के लिए अभेद्य है, परिणामस्वरूप, सेल साइटोप्लाज्म कोशिका के आसपास के वातावरण के संबंध में नकारात्मक रूप से चार्ज हो जाता है। कोशिका और बाह्यकोशिकीय स्थान के बीच इस संभावित अंतर, कोशिका के ध्रुवीकरण को विश्राम झिल्ली क्षमता (आरएमपी) कहा जाता है।

सवाल उठता है: पोटेशियम आयनों का प्रवाह तब तक क्यों जारी नहीं रहता जब तक कोशिका के बाहर और अंदर आयन की सांद्रता संतुलित नहीं हो जाती? यह याद रखना चाहिए कि यह एक आवेशित कण है, इसलिए इसकी गति भी झिल्ली के आवेश पर निर्भर करती है। इंट्रासेल्युलर नकारात्मक चार्ज, जो कोशिका से पोटेशियम आयनों के प्रवाह के कारण बनता है, नए पोटेशियम आयनों को कोशिका छोड़ने से रोकता है। पोटेशियम आयनों का प्रवाह तब रुक जाता है जब विद्युत क्षेत्र की क्रिया सांद्रण प्रवणता के साथ आयन की गति की भरपाई कर देती है। नतीजतन, झिल्ली पर आयन सांद्रता में दिए गए अंतर के लिए, पोटेशियम के लिए तथाकथित संतुलन क्षमता बनती है। यह विभव (Ek) RT/nF *ln Koutside/Kinside के बराबर है, (n आयन की संयोजकता है।) या

इक=61,5 लकड़ी का लट्ठा कबाहर /  कअंदर

झिल्ली क्षमता (एमपी) काफी हद तक पोटेशियम की संतुलन क्षमता पर निर्भर करती है; हालांकि, कुछ सोडियम आयन, साथ ही क्लोराइड आयन, अभी भी आराम करने वाली कोशिका में प्रवेश करते हैं। इस प्रकार, कोशिका झिल्ली का ऋणात्मक आवेश सोडियम, पोटेशियम और क्लोरीन की संतुलन क्षमता पर निर्भर करता है और इसे नर्नस्ट समीकरण द्वारा वर्णित किया गया है। इस विश्राम झिल्ली क्षमता की उपस्थिति अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि यह कोशिका की उत्तेजित करने की क्षमता को निर्धारित करती है - उत्तेजना के लिए एक विशिष्ट प्रतिक्रिया।

· कोशिकीय उत्तेजना का निर्माण आयनों के परिवहन के कारण होता है। कोशिका झिल्ली की बिलिपिड परत आयनों (Na, K, Cl) के लिए अभेद्य है; आयन चैनल कोशिका के अंदर और बाहर उनके परिवहन के लिए अभिप्रेत हैं - विशिष्टता के गुणों द्वारा विशेषता विशेष अभिन्न प्रोटीन (एक विशिष्ट आयन के लिए पारगम्यता, जो हाइड्रेशन शेल में इसके आकार) और समायोजन क्षमता से जुड़ा हुआ है।

आप उद्धृत कर सकते हैं निम्नलिखित वर्गीकरणआयन चैनल:

1. अनियमित (हमेशा खुला)

2.समायोज्य

वोल्टेज पर निर्भर

लिगैंड पर निर्भर

थर्मल

यंत्रसंवेदनशील

उत्तेजना के विषय पर विचार करने में विशेष रुचि संभावित-गेटेड आयन चैनल हैं (चित्र 2)।

चावल। 2.

आरेख एक वोल्टेज-गेटेड चैनल को सक्रिय (2) और निष्क्रिय (3) अवस्था में आराम (1) में दिखाता है, जो झिल्ली क्षमता के मूल्य से निर्धारित होता है। तदनुसार: चैनल 1 कार्य नहीं करता, क्योंकि गेट तंत्र (संभवतः चैनल बनाने वाले प्रोटीन अणु का आवेशित समूह) बंद है; 2- चैनल खुला है (एमपी में कमी के परिणामस्वरूप) और धनायनों को (जे) से गुजरने की अनुमति देता है; 3-चैनल दूसरे आवेशित समूह की स्थानिक स्थिति में परिवर्तन के कारण आयनों को गुजरने की अनुमति नहीं देता है। एक पदार्थ (दवा, एक त्रिकोण द्वारा इंगित) निष्क्रियता (4) को तेज और सुविधाजनक बना सकता है, एक खुले चैनल को अवरुद्ध कर सकता है (5), सक्रियण को सुविधाजनक बना सकता है (6ए) या निष्क्रियता में बाधा डाल सकता है (6बी)।

आयन चैनलों को एक सांद्रता प्रवणता (उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से कम सांद्रता वाले क्षेत्र तक) के साथ प्रसार द्वारा आयनों के निष्क्रिय परिवहन को विनियमित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। हालाँकि, सांद्रता प्रवणता के विरुद्ध परिवहन भी होता है, जिसमें झिल्ली प्रोटीन - एटीपीसेस की मदद से ऊर्जा व्यय शामिल होता है। ये प्रोटीन एटीपी अणुओं को डिफॉस्फोराइलेट करते हैं और, उच्च-ऊर्जा बांड के हाइड्रोलिसिस के दौरान जारी ऊर्जा के कारण, पानी को बाहर निकालने के लिए "पंप" सिद्धांत का उपयोग करके एकाग्रता ढाल के खिलाफ झिल्ली में आयनों का परिवहन करते हैं। इसके मूल में, यह परिवहन मार्ग निष्क्रिय परिवहन का विरोध करता है। मुख्य चैनल सक्रिय ट्रांसपोर्टझिल्ली के माध्यम से आयन Na-KATPase प्रोटीन है, जो 1 एटीपी अणु के हाइड्रोलिसिस पर, कोशिका से 3Na और 2K को कोशिका में स्थानांतरित करता है। सामान्य तौर पर, कोशिका में कुल एटीपी ऊर्जा का 30% सक्रिय झिल्ली परिवहन पर खर्च होता है।

आयन झिल्ली परिवहन का उद्देश्य साइटोप्लाज्म और बाहरी वातावरण में आयन सांद्रता में अंतर बनाए रखना है। लगातार और विपरीत तरीके से कार्य करते हुए, एक दूसरे को क्षतिपूर्ति करते हुए, आयन परिवहन के निष्क्रिय और सक्रिय तंत्र समय के साथ स्थिर, गतिशील एकाग्रता असंतुलन के रखरखाव को सुनिश्चित करते हैं।

रेस्टिंग मेंबरने पोटैन्श्यल

कोशिका के अंदर और बाहर आयनों - आवेशित कणों - की सांद्रता में अंतर साइटोप्लाज्म और बाहरी वातावरण के आवेशों में अंतर प्रदान करता है, और, परिणामस्वरूप, झिल्ली की आंतरिक और बाहरी सतहों पर आवेशों में अंतर होता है, जो एक है झिल्ली क्षमता की घटना के लिए स्थिति. विश्राम क्षमता (आरपी) गैर-उत्तेजित अवस्था में एक उत्तेजित कोशिका की झिल्ली क्षमता है। यह झिल्ली के आंतरिक और बाहरी किनारों पर मौजूद विद्युत क्षमता में अंतर को दर्शाता है और गर्म रक्त वाले जानवरों में -55 से -100 एमवी तक होता है। न्यूरॉन्स और तंत्रिका तंतुओं में यह आमतौर पर -70 mV होता है।

चूँकि झिल्ली के आवेश को इसके दोनों ओर आयन सांद्रता में अंतर से समझाया जाता है, झिल्ली क्षमता साइटोप्लाज्म और अंतरकोशिकीय द्रव में आयनों की सांद्रता पर भी निर्भर करती है।

आयन सांद्रता के माध्यम से झिल्ली क्षमता की गणना करने के लिए, नर्नस्ट समीकरण का उपयोग किया जाता है।

नर्नस्ट समीकरण

एफ - विश्राम झिल्ली क्षमता

आर= 8.31 - सार्वभौमिक गैस स्थिरांक

टी - पूर्ण तापमान

जेड - आयन चार्ज

F=96000 - फैराडे स्थिरांक

बाहर सह-आयन सांद्रता

Ci - अंदर आयनों की सांद्रता

नर्नस्ट समीकरण का उपयोग करके, आप K + के लिए संतुलन ट्रांसमेम्ब्रेन क्षमता की गणना कर सकते हैं, जो आराम क्षमता का मूल्य निर्धारित करता है। लेकिन आराम करने की क्षमता का मूल्य पूरी तरह से डीएफ के साथ मेल नहीं खाता है, क्योंकि सोडियम और क्लोरीन आयन, या बल्कि, उनकी संतुलन क्षमता भी इसके निर्माण में भाग लेते हैं।

यह सिद्ध हो चुका है कि विश्राम क्षमता के निर्माण में मुख्य योगदान निवर्तमान पोटेशियम धारा द्वारा किया जाता है, जो विशिष्ट चैनल प्रोटीन - प्रत्यक्ष धारा पोटेशियम चैनलों के माध्यम से किया जाता है। आराम की स्थिति में, पोटेशियम चैनल खुले होते हैं और सोडियम चैनल बंद होते हैं। पोटेशियम आयन कोशिका को एक सांद्रता प्रवणता के साथ छोड़ते हैं, जो झिल्ली के बाहर सकारात्मक आवेशों की अधिकता पैदा करता है; एक ही समय पर अंदरझिल्लियाँ ऋणात्मक रूप से आवेशित रहती हैं। विश्राम क्षमता के निर्माण में कुछ (छोटा) योगदान तथाकथित "सोडियम-पोटेशियम पंप" के काम से भी होता है, जो एक विशेष झिल्ली एंजाइम - सोडियम-पोटेशियम एटीपीस द्वारा बनता है।

अधिकांश न्यूरॉन्स की विश्राम क्षमता 60 mV - 70 mV के क्रम पर होती है। गैर-उत्तेजक ऊतकों की कोशिकाओं की झिल्ली पर भी संभावित अंतर होता है, जो विभिन्न ऊतकों और जीवों की कोशिकाओं के लिए अलग-अलग होता है।

विश्राम क्षमता का निर्माण

पहला चरण: 3:2 के अनुपात में K+ के लिए Na+ के असमान असममित विनिमय के कारण कोशिका के अंदर थोड़ी सी (-10 mV) नकारात्मकता का निर्माण। परिणामस्वरूप, पोटेशियम के साथ वापस लौटने की तुलना में अधिक धनात्मक आवेश सोडियम के साथ कोशिका से बाहर निकलते हैं। सोडियम-पोटेशियम पंप की यह विशेषता, जो एटीपी ऊर्जा के व्यय के साथ झिल्ली के माध्यम से इन आयनों का आदान-प्रदान करती है, इसकी इलेक्ट्रोजेनेसिटी सुनिश्चित करती है।

पीपी गठन के पहले चरण में झिल्ली आयन एक्सचेंजर पंपों की गतिविधि के परिणाम इस प्रकार हैं:

1. कोशिका में सोडियम आयन (Na+) की कमी।

2. कोशिका में अतिरिक्त पोटैशियम आयन (K+)।

3. झिल्ली पर एक कमजोर विद्युत क्षमता (-10 एमवी) की उपस्थिति।

दूसरा चरण: झिल्ली के माध्यम से K + आयनों के रिसाव के कारण कोशिका के अंदर महत्वपूर्ण (-60 mV) नकारात्मकता का निर्माण। पोटेशियम आयन K+ कोशिका छोड़ देते हैं और उसमें से धनात्मक आवेश ले लेते हैं, जिससे ऋणात्मक आवेश -70 mV हो जाता है।

तो, आराम करने वाली झिल्ली क्षमता कोशिका के अंदर सकारात्मक विद्युत आवेशों की कमी है, जो इसमें से सकारात्मक पोटेशियम आयनों के रिसाव और सोडियम-पोटेशियम पंप की इलेक्ट्रोजेनिक क्रिया के परिणामस्वरूप होती है।

ये दोनों तत्व आवधिक प्रणाली के पहले समूह में हैं - वे पड़ोसी हैं और कई मामलों में एक दूसरे के समान हैं। सक्रिय, विशिष्ट धातुएँ, जिनके परमाणु आसानी से अपने एकमात्र बाहरी इलेक्ट्रॉन से अलग हो जाते हैं, आयनिक अवस्था में चले जाते हैं; ये तत्व प्रकृति में व्यापक रूप से व्यापक, असंख्य लवण बनाते हैं। हालाँकि, बारीकी से जांच करने पर पता चलता है कि सोडियम और पोटेशियम के जैविक कार्य समान नहीं हैं। पोटेशियम लवण मिट्टी द्वारा बेहतर अवशोषित होते हैं, इसलिए पौधों के ऊतकों में अपेक्षाकृत अधिक पोटेशियम होता है, जबकि समुद्री जल में सोडियम लवण प्रबल होते हैं। जैविक मशीनों में ये दोनों आयन कभी एक साथ तो कभी बिल्कुल विपरीत तरीके से काम करते हैं।

दोनों आयन तंत्रिका के माध्यम से विद्युत आवेगों के प्रसार में भाग लेते हैं। आराम करने वाली तंत्रिका में, इसके आंतरिक भाग में, एक नकारात्मक चार्ज केंद्रित होता है (चित्र 20, ए), और बाहरी तरफ एक सकारात्मक चार्ज होता है; पोटेशियम आयनों की सांद्रता तंत्रिका के अंदर सोडियम आयनों की सांद्रता से अधिक होती है। चिढ़ने पर झिल्ली की पारगम्यता बदल जाती है तंत्रिका फाइबर, और सोडियम आयन पोटेशियम आयनों के निकलने के समय की तुलना में तेजी से तंत्रिका में प्रवेश करते हैं (चित्र 20, बी)। नतीजतन, तंत्रिका फाइबर के बाहर एक नकारात्मक चार्ज दिखाई देता है (वहां पर्याप्त धनायन नहीं है), और एक सकारात्मक चार्ज तंत्रिका के अंदर दिखाई देता है (जहां अब धनायनों की अधिकता है) (चित्र 20, सी)। फाइबर के बाहरी तरफ, सोडियम आयनों का प्रसार पड़ोसी क्षेत्रों से उस क्षेत्र तक होने लगता है जहां इस धातु के आयन समाप्त हो जाते हैं। ऊर्जावान प्रसार से पड़ोसी क्षेत्रों में नकारात्मक चार्ज की उपस्थिति होती है (चित्र 20, डी), और मूल क्षेत्र में मूल स्थिति बहाल हो जाती है। इस प्रकार, ध्रुवीकरण की स्थिति (प्लस - अंदर, माइनस - बाहर) तंत्रिका फाइबर के साथ चली गई। फिर सभी प्रक्रियाएं दोहराई जाती हैं, और तंत्रिका आवेग पूरी तंत्रिका में काफी तेजी से फैलता है। नतीजतन, तंत्रिका के साथ विद्युत आवेग के प्रसार का तंत्र सोडियम और पोटेशियम आयनों के संबंध में तंत्रिका फाइबर झिल्ली की अलग-अलग पारगम्यता के कारण होता है।

कुछ पदार्थों के प्रति कोशिका झिल्ली की पारगम्यता का प्रश्न अत्यंत महत्वपूर्ण है। किसी जैविक झिल्ली के माध्यम से किसी पदार्थ का गुजरना हमेशा एक छिद्रपूर्ण विभाजन के माध्यम से सरल प्रसार जैसा नहीं होता है। उदाहरण के लिए, ग्लूकोज और अन्य कार्बोहाइड्रेट एक विशेष ट्रांसपोर्टर का उपयोग करके लाल रक्त कोशिका झिल्ली से गुजरते हैं जो अणुओं को झिल्ली के माध्यम से ले जाता है। इस मामले में, विशेष शर्तों को पूरा किया जाना चाहिए - कार्बोहाइड्रेट अणु का एक निश्चित आकार होना चाहिए, इसे मोड़ना चाहिए ताकि इसका समोच्च कुर्सी की रूपरेखा पर ले जाए, अन्यथा स्थानांतरण नहीं हो सकता है। बाहरी वातावरण में कार्बोहाइड्रेट की सांद्रता एरिथ्रोसाइट के अंदर की तुलना में अधिक होती है, इसलिए इस स्थानांतरण को निष्क्रिय कहा जाता है।

ऐसे मामले होते हैं जब झिल्ली कुछ आयनों के लिए कसकर बंद हो जाती है: विशेष रूप से, माइटोकॉन्ड्रिया में, आंतरिक झिल्ली पोटेशियम आयनों को बिल्कुल भी गुजरने की अनुमति नहीं देती है। हालाँकि, ये आयन माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करते हैं यदि पर्यावरण में एंटीबायोटिक वैलिनोमाइसिन या ग्रैमिसिडिन मौजूद हैं। वैलिनोमाइसिन मुख्य रूप से पोटेशियम आयनों में माहिर है (यह रुबिडियम और सीज़ियम आयनों का भी परिवहन कर सकता है), और ग्रैमिसिडिन, पोटेशियम के अलावा, सोडियम, लिथियम, रुबिडियम और सीज़ियम आयनों का भी परिवहन करता है।

यह पाया गया कि ऐसे कंडक्टरों के अणुओं में स्टीयरिंग व्हील का आकार होता है, छेद की त्रिज्या ऐसी होती है कि पोटेशियम, सोडियम या अन्य क्षार धातु का एक आयन स्टीयरिंग व्हील के अंदर रखा जाता है। इन एंटीबायोटिक्स को आयनोफोरस ("आयन वाहक") कहा जाता था। चित्र में. चित्र 21 वैलिनोमाइसिन और ग्रैमिसिडिन के अणुओं द्वारा झिल्ली के माध्यम से आयनों के स्थानांतरण के चित्र दिखाता है। यह बहुत संभव है कि विभिन्न सूक्ष्मजीवों पर एंटीबायोटिक्स का विषाक्त प्रभाव इस तथ्य के कारण होता है कि उनकी उपस्थिति में, झिल्ली उन आयनों को अंदर जाने देना शुरू कर देती है जिन्हें वहां नहीं होना चाहिए; यह सूक्ष्मजीव कोशिका की रासायनिक प्रणालियों के कामकाज को बाधित करता है और उसकी मृत्यु या गंभीर विकारों की ओर ले जाता है जो उसके प्रजनन को रोक देता है।

झिल्लियों के माध्यम से सक्रिय परिवहन जैविक मशीनों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है (अध्याय 8 देखें)। सवाल उठता है: सक्रिय स्थानांतरण के लिए आवश्यक ऊर्जा कहाँ से आती है, और क्या इसे विशेष वाहक के बिना ले जाना संभव है?

जहां तक ​​ऊर्जा का सवाल है, यह अंततः उन्हीं सार्वभौमिक अणुओं एटीपी या क्रिएटिन फॉस्फेट द्वारा वितरित की जाती है, जिसके हाइड्रोलिसिस के साथ बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है। लेकिन वाहकों के संबंध में, प्रश्न कम स्पष्ट है, हालांकि इसमें कोई संदेह नहीं है कि पोटेशियम और सोडियम धातु आयनों के बिना ऐसा करना असंभव है।

कोशिका में विभिन्न पदार्थों (प्रोटीन और खनिज) की सांद्रता पर्यावरण की तुलना में अधिक होती है; इस कारण से, अक्सर कोशिका में पानी के अत्यधिक प्रवेश (ऑस्मोसिस के परिणामस्वरूप) का खतरा रहता है। इससे छुटकारा पाने के लिए, कोशिका सोडियम आयनों को पर्यावरण में पंप करती है और इस तरह आसमाटिक दबाव को बराबर कर देती है। इस कारण से, कोशिका में सोडियम आयनों की सांद्रता पर्यावरण की तुलना में कम होती है। यहां फिर से सोडियम और पोटेशियम के बीच का अंतर सामने आया है। सोडियम हटा दिया जाता है, और कोशिका के अंदर पोटेशियम आयनों की सांद्रता अपेक्षाकृत अधिक होती है। इस प्रकार, एक लाल रक्त कोशिका में सोडियम की तुलना में लगभग पांच गुना अधिक पोटेशियम होता है।

और मांसपेशियों में पोटेशियम की मात्रा अधिक होती है: प्रति 100 ग्राम कच्चा मांसपेशियों का ऊतकपोटेशियम में 366 मिलीग्राम और सोडियम 65 मिलीग्राम होता है। मांसपेशियों में पोटेशियम एक्टिन के गोलाकार रूप को फाइब्रिलर रूप में संक्रमण की सुविधा प्रदान करता है, जो मायोसिन के साथ जुड़ता है (ऊपर देखें)।

ऐसे कुछ मामले हैं जहां पोटेशियम आयनों द्वारा सक्रिय एक एंजाइम सोडियम आयनों द्वारा बाधित होता है, और इसके विपरीत। इसलिए, एक ऐसे एंजाइम की खोज ने, जिसकी क्रिया के लिए दोनों आयनों की आवश्यकता होती है, जैव रसायनज्ञों का ध्यान आकर्षित किया। यह एंजाइम एटीपी के हाइड्रोलिसिस को तेज करता है और इसे (K + Na) ATPase कहा जाता है। इसकी भूमिका और कार्रवाई के तंत्र को समझने के लिए, हमें फिर से स्थानांतरण प्रक्रियाओं की ओर मुड़ना होगा।

जैसा कि हमने पहले ही संकेत दिया है, कोशिकाओं के अंदर पोटेशियम आयनों की सांद्रता बढ़ जाती है, और आसपास के सेलुलर वातावरण में अपेक्षाकृत अधिक सोडियम होता है। कोशिका से सोडियम आयनों के पंपिंग से कोशिका में पोटेशियम आयनों के साथ-साथ अन्य पदार्थों (ग्लूकोज, अमीनो एसिड) का प्रवेश बढ़ जाता है। सोडियम और पोटेशियम आयनों का आदान-प्रदान "आयन के लिए आयन" सिद्धांत के अनुसार किया जा सकता है, और फिर कोशिका झिल्ली के दोनों तरफ कोई संभावित अंतर नहीं होता है। लेकिन यदि कोशिका के अंदर सोडियम आयनों की तुलना में अधिक पोटेशियम आयन हैं, तो संभावित उछाल (लगभग 100 एमवी) हो सकता है; सोडियम पंपिंग प्रणाली को "सोडियम पंप" कहा जाता है। यदि कोई संभावित अंतर दिखाई देता है, तो "इलेक्ट्रोजेनिक सोडियम पंप" शब्द का उपयोग किया जाता है।

कोशिका में बड़ी मात्रा में पोटेशियम आयनों का प्रवेश आवश्यक हो जाता है, क्योंकि पोटेशियम आयन प्रोटीन संश्लेषण (राइबोसोम में) को बढ़ावा देते हैं और ग्लाइकोलाइसिस की प्रक्रिया को भी तेज करते हैं।

कोशिका झिल्ली में (K + Na) ATPase होता है, एक प्रोटीन जिसका आणविक भार 670,000 है, जो अभी तक झिल्ली से अलग नहीं हुआ है। यह एंजाइम एटीपी को हाइड्रोलाइज करता है, और हाइड्रोलिसिस से प्राप्त ऊर्जा का उपयोग इसे बढ़ती एकाग्रता की दिशा में स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है।

(K + Na) ATPase की एक उल्लेखनीय संपत्ति यह है कि, एटीपी हाइड्रोलिसिस की प्रक्रिया में, यह कोशिका के अंदर से सोडियम आयनों द्वारा सक्रिय होता है (और इस तरह सोडियम का उत्सर्जन सुनिश्चित करता है), और कोशिका के बाहर से (पर्यावरण से) सक्रिय होता है। पोटेशियम आयनों द्वारा (कोशिका में उनके परिचय की सुविधा); परिणामस्वरूप, कोशिका के लिए आवश्यक इन धातुओं के आयनों का वितरण होता है। यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि कोशिका में सोडियम आयनों को किसी अन्य आयन द्वारा प्रतिस्थापित नहीं किया जा सकता है। ATPase आंतरिक रूप से केवल सोडियम आयनों द्वारा सक्रिय होता है, लेकिन बाहरी रूप से कार्य करने वाले पोटेशियम आयनों को रुबिडियम या अमोनियम आयनों द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है।

व्यक्तिगत अंगों, विशेष रूप से हृदय के कार्यों के लिए, न केवल पोटेशियम, सोडियम, कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों की सांद्रता महत्वपूर्ण है, बल्कि उनका अनुपात भी महत्वपूर्ण है, जो कुछ सीमाओं के भीतर होना चाहिए। मानव रक्त में इन आयनों की सांद्रता का अनुपात समुद्री जल की संबंधित अनुपात विशेषता से बहुत भिन्न नहीं है। यह संभव है कि आदिम महासागर के पानी में या इसके उथले पानी में उत्पन्न होने वाले जीवन के पहले रूपों से लेकर इसके उच्चतम रूपों तक जैविक विकास ने सुदूर अतीत के कुछ रासायनिक "छाप" को बरकरार रखा है...

इस अध्याय की शुरुआत में लौटते हुए, हम फिर से आयनों की बहुक्रियाशीलता, जीवों में विभिन्न प्रकार के कर्तव्यों को पूरा करने की उनकी क्षमता को याद करते हैं। कैल्शियम, सोडियम, पोटेशियम और कोबाल्ट इस क्षमता को अलग-अलग तरीकों से प्रदर्शित करते हैं। कोबाल्ट एक मजबूत कोरिन-प्रकार का कॉम्प्लेक्स बनाता है, और यह कॉम्प्लेक्स पहले से ही विभिन्न प्रकार की प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करता है। कैल्शियम, सोडियम, पोटैशियम उत्प्रेरक का कार्य करते हैं। लेकिन मैग्नीशियम आयन एक उत्प्रेरक के रूप में और एक मजबूत जटिल यौगिक - क्लोरोफिल, प्रकृति द्वारा बनाए गए सबसे महत्वपूर्ण यौगिकों में से एक के घटक के रूप में कार्य कर सकता है।

उत्कृष्ट वैज्ञानिक के.ए. तिमिर्याज़ेव ने क्लोरोफिल पर एक काम समर्पित किया, जिसे उन्होंने "द सन, लाइफ एंड क्लोरोफिल" कहा, जिसमें यह संकेत दिया गया कि यह क्लोरोफिल ही वह कड़ी है जो सूर्य पर ऊर्जा रिलीज की प्रक्रियाओं को पृथ्वी पर जीवन के साथ जोड़ती है।

अगले अध्याय में हम इस दिलचस्प यौगिक के गुणों को देखेंगे।

एमपीपी के गठन के लिए, की उपस्थिति: 1) साइटोसोल और बाह्य कोशिकीय वातावरण के बीच आयनिक ट्रांसमेम्ब्रेन ग्रेडिएंट आवश्यक है (प्रमुख भूमिका सोडियम और पोटेशियम आयनों द्वारा निभाई जाती है); 2) आयनों के लिए झिल्ली की अलग-अलग पारगम्यता, जो झिल्ली के आयन चैनलों द्वारा निर्धारित होती है।

ग्रेडिएंट्स का परिमाण: कोशिका के साइटोसोल में K + बाह्य कोशिकीय वातावरण की तुलना में लगभग 33 गुना अधिक है; कोशिका में Na + लगभग 14 गुना कम है, C1 20 गुना कम है, और Ca 2+ बाह्य कोशिकीय वातावरण की तुलना में हजारों गुना कम है।

ग्रेडिएंट निर्माण के तंत्र: पोटेशियम-सोडियम पंप Na + और K + ग्रेडिएंट बनाता है (चित्र 1.2.3)। C1~ ग्रेडिएंट कोशिका से उनके संयुक्त परिवहन के दौरान K+ ग्रेडिएंट की ऊर्जा के उपयोग के साथ-साथ CI/HCO3 आयन एक्सचेंजर का उपयोग करके बाइकार्बोनेट के लिए इसके आदान-प्रदान के परिणामस्वरूप बनाया जाता है। Ca 2+ पंप और Na+ के लिए आयन एक्सचेंज का उपयोग करके आयनों को कोशिका से सक्रिय रूप से हटा दिया जाता है।

चावल। 1.2.3.कोशिका झिल्ली में पोटेशियम-सोडियम पंप। एक एटीपी अणु के फॉस्फेट समूह की ऊर्जा का उपयोग करते हुए, पंप दो K + आयनों को बाह्य तरल पदार्थ से कोशिका साइटोसोल में एकाग्रता ढाल के विरुद्ध और तीन Na + आयनों को विपरीत दिशा में स्थानांतरित करता है।

आयनों के लिए झिल्ली की भिन्न पारगम्यता आयन चैनलों की उपस्थिति, उनकी संख्या और स्थिति से निर्धारित होती है।

आयन चैनल -अभिन्न झिल्ली प्रोटीन जिसमें कई उपइकाइयाँ होती हैं जो एक उद्घाटन (छिद्र) बनाती हैं और अधिक या कम चयनात्मकता के साथ, अकार्बनिक आयनों को एकाग्रता और विद्युत ग्रेडिएंट्स के साथ कोशिका के अंदर या बाहर जाने देने में सक्षम होती हैं (चित्र 1.2.4)।

चावल। 1.2.4.

ए- गेट तंत्र के बिना रिसाव चैनल; ईश्वर- गेट तंत्र वाले चैनल: बी- चैनल बंद है, संभावित रूप से सक्रिय है, वी-चैनल खुला है, जी- चैनल बंद है, निष्क्रिय है; डी- झिल्ली की लिपिड बाईलेयर; 1 - चयनात्मक फ़िल्टर;

2 - सक्रियण द्वार; 3 - निष्क्रियता द्वार

चैनल में एक अनुभाग है जो "चयनात्मक फिल्टर" (डी = 0.3-0.6 एनएम) के रूप में कार्य करता है, जिसके माध्यम से आयन आंशिक या पूर्ण नुकसान के बाद गुजर सकता है पानी का खोल. 1 सेकंड के भीतर 20 मिलियन आयन एक आयन चैनल से गुजर सकते हैं, इसलिए चैनल की आयन धाराएं आयन पंप और आयन एक्सचेंजर्स के संचालन से जुड़ी आयन धाराओं से कई गुना अधिक होती हैं।

आयन चैनल कई प्रकार के होते हैं। चैनलों में एक गेट तंत्र होता है जो निर्धारित करता है बंद किया हुआ(संभावित रूप से सक्रिय), खुला(सक्रिय) या बंद किया हुआ(निष्क्रिय) चैनल स्थिति. चैनल की पारगम्यता ("गेट" स्थिति) को निम्न द्वारा नियंत्रित किया जाता है: 1) झिल्ली के ध्रुवीकरण को बदलना (वोल्टेज-नियंत्रित चैनल); 2) प्रभाव रासायनिक पदार्थ- न्यूरोट्रांसमीटर, हार्मोन, दवाएं (कीमो-नियंत्रित चैनल); 3) झिल्ली विरूपण (मैकेनोसेंसिव चैनल)।

वोल्टेज नियंत्रित चैनल(सोडियम, पोटेशियम, कैल्शियम, क्लोराइड) उत्तेजक कोशिकाओं में पाए जाते हैं। उनके पास एक द्विध्रुवीय के रूप में एक गेट "कण" (चैनल सेंसर) होता है, जिसके सिरों पर विपरीत चार्ज स्थित होते हैं। गेट प्रतिक्रिया समय (मिलीसेकंड से सेकंड तक) के आधार पर, चैनलों को तेज़ और धीमे में विभाजित किया गया है। उत्तेजनीय कोशिकाओं की झिल्ली के वे हिस्से जिनमें ऐसे चैनल होते हैं, उत्तेजनीय झिल्लियाँ कहलाते हैं (केवल उनमें ही क्रिया क्षमता का निर्माण संभव है)।

रसायन नियंत्रित चैनल("रिसेप्टर चैनल", "आयनोट्रोपिक रिसेप्टर") रिसेप्टर का हिस्सा हैं, जिस पर बायोएक्टिव पदार्थ कार्य करते हैं: न्यूरोट्रांसमीटर - एसिटाइलकोलाइन, जीएबीए, ग्लूटामेट, आदि, हार्मोन, दवाइयाँ(उदाहरण के लिए, एम-कोलीनर्जिक रिसेप्टर, जीएबीए ए रिसेप्टर, आदि)।

मैकेनोसेंसिव चैनल(एमसीपी) यांत्रिक उत्तेजनाओं, हाइड्रोस्टैटिक और आसमाटिक दबाव की कार्रवाई के तहत झिल्ली विरूपण के जवाब में चालकता बदलते हैं। हाइलाइट विभिन्न प्रकारएमसीपी: झिल्ली के खिंचाव से सक्रिय और बाधित चैनल; धनायनित (पोटेशियम, कैल्शियम, गैर-चयनात्मक), आयन चैनल, आदि। वे झिल्ली की विद्युत क्षमता को बदलने और वोल्टेज-गेटेड चैनलों को सक्रिय करने के लिए पर्याप्त धाराएं बना सकते हैं।

शारीरिक आराम की स्थिति में, झिल्ली पारगम्यता (पी) मुख्य रूप से रिसाव चैनलों द्वारा निर्धारित की जाती है। यह Na+ के लिए बहुत कम, C1_ के लिए औसत और K+ के लिए अधिक है। यदि पी आर+ स्वीकार करें

प्रति इकाई, फिर P k+ : P sg: P Na+ = 1: 0.4: 0.04.

आराम झिल्ली क्षमता की घटना के तंत्र। कोशिका से रिसाव चैनलों के माध्यम से संतुलन क्षमता (ई के+ = -94 एमवी) तक के+ का प्रसार एमपीपी गठन का मुख्य तंत्र है

(K+ एक ध्रुवीकरण आयन के रूप में)। K + के लिए संतुलन क्षमता (ई आयन) वह क्षमता है जिस पर दो बलों की समानता होती है: रासायनिक ढाल के साथ आयन की गति का बल और विपरीत इलेक्ट्रोस्टैटिक बल। जब ये बल बराबर होते हैं तो आयन का प्रसार रुक जाता है। इलेक्ट्रोस्टैटिक बल (आवेश अंतर) द्वारा कोशिका से K+ का प्रसार अपने साथ साइटोसोलिक आयनों (प्रोटीन, फॉस्फेट) को ले जाता है, जो कोशिका झिल्ली की आंतरिक सतह के पास रुकते हैं, उनके लिए अभेद्य, एक नकारात्मक झिल्ली क्षमता बनाते हैं।

पोटेशियम-सोडियम पंप का असममित संचालन (2 K + आयनों को कोशिका में ले जाने के लिए, 3 Na + आयनों को इससे हटा दिया जाता है) झिल्ली ध्रुवीकरण (लगभग -10 एमवी) बनाता है और एमपीपी के गठन के लिए दूसरा तंत्र है (देखें) चित्र 1.2.3).

सेल में रिसाव चैनलों के माध्यम से Na + का एक छोटा सा प्रसार (E Na + = +60 mV) वास्तविक MPP को E k + से कुछ कम बनाता है

(Na+ एक विध्रुवण आयन के रूप में)।

एमपीपी की कार्यात्मक भूमिका. नकारात्मक झिल्ली क्षमता और मुख्य रूप से सोडियम आयनों का बाह्य कोशिकीय स्थान Na + के लिए एक बड़ा इलेक्ट्रोमोटिव बल बनाता है, जिसका उद्देश्य कोशिका में इस धनायन की गति है। खुले Na + -Ka- चैनलों के साथ, यह बल जैव क्षमता (विध्रुवण चरण) के विकास में Na + की उत्कृष्ट भूमिका निर्धारित करता है। उत्तेजनीय और गैर-उत्तेजक कोशिकाओं के ट्रांसपोर्टरों और आयन एक्सचेंजर्स की गतिविधि में, यह द्वितीयक सक्रिय परिवहन की अनुमति देता है: इलेक्ट्रोमोटिव बल Na + का उपयोग अमीनो एसिड और ग्लूकोज को कोशिका में ले जाने, या कोशिका से कैल्शियम और हाइड्रोजन आयनों को हटाने के लिए किया जाता है।

विध्रुवण का संभावित और गंभीर स्तर। उत्तेजनीय कोशिकाओं की मुख्य क्षमता क्रिया क्षमता (एपी) है। इस मामले में, प्राकृतिक परिस्थितियों में अड़चन बायोपोटेंशियल्स (रिसेप्टर, सिनैप्टिक) और उनके बायोक्यूरेंट्स हैं, जो वोल्टेज-नियंत्रित आयन चैनलों वाली झिल्ली को विध्रुवित करते हैं। एपी तब होता है जब उत्तेजना झिल्ली को एक महत्वपूर्ण स्तर (लगभग 15-20 एमवी) तक विध्रुवित करने में सक्षम होती है। यदि उत्तेजना की कार्रवाई के तहत विध्रुवण महत्वपूर्ण स्तर तक नहीं पहुंचता है, यानी। उत्तेजना सबथ्रेशोल्ड है, एपी घटित नहीं होता है, लेकिन एक पूर्वसंभावना बनती है।

प्रीपोटेंशियल (स्थानीय प्रतिक्रिया) एक स्थानीय क्षमता है जो झिल्ली के उन्हीं क्षेत्रों में सबथ्रेशोल्ड उत्तेजनाओं की कार्रवाई से उत्पन्न होती है जहां कार्रवाई क्षमता होती है (यानी, वोल्टेज-नियंत्रित चैनल)। प्रीपोटेंशियल सबथ्रेशोल्ड क्षेत्र (एमपीपी और विध्रुवण के महत्वपूर्ण स्तर के बीच) में स्थित है और इसमें विध्रुवण और पुनर्ध्रुवीकरण के चरण हैं (चित्र 1.2.5)।

पूर्वसंभाव्यता की घटना के तंत्र.एक सबथ्रेशोल्ड उत्तेजना की कार्रवाई के तहत, विध्रुवण होता है, जो वोल्टेज-नियंत्रित 1Cha + चैनलों के खुलने और कोशिका में Na + -TOKOM के प्रवेश से जुड़ा होता है, जो विध्रुवण के महत्वपूर्ण स्तर तक नहीं पहुंचता है। विध्रुवण धीमे वोल्टेज-गेटेड K + चैनल भी खोलता है, जो सेल से निकलने वाले K + करंट को बढ़ाता है और फिर पुनर्ध्रुवीकरण चरण का कारण बनता है। प्रीपोटेंशियल के दौरान, सेल में प्रवेश करने वाला Na + -TOK वोल्टेज-गेटेड चैनलों और K + -लीक चैनलों के माध्यम से सेल छोड़ने वाले K + -करंट से कम होता है। इसलिए, उप-सीमा उत्तेजना की समाप्ति के बाद, पूर्वसंभावना गायब हो जाती है।

चावल। 1.2.5.स्थानीय प्रतिक्रिया की योजना (पूर्वसंभावित) और कार्रवाई क्षमता: 7 - विध्रुवण; 2-पुनर्ध्रुवीकरण

पूर्वसंभाव्यता के गुण.पूर्वसंभाव्यता का आयाम सीधे तौर पर उत्तेजना की ताकत पर निर्भर करता है; यह "शक्ति" के नियम के अनुसार उत्पन्न होता है (इसका आयाम उत्तेजना की ताकत के समानुपाती होता है)। पूर्वसंभाव्यताएं सारांशित करने में सक्षम हैं; यदि उत्तेजनाओं के बीच का अंतराल पूर्वसंभावना के अस्तित्व की अवधि से कम है, तो नई पूर्वसंभावना को पिछले एक के साथ सारांशित किया जाएगा। नतीजतन, उच्च-आवृत्ति सबथ्रेशोल्ड उत्तेजनाएं झिल्ली को एक महत्वपूर्ण स्तर तक विध्रुवित कर सकती हैं और एपी का कारण बन सकती हैं। प्रीपोटेंशियल के दौरान उत्तेजना बढ़ जाती है। पूर्वसंभाव्यता का प्रसार कम दूरी (आमतौर पर 1 मिमी के भीतर) पर आयाम क्षीणन के साथ होता है।

विध्रुवण का गंभीर स्तर(सीयूडी, या क्रिटिकल पोटेंशियल - ई करोड़) - वह स्तर जिस पर झिल्ली विध्रुवण एक पुनर्योजी (स्वयं-सुदृढीकरण) चरित्र ले सकता है, जो एक एक्शन पोटेंशिअल के विकास का संकेत देता है। इस मामले में, सेल में प्रवेश करने वाला Na + -TOK सेल छोड़ने वाले K + - करंट के बराबर है, जो झिल्ली की विद्युत अस्थिरता की विशेषता है - प्रक्रिया समान रूप से विध्रुवण और एपी गठन की दिशा में और दोनों में आगे बढ़ सकती है। पुनर्ध्रुवीकरण की दिशा और पूर्वसंभावना द्वारा सीमित होना। एक उत्तेजना जो एमपीपी को सीयूडी में विध्रुवित करती है, कहलाती है दहलीज प्रोत्साहन. KUD और MPP के बीच के अंतर के बराबर क्षमता के परिमाण को कहा जाता है दहलीज क्षमता(पीपी = एमपीपी - केयूडी), यह कोशिका की उत्तेजना को दर्शाता है (पीपी जितना छोटा होगा, उत्तेजना उतनी ही अधिक होगी, और इसके विपरीत)

आसमाटिक संतुलन स्थापित करने की प्रक्रिया में कोशिका के साइटोप्लाज्म से सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए पोटेशियम आयन पर्यावरण में प्रवेश करते हैं। कार्बनिक अम्ल आयन, जो साइटोप्लाज्म में पोटेशियम आयनों के चार्ज को बेअसर करते हैं, कोशिका को नहीं छोड़ सकते हैं, हालांकि, पोटेशियम आयन, जिनकी साइटोप्लाज्म में सांद्रता पर्यावरण की तुलना में अधिक होती है, साइटोप्लाज्म से तब तक फैलते रहते हैं जब तक कि उनके द्वारा बनाया गया विद्युत चार्ज शुरू नहीं हो जाता। कोशिका झिल्ली पर उनकी सांद्रता प्रवणता को संतुलित करने के लिए।

विश्वकोश यूट्यूब

1 / 3

✪ झिल्ली क्षमता - भाग 1

✪ विश्राम क्षमता: - 70 एमवी। विध्रुवीकरण, पुनर्ध्रुवीकरण

✪ आराम करने की क्षमता

उपशीर्षक

मैं एक छोटा सेल बनाऊंगा. यह एक विशिष्ट कोशिका होगी, और यह पोटेशियम से भरी होती है। हम जानते हैं कि कोशिकाएं इसे अपने अंदर संग्रहित करना पसंद करती हैं। ढेर सारा पोटैशियम. मान लीजिए कि इसकी सांद्रता लगभग 150 मिलीमोल प्रति लीटर है। पोटेशियम की भारी मात्रा. आइए इसे कोष्ठक में रखें क्योंकि कोष्ठक एकाग्रता का प्रतिनिधित्व करते हैं। इसमें बाहरी तौर पर भी कुछ पोटैशियम मौजूद होता है। यहां सांद्रता लगभग 5 मिलीमोल प्रति लीटर होगी। मैं तुम्हें दिखाऊंगा कि एकाग्रता प्रवणता कैसे स्थापित की जाएगी। यह अपने आप नहीं होता. इसके लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। दो पोटेशियम आयनों को कोशिका में पंप किया जाता है, और उसी समय तीन सोडियम आयन कोशिका छोड़ देते हैं। इस प्रकार प्रारंभ में पोटैशियम आयन अंदर प्रवेश करते हैं। अब जब वे अंदर आ गए हैं, तो क्या वे अकेले वहां रहेंगे? बिल्कुल नहीं। वे ऋणात्मक आवेश वाले आयनों, छोटे अणुओं या परमाणुओं को ढूंढते हैं और उनके पास बस जाते हैं। इस प्रकार कुल आवेश उदासीन हो जाता है। प्रत्येक धनायन का अपना ऋणायन होता है। और आमतौर पर ये आयन प्रोटीन होते हैं, कुछ प्रकार की संरचनाएं जिनमें नकारात्मक पक्ष श्रृंखला होती है। यह क्लोराइड हो सकता है, या, उदाहरण के लिए, फॉस्फेट। कुछ भी। इनमें से कोई भी आयन करेगा. मैं कुछ और ऋणायन बनाऊंगा। तो यहां दो पोटेशियम आयन हैं जो अभी-अभी कोशिका के अंदर आए हैं, अब यह सब कुछ ऐसा दिखता है। यदि सब कुछ अच्छा और स्थिर है, तो वे ऐसे ही दिखते हैं। और वास्तव में, पूरी तरह से निष्पक्ष होने के लिए, यहां पोटेशियम आयनों के साथ-साथ छोटे आयन भी पाए जाते हैं। कोशिका में छोटे-छोटे छिद्र होते हैं जिनसे होकर पोटैशियम बाहर निकल सकता है। आइए देखें कि यह कैसा दिखेगा और यहां जो हो रहा है उस पर इसका क्या प्रभाव पड़ेगा। तो हमारे पास ये छोटे चैनल हैं। केवल पोटैशियम ही उनसे होकर गुजर सकता है। यानी ये चैनल पोटेशियम के लिए बहुत विशिष्ट हैं। उनके बीच से और कुछ नहीं गुजर सकता. न तो आयन और न ही प्रोटीन। ऐसा प्रतीत होता है कि पोटेशियम आयन इन चैनलों की तलाश कर रहे हैं और तर्क कर रहे हैं: “वाह, कितना दिलचस्प है! यहाँ बहुत सारा पोटैशियम है! हमें बाहर जाना चाहिए।" और ये सभी पोटेशियम आयन आसानी से कोशिका छोड़ देते हैं। वे बाहर जाते हैं. और परिणामस्वरूप, एक दिलचस्प बात घटती है। उनमें से अधिकांश बाहर की ओर चले गये हैं। लेकिन बाहर पहले से ही कई पोटेशियम आयन मौजूद हैं। मैंने कहा कि यहां यह छोटा सा आयन है और यह सैद्धांतिक रूप से अंदर आ सकता है। वह चाहे तो इस कोठरी में प्रवेश कर सकता है। लेकिन तथ्य यह है कि कुल मिलाकर, आपकी अंदर की तुलना में बाहर की ओर अधिक गतिविधियां होती हैं। अब मैं इस पथ को मिटा रहा हूं क्योंकि मैं चाहता हूं कि आप याद रखें कि हमारे पास अधिक पोटेशियम आयन हैं जो एकाग्रता ढाल के कारण बाहर आना चाहते हैं। यह पहला चरण है. मुझे इसे लिखने दीजिए. सांद्रण प्रवणता पोटेशियम को बाहर की ओर ले जाने का कारण बनती है। पोटैशियम बाहर की ओर निकलना शुरू हो जाता है। पिंजरा छोड़ देता है. तो क्या? आइए मैं उसे बाहर जाने की प्रक्रिया में चित्रित करूं। यह पोटेशियम आयन अब यहाँ है, और यह यहाँ है। केवल ऋणायन ही बचे हैं। पोटैशियम निकल जाने के बाद भी वे बने रहे। और ये ऋणायन ऋणात्मक आवेश उत्पन्न करने लगते हैं। बहुत बड़ा नकारात्मक चार्ज. केवल कुछ ऋणायन ही आगे-पीछे घूमते हुए ऋणात्मक आवेश उत्पन्न करते हैं। और बाहर के पोटेशियम आयन सोचते हैं कि यह सब बहुत दिलचस्प है। यहां ऋणात्मक आवेश है। और चूँकि यह वहाँ है, वे इसकी ओर आकर्षित होते हैं, क्योंकि उन पर स्वयं एक सकारात्मक चार्ज होता है। वे ऋणात्मक आवेश की ओर आकर्षित होते हैं। वे वापस आना चाहते हैं. अब इसके बारे में सोचो. आपके पास एक एकाग्रता प्रवणता है जो पोटेशियम को बाहर धकेलती है। लेकिन, दूसरी ओर, एक झिल्ली क्षमता है - इस मामले में नकारात्मक - जो इस तथ्य के कारण उत्पन्न होती है कि पोटेशियम ने एक आयन को पीछे छोड़ दिया है। यह क्षमता पोटैशियम को वापस प्रवाहित होने के लिए प्रेरित करती है। एक बल, सांद्रण, पोटेशियम आयन को बाहर धकेलता है, दूसरा बल, झिल्ली क्षमता, जो पोटेशियम द्वारा निर्मित होता है, इसे वापस अंदर धकेलता है। मैं कुछ जगह खाली कर दूंगा. अब मैं तुम्हें कुछ दिलचस्प दिखाऊंगा। आइए दो वक्र बनाएं। मैं कोशिश करूँगा कि इस स्लाइड पर कुछ भी न छूटे। मैं यहां सब कुछ खींचूंगा और फिर इसका एक छोटा सा टुकड़ा दिखाई देगा। हम दो वक्र बनाते हैं। उनमें से एक एकाग्रता ढाल के लिए होगा, और दूसरा झिल्ली क्षमता के लिए होगा। ये बाहर पोटेशियम आयन होंगे। यदि आप समय के साथ उनका अनुसरण करते हैं - इस बार - तो आपको कुछ इस तरह मिलता है। पोटेशियम आयन बाहर निकलते हैं और एक निश्चित बिंदु पर संतुलन तक पहुंचते हैं। आइए इस अक्ष पर समय के साथ भी ऐसा ही करें। यह हमारी झिल्ली क्षमता होगी. हम शून्य समय बिंदु पर शुरू करते हैं और नकारात्मक परिणाम प्राप्त करते हैं। ऋणात्मक आवेश बड़ा और बड़ा होता जाएगा। हम झिल्ली क्षमता के शून्य बिंदु पर शुरू करते हैं, और यह वह बिंदु है जहां पोटेशियम आयन बाहर निकलना शुरू करते हैं, निम्नलिखित होता है। में सामान्य रूपरेखासब कुछ बहुत समान है, लेकिन ऐसा घटित होता है मानो एकाग्रता प्रवणता में परिवर्तन के समानांतर हो। और जब ये दोनों मान एक-दूसरे के बराबर हो जाते हैं, जब बाहर जाने वाले पोटेशियम आयनों की संख्या वापस आने वाले पोटेशियम आयनों की संख्या के बराबर होती है, तो आपको यह पठार मिलता है। और पता चला कि चार्ज माइनस 92 मिलीवोल्ट है। इस बिंदु पर, जहां पोटेशियम आयनों की कुल गति के संदर्भ में व्यावहारिक रूप से कोई अंतर नहीं है, संतुलन देखा जाता है। इसका अपना नाम भी है - "पोटेशियम के लिए संतुलन क्षमता"। जब मान माइनस 92 तक पहुंच जाता है - और यह आयनों के प्रकार के आधार पर भिन्न होता है - जब पोटेशियम के लिए माइनस 92 तक पहुंच जाता है, तो एक संभावित संतुलन बनाया जाता है। मैं लिखता हूं कि पोटेशियम का चार्ज माइनस 92 है। यह केवल तब होता है जब कोशिका केवल एक तत्व के लिए पारगम्य होती है, उदाहरण के लिए, पोटेशियम आयन। और फिर भी एक सवाल उठ सकता है. आप सोच रहे होंगे, “ठीक है, एक सेकंड रुकें! यदि पोटेशियम आयन बाहर की ओर बढ़ते हैं - जो वे करते हैं - तो क्या हमारे पास एक निश्चित बिंदु पर कम सांद्रता नहीं है क्योंकि पोटेशियम पहले ही यहां से जा चुका है, और यहां उच्च सांद्रता पोटेशियम के बाहर की ओर बढ़ने से प्राप्त होती है? तकनीकी रूप से यह है. यहाँ, बाहर, अधिक पोटेशियम आयन हैं। और मैंने यह नहीं बताया कि वॉल्यूम भी बदलता है। यहां अधिक सांद्रता प्राप्त होती है। और यही बात कोशिका के लिए भी सत्य है। तकनीकी तौर पर वहां कम सांद्रता है. लेकिन मैंने वास्तव में मूल्य नहीं बदला। और इसका कारण ये है. इन मूल्यों को देखो, ये पतंगे हैं। और यह बहुत बड़ी संख्या है, क्या आप सहमत नहीं हैं? 6.02 गुणा 10 से घात शून्य से 23 बिल्कुल भी छोटी संख्या नहीं है। और यदि आप इसे 5 से गुणा करते हैं, तो आपको लगभग मिलता है - मुझे जल्दी से गणना करने दीजिए कि हमें क्या मिला। 6 गुना 5 30 है। और यहाँ मिलीमोल हैं। 10 से 20 मोल तक. यह आसान है बड़ी राशिपोटेशियम आयन. और नकारात्मक चार्ज बनाने के लिए, आपको उनकी बहुत कम आवश्यकता होती है। अर्थात्, आयनों की गति के कारण होने वाले परिवर्तन 10 से 20वीं शक्ति की तुलना में नगण्य होंगे। यही कारण है कि एकाग्रता में परिवर्तन पर ध्यान नहीं दिया जाता है।

खोज का इतिहास

अधिकांश न्यूरॉन्स की विश्राम क्षमता −60 mV - −70 mV के क्रम पर होती है। गैर-उत्तेजक ऊतकों की कोशिकाओं की झिल्ली पर भी संभावित अंतर होता है, जो विभिन्न ऊतकों और जीवों की कोशिकाओं के लिए अलग-अलग होता है।

विश्राम क्षमता का निर्माण

पीपी का गठन दो चरणों में होता है।

प्रथम चरण: 3:2 के अनुपात में K+ के लिए Na+ के असमान असममित आदान-प्रदान के कारण कोशिका के अंदर मामूली (-10 mV) नकारात्मकता का निर्माण। परिणामस्वरूप, सोडियम के साथ वापस लौटने की तुलना में अधिक धनात्मक आवेश कोशिका को सोडियम के साथ छोड़ देते हैं। पोटैशियम। सोडियम-पोटेशियम पंप की यह विशेषता, जो एटीपी ऊर्जा के व्यय के साथ झिल्ली के माध्यम से इन आयनों का आदान-प्रदान करती है, इसकी इलेक्ट्रोजेनेसिटी सुनिश्चित करती है।

पीपी गठन के पहले चरण में झिल्ली आयन एक्सचेंजर पंपों की गतिविधि के परिणाम इस प्रकार हैं:

1. कोशिका में सोडियम आयन (Na+) की कमी।

2. कोशिका में अतिरिक्त पोटैशियम आयन (K+)।

3. झिल्ली पर एक कमजोर विद्युत क्षमता (-10 एमवी) की उपस्थिति।

दूसरा चरण:झिल्ली के माध्यम से K + आयनों के रिसाव के कारण कोशिका के अंदर महत्वपूर्ण (-60 mV) नकारात्मकता का निर्माण। पोटेशियम आयन K+ कोशिका छोड़ देते हैं और उसमें से धनात्मक आवेश ले लेते हैं, जिससे ऋणात्मक आवेश -70 mV हो जाता है।

तो, आराम करने वाली झिल्ली क्षमता कोशिका के अंदर सकारात्मक विद्युत आवेशों की कमी है, जो इसमें से सकारात्मक पोटेशियम आयनों के रिसाव और सोडियम-पोटेशियम पंप की इलेक्ट्रोजेनिक क्रिया के परिणामस्वरूप होती है।