Мембраны электрические свойств

Рис. 17.4. Изменения различных свойств наружной мембраны аксона при распространении по нему нервного импульса (потенциала действия). А. Изменения мембранного потенциала, т. е. изменения электрических свойств мембраны. Б. Изменения ионной проводимости. В. Суммарное распределение зарядов по обеим сторонам мембраны аксона во время возникновения потенциала действия.

Распространение нервного импульса вдоль волокна происходит без затухания с постоянной скоростью. Внутренняя часть волокна на участке возникновения спайка заряжена положительно, а в соседних покоящихся участках - отрицательно (рис. 16.3). Вследствие этого возникает локальный ток между возбужденным и покоящимся участками. Направление его таково, что он деполяризует область мембраны перед активным участком, что также приводит к ее возбуждению и возникновению в ней спайка. Таким образом возбуждение передается дальше по волокну. Нервное волокно можно уподобить электрическому кабелю, соседние участки которого связаны между собой. Однако в отличие от обычного кабеля распространение нервного импульса сопровождается его затуханием, поскольку в мембране имеются молекулярные "генераторы", подпитывающие бегущий импульс. Нахождение скорости распространения нервного импульса требует исследования кинетики ионных трансмембранных токов (г к+, г ка), тока утечки, а также знания электрических свойств нервного волокна (емкость и сопротивление). Анализ соответствующих математических моделей показывает, что скорость распространения устойчивого импульса обратно пропорциональна квадратному корню из диаметра волокна, что совпадает с эксперимен- [c.156]

Рис. 48. Электрические свойства клеточных сетей (синцитиев а — некоторые типы изученных синцитиев и зависимость входного сопротивления синцитиев от удельного сопротивления их мембраны (ср. с рис. 43.) б спад потенциала с расстоянием в цилиндрическом кабеле (нервном волокне) и в синцитии (предсердии) в волокне потенциал спадает по экспоненте, а в предсердии по функции Бесселя

Анионы раствора не влияют на величину разности электрических потенциалов, так как оии не проникают внутрь стекла. Необходимо отметить еще одну особенность стеклянного электрода. Если по обе стороны тонкой стеклянной мембраны (или пленки) находятся растворы с одинаковой концентрацией то в цепи IV мембранный потенциал должен быть равен нулю. Однако в этом случае всегда наблюдается скачок потенциала, который называется потенциалом асимметрии. Это означает, что на внутренней и внешней поверхностях стеклянного электрода возникают различные по величине потенциалы, что объясняется различием свойств внутренней и внешней поверхностей, возникающим, вероятно, при изготовлении электрода. Поэтому при измерении pH растворов стеклянным электродом необходимо учитывать потенциал асимметрии или определять pH по калибровочной кривой. Для уменьшения потенциала асимметрии стеклянные электроды длительное время выдерживают в воде или в растворе 0,1 и. H I. [c.578]

Исследование электрических свойств клеток проводится с помощью микроэлектрофореза, позволяющего наблюдать за движением отдельных частиц (рис. 39). Изучаемую суспензию помещают в сосуды 2, из которых происходит заполнение толстостенного капилляра 6. Для предотвращения попадания частиц и макромолекул в электролит электродов 3 используются мембраны 7. Наблюдение за движением частиц проводится с помощью микроскопа /. [c.99]

Рис. 43. Сравнение электрических свойств сферической клетки и цилиндрического волокна, а — Эквивалентные схемы клетки и волокна у сферической клетки сопротивление протоплазмы можно не учитывать, а у волокна учитывать необходимо, б — Зависимость входного сопротивления сферической клетки и волокна от удельного сопротивления мембраны, в — Нарастание и спад потенциала в нервной клетке и в волокне при пропускании импульсов тока (ток включен в момент времени О и выключен в момент 1 , второй импульс тока начинается в момент и кончается в момент д) у клетки потенциал нарастает и спадает медленнее, чем у волокна, видно, что у клетки сдвиг потенциала в ответ на второй импульс суммируется с ответом на первый импульс

Плоские липидные мембраны, наряду с липосомами, широко используются в качестве моделей для изучения электрических свойств мембраны, их проницаемости и других научных исследований. С помощью модельных мембран изучают ряд функций биологических мембран, а том числе, барьерную (например, селективность проницаемости - хорошую проницаемость для воды и плохую для ионов). Можно моделировать биологический транспорт, вводя в модельную мембрану молекулы-переносчики. [c.30]

Эквивалентный контур — моделирование электрических свойств мембраны клетки с помощью электротехнической терминологии сопротивление, конденсатор, батареи. [c.128]

Электрические свойства синцитиев оказались во многом необычными. Выяснилось, в частности, что Двх синцитиев очень слабо зависит от сопротивления мембраны их клеток (т. е. сопротивления изоляции модели) (рис. 48, б). Если даже сопротивление мембраны упадет в 100 раз то / вх изменится так мало, что это изменение не удастся обнаружить в эксперименте. Зато / вх синцитиев сильно зависит от сопротивления протоплазмы (см, таблицу). [c.199]

Отсутствие раствора электролита, использование воды с удельным сопротивлением 1 МОм см и низкая газопроницаемость мембраны из ТПЭ обеспечивают практически 100% чистоту водорода и чистоту кислорода более 99,5% [27]. По ряду свойств мембрана близка к тефлону, но в тоже время набухшая в воде мембрана эквивалентна 10-12% серной кислоте. На величину суммарного изотопного эффекта определённое влияние оказывает селективность мембраны, электрическое сопротивление которой в ВзО примерно на 20% выше, чем в Н2О. [c.285]

Это показывает, что в практическом электродиализе главной проблемой-является не снижение выхода по току из-за переноса ионов Н и ОН , а возможность образования осадка в концентрирующих камерах. Особые условия pH в поляризационном слое могут привести к разрушению мембран, если они нестойки в широком интервале pH. Это случалось и на опытной установке в Южно-Африканском Союзе, когда были применены пиридиновые мембраны, изготовленные из пергамента. В некоторых случаях наблюдалась сильная поляризация, и вследствие этого изменялись электрические свойства мембран. Пиридиновые мембраны при соприкосновении с щелочью темнели таким образом было установлено, что значение pH в поляризационном слое было выше 10,5. [c.21]

Привитая сополимеризация широко используется для модификации поверхностных свойств полимерных (натуральные и синтетические волокм, пленки) и неполймерных материалов (глины, стеклянные волокна). В результате прививки происходит изменение физико-механических свойств, термостойкости, химической стойкости, водопоглощения, погодостойкости, адгезии, стойкости к воздействию микроорганизмов, смачиваемости и электрических свойств модифицируемых поверхностей, их цвета. С помощью прививки можно регулировать газо- и паро-проницаемость полимерных пленок и волокон, получать ионообменные мембраны. [c.63]

Более удобным электродом оказался стеклянный электрод. История его такова. М. Кремер (он был биологом) исследовал электрические свойства тканей (1906 г.). Он разделил раствор хлорида натрия стеклянной мембраной толщиной 0,02 мм и добавил к одной из порций раствора серную кислоту. Разность потенциалов между этими порциями раствора составила около 0,23 В, и экспериментатор решил, что причиной тому мембрана [591]. [c.215]

Само собой разумеется, что перечисленные процессы часто могут протекать одновременно в любых сочетаниях. Если под влиянием среды происходит только диффузия без набухания или химической реакции, то физические свойства материала внешне не изменяются. Пластический материал перестает выполнять свои функции только в том случае, если требуется разделить две среды, например когда он должен служить в качестве мембраны. Набухание уже проявляется в увеличении объема и изменении механических, электрических или оптических свойств. Хи.мическая реакция между пластическим материалом или его примесями и средой приводит к изменениям механических и электрических свойств и к изменению внешнего вида или размеров материала. Одновременно изменяется внешний вид и состав среды. Например, при действии концентрированной серной кислоты ка поливинилхлорид при 60°С образец чернеет, а его поверхности образуются вздутия и одновременно чернеет и мутнеет кислота. Аналитически можно определить увеличение содержания ионов хлора в использованной кислоте. [c.169]

Интересные эффекты наблюдаются и при протекании через ионообменные пористые мембраны электрического тока. При низких концентрациях электролита мембраны пропускают только ионы, противоположные по знаку ионным группам, фиксированным в порах. Это можно использовать в препаративном электролизе. Мембрана-сепаратор предохраняет один электрод от ионных продуктов, образующихся на другом электроде. При более высоких концентрациях мембрана теряет свои избирательные свойства, однако может удерживать на электроде реагирующие с ним газы. [c.190]

В окружающей аксон среде наблюдается обратная картина, т. е. низкая концентрация К+ и высокая — Ка+. (Распределение хлорид-ионов и других ионов в последующем описании не учитывается, поскольку оно не играет существенной роли в нервном проведении.) Таким образом, существуют трансмембранные электрохимические градиенты ионов, обусловленные их электрическими и химическими свойствами. Электрические свойства ионов определяются их зарядами одноименные заряды отталкиваются, противоположные — притягиваются. На движение ионов влияет также их концентрация в растворе. Ион имеет тенденцию перемещаться по градиенту концентрации, т. е. туда, где она ниже. Результирующее движение зависит от соотнощения зарядов и концентраций по обе стороны мембраны. [c.282]

Пример проявления свойств М-элемента в ФХС представлен на рис. 1.6. Электрохимическая система, изображенная на рис. 1.6, представляет электролитическую ванну с двумя электродами и двумя противоположно заряженными мембранами [17]. При прохождении электрического тока э = / под действием напряжения щ = е мембраны препятствуют движению ионов с зарядом того же знака, поэтому концентрация электролита в межмембранной области возрастает или убывает в зависимости от направления тока. Так как электрическая проводимость падает с уменьшением концентрации ионов, то внутреннее сопротивление зависит от общего количества прошедшего через систему тока. Концентрация (а следовательно, и сопротивление) будет непрерывно изме- [c.34]

Создатель этой теории П. Митчелл обосновал концепцию сопрягающей мембраны, обладающей свойствами электрического изолятора. В рамках хемиосмотической теории не возможна неконтролируемая утечка через мембрану даже протонов, не говоря уже о таких крупных молекулах, как ДНК и белки. Выражением признания этой концепции стало присуждение П. Митчеллу Нобелевской премии по химии в 1978 г. Экспериментальное обоснование и дальнейшее развитие этой теории во многом обязаны исследованиям В.П. Скулачева и др. [c.56]

Изменение электрических свойств мембраны в синаптических окончаниях [c.300]

Иончувствительные мембраны (ИЧМ) представляют собой основу многих электрохимических методов анализа. По агрегатному состоянию различают твердые, жидкие и пластифицированные мембраны. Электрический потенциал, возникающий на границе мембрана-водный раствор, определяется активностью, а при определенных условиях концентрацией заряженных частиц водного раствора. Пластифицированные ИЧМ - область исследований кафедры аналитической химии - должны обладать следующими физическими, механическими и химическими свойствами ионной проводимостью, прочностью, достаточной электропроводностью. ИЧМ можно отнести к классу наполненных полимеров. На сегодня состав мембранных композиций ИЧМ стандартен. В качестве матрицы таких полимеров до сих пор чаще всего используют поливинилхлорид (ПВХ) в настоящее время проводятся активные исследования других полимеров с точкой стеклования ниже комнатной прежде всего полимеров акрилового ряда. [c.72]

Изучение электрических свойств возбудимых мембран нервных клеток показало, что емкость мембраны (1 мкф1см ) представляет собой почти универсальную биологическую постоянную [2], причем в моменты проведения тока в мембране не происходит структурных изменений. Однако проницаемость мембраны по отношению к различным ионам различна и изменяется с изменением мембранного потенциала. По-видимому (Муллинз [2]), электрическое поле в возбудимых мембранах нервных клеток распределено неравномерно по толщине мембраны. [c.180]

Как видно из рис. 11.7, суммарный продольный ток через сечение аксона и окружающую среду равен нулю — в любом месте внутренние токи равны по силе и противоположны по направлению наружным. Но плотность продольного тока и продольная разность потенциалов между двумя точками внутри аксона отличны от таковых снаружи. Мембрана аксона имеет сопротивление 1000 Ом см , емкость 1 мкФ/см что соответствует бимолекулярному липидному слою толщиной в 5 нм с диэлектрической проницаемостью е = 5 и удельныл сопротивлением 2 10 Ом см. Во время генерации импульса проводимость мембраны увеличивается примерно в 10 раз. Можно моделировать электрические свойства мембраны эквивалентной схемой, показанной на рис. 11.9. Рисунок изображает лишь один элемент мембраны, и следует представить себе длинную линейную последовательность таких элементов, образующих непрерывный кабель. Сопротивление Я характеризует аксоплазму, наружный раствор имеется в большом избытке и изображается проводником без сопротивления. Натриевая и калиевая батареи и Гк определяют генерацию импульса, добавочная батарея г изображает движение других ионов, не изменяющееся при возбуждении. [c.366]

На данном этапе биохимических исследоваии11, когда перед множеством исследователей стоит задача фракционирования сложных смесей веществ, вызывает удивление тот факт, что мембраны, обладающие свойствами молекулярных сит, до снх пор так мало использовались в работе. Физико-химические закономерности, управляющие скоростями движения растворенных веществ через полупроницаемые мембраны путем свободной диффузии или под влиянием электрического поля, полностью не выяснены однако новейшие успехи в этой области привели к интересным выводам, которые имеют большое практическое значение. Ниже мы рассмотрим некоторые полезные практические приемы, а также многообещающие перспективы фильтрования через гель. [c.213]

Выяснив электрические свойства клетки в состоянии покоя, рассмотрим процессы, связанные с возбуждением мембраны. Состояние возбуждения можно определить как временное отклонение мембранного потенциала от потенциала покоя, вызванное внешним стимулом. Этот электрический или химический стимул возбуждает мембрану, изменяя ее ионную проводимость, т. е. сопротивление в контуре снижается (рис. 5.4). Возбуждение распространяется от стимулированного участка к близлежащим областям мембраны, в которых наблюдается изменение проводимости, а следовательно, и потенциала. Такое распространение (генерация) возбуждения называется импульсом. Различаются два типа импульсов потенциал действия, когда сигнал распространяется неизмененным от участка возбуждения к нервному окончанию, и локальный потенциал,. быстро уменьшающийся по мере удаления от участка возбуждения. Локальные потенциалы обнаружены в синапсах воз-буждающие постсинаптические потенциалы (е. р. з. р.) и ингибиторные постсинаптические потенциалы ( . р.з.р.)) и в сенсорных нервных окончаниях рецепторные или генераторные потенциалы). Локальные потенциалы могут суммироваться, т. е. они могут увеличиваться при последующих возбуждениях, тогда как потенциалы действия не обладают такой способностью-и возникают по принципу все или ничего . [c.115]

Клеточное строение растительных тканей открыто английским физиком Гуком, который в 1665 г. зарисовал напоминающую пчелиные соты сетчатую структуру ткани коры пробкового дерева. Нидерландский натуралист Левенгук (1628—1723 гг.), которому часто приписывают изобретение микроскопа, впервые наблюдал под микроскопом эритроциты, инфузории и сперматозоиды. В 1848 г. Дюбуа-Реймон высказал мысль, что поверхность клетки имеет общие свойства с электродом в гальванической ячейке, а Оствальд, Нернст и Бернштейн в конце XIX в. предположили, что клетки окружены полупроницаемой мембраной со специфическими электрическими свойствами. Это утверждение оставалось лишь смелой гипотезой до 1925 г., когда Гортер и Грендел из липидов эритроцитов разного происхождения сформировали монослой на границе раздела вода — воздух. Оказалось, что в монослоях липиды занимают площадь, примерно вдвое большую общей поверхности клеток. Это указывало на то, что внешняя оболочка клеток образована бимолекулярным слоем липидов, в первую очередь фосфолипидов — эфиров глицерина, жирных кислот и фосфорной кислоты. Позднее было установлено, что вообще все клетки животных окружены тонкой мембраной, состоящей всего лишь из двух слоев молекул. Электронно-микроскопические исследования окончательно подтвердили этот вывод. Строение клеток растений оказалось более сложным. Их клетки, помимо клеточной мембраны, непосредственно окружа- [c.179]

Глюкоза используется мозгом в ходе гликолиза и в цикле лимонной кислоты распад глюкозы обеспечивает почти весь запас АТР мозга. За счет энергии АТР нервные клетки (нейроны) поддерживают электрический потенциал на плазматической мембране и, в частности, на мембране, окружающей их длинные отростки-аксоны и дендршпы, образующие линии передач в нервной системе. Передача нервных импульсов вдоль нейронов происходит посредством волнообразного изменения электрических свойств мембраны, т. е. так называемого потенциала действия. Ка , К " -АТРаза плазматической мембраны (разд. 14.16) нуждается в постоянном притоке энергии АТР для накачивания ионов К внутрь аксонов и выведения ионов Ка из аксонов (рис. 24-14). За счет энергии гидролиза одной молекулы АТР три иона N3 [c.759]

Электрические свойства ситовых мембран. Начиная с первых работ Леба и других авторов, особенно Михаэлиса, большое внимание уделялось электрическим свойствам ситовых мембран. Михаэлис заметил, что хорошо высушенная коллодиевая мембрана (мембрана с очень низкой пористостью) обладает различной проницаемостью для катионов и анионов, причем катионы проникают быстрее, чем анионы. Поэтому, если растворы различных концентраций поместить по <сбе стороны мембраны, то наблюдается разность по- [c.362]

Все рецепторы представляют собой возбудимые клетки, т. е. подобно нейронам и мыщеч-ным волокнам они реагируют на соответствующий им сигнал быстрым изменением электрических свойств своей мембраны. В отсутствие стимуляции они сохраняют потенциал покоя, описанный в разд. 17.1.1. Сигнал вызывает изменение мембранного потенциала. Бернард Кац в 1950 г. при изучении сложного рецептора растяжения — мыщечного веретена — продемонстрировал его деполяризацию в области, прилегающей к окончаниям сенсорных нейронов. Такая местная деполяризация обнаруживается только в рецепторной клетке и называется генераторным потенциалом. Дальнейщие исследования с использованием микроэлектродов, введенных в рецепторные клетки мышечных ве- [c.316]

Образование бислойной липидной мембраны (БЛМ). А — ячейка для получения БЛМ и изучения ее электрических свойств Б — этапы форимирования БЛМ (I — толстая мембрана, II — выпуклая линзоподобная мембрана, III — БЛМ) [c.15]

И все же для Бернштейна это оказалось возможным. Он оценил идею Оствальда, и, может быть, немалую роль в этом сыграло то, что в самом главном мембранная гипотеза была очень в духе школы Дюбуа никакой таинственной жизненной силы , никаких сложных неизвестных свойств клетки или протоплазмы все, что она требует,— это мембраны и электролиты. Решающий шаг, который пришлось сделать Бернштейау, состоял в том, чтобы объяснить электрические свойства мышц и нервов не устройством этих органов в целом а свойств гми кле- [c.59]

Вопрос 2. Является ли электротонический потенциал активным или пассивным Ответ. Как уже говорилось, электротоническое распространение потенциалов — это пассивное распространение вдоль нервного волокна, все электрические свойства которого при этом не изменяются (т. е. остаются такими же, как в покое). Строго говоря, активным следует называть лишь потенциал действия, обусловленный регенеративным механизмом. Когда изменяется потенциал какого-либо участка мембраны (будь то в результате рецепторного или синаптического потенциала либо потенциала действия), от этого участка к соседним областям ток распространяется электротонически, стремясь уравновесить распределение зарядов. Физиологическое значение функциональной организации нейрона заключается, в частности, в том, чтобы разграничить участки возникновения синаптических потенциалов и потенциалов действия и в то же время дать им возможность взаимодействовать при помощи пассивного электротонического распространения. [c.192]

В последние годы разработаны модели электрической активности сердца с целью рассчитать ЭКГ человека с учетом морфологических, цитологических и физиологических параметров миокарда [Баум О. В., Дубровин Э. И., 1973 Миллер, Гезелоувитц, 1978]. Такие модели описывают электрические свойства сердца совокупностью большого числа токовых диполей и поэтому называются многоди-польными эквивалентными электрическими генераторами. При исследовании этих моделей исходят из того, что в конечном счете источниками тока в миокарде являются мембраны возбудимых клеток сердечной мышцы. [c.181]

При интерпретации описанных выше наблюдений следует постоянно помнить, что доказательство наличия сопряжения представляет собой феноменологический способ описания системы без всяких конкретных требований к механизму. Это взаимодействие не обязано отражать взаимодействие между частицами на молекулярном уровне. В биологических исследованиях сплошь и рядом отрицательное сопряжение приписывается транспорту противоионов ( обменная диффузия ) при участии переносчика, совершающего челночные движения через мембрану. Неприменимость модели подвижных переносчиков в случае мембран с хлористым поливинилбензилтриметиламмо-нием показывает, что эта общепринятая интерпретация часто неверна. Такая возможность подтверждается также наблюдениями параметров транспорта гетерогенной системы, включающей параллельные каналы различного сопротивления [12]. Хотя для каждого элемента Я —Я, составная область дает отрицательное изотопное взаимодействие. Как и в исследованиях, результаты которых представлены в табл. 11.1, отношение потоков хорошо согласуется с величинами, рассчитанными по уравнению (11.7). Не зная ни геометрических, пи электрических свойств мембраны, нельзя точно прогнозировать ее транспортные параметры. Однако влияние неоднородности мембраны на Я, Я и отнешение потоков можно объяснить по крайней мере качественно. При определении Я из обменной диффузии в отсутствие электрических сил разные каналы будут давать вклад в поток метки, обратно пропорциональный их собственному сопротивлению, так что будут преобладать каналы с низким сопротивлением. Между тем при определении Я в условиях [c.250]

Ионы кальция оказывают большое влияние на мембранные структуры. На необходимость ионов Са " для стабилизации мембран указывалось достаточно давно. Было показано, что для образования поверхностной мембраны на эндоплазматической капле, изолированной из интерно-дальных клеток харовы с водорослей, необходимо присутствие в окружающем растворе ионов a Присутствие Са " в концентрации М способствовало образованию поверхностной мембраны на капле, хотя и недостаточно прочной более прочная мембрана образовывалась при концентрации 10" М и особенно 10 М. При удалении ионов кальция (например, при обработке хелатами или при отсутствии Са в среде) отмечается ослизнение корневых волосков, а также повышается проницаемость мембран к другим веществам. Ионы Са изменяют и электрические свойства как искусственных, так и естественньЕХ мембран, уменьшая п]ютность заряда на мембранной поверхности. Недостаток Са " приводит к возрастанию вакуолизации, изменению хромосом, разрыву мембран ЭПР и других внутриклеточных компартментов. [c.41]

Мембрана имеет толщину всего около 5 нм и в основном состоит из липидов - веществ, по электрическим свойствам прекрасных изоляторов. В нее вкраплены белковые комплексы, среди которых можно выделить два электрически активных тела. Во-первых, это так называемые натриевые насосы , которые, расходуя метаболическую энергию (энергию химических веществ, преобразуемых в процессе жизнедеятельности), поддерживают ионную среду внутри клетки, отличной от межклеточного пространства. В результате концентрация ионов натрия в клетке оказывается в 20 раз ниже, чем вне ее, - ионы выкачиваются наружу. Роль белковых комплексов второго типа, так называемых каналов , заключается в пассивном транспорте ионов сквозь мембрану под действием электрического поля. Однако этот транспорт ионно-избирателен в отсутствие возбуждения (будем считать это состояние покоем) проницаемость мембраны для ионов калия много выше, чем для ионов натрия. Мы не будем рассматривать влияние других ионов (кальция, хлора и т.п.), они изменяют общую картину лишь в деталях. Благодаря различию в концентрациях ионов по разные стороны полупроницаемой мембраны возникает разность потенциалов Нернста А/ ion т.е. такие трансмембранные электрические потенциалы, при которых поток ионов данного типа сквозь мембрану равен нулю [c.83]

СКИХ окончаниях сенсорных нейронов синапсы (рис. 19 1), выделяющие серотонин (а также некоторые нейропептиды). Эффект облегчающих нейронов можно имитировать, воздействуя серотонином непосредственно на мембрану сенсорных нейронов, у которых окончания пресинаптического аксона содержат серотониновые рецепторы. Действие этих рецепторов опосредуется G-белком серотонин, связываясь с рецепторами, активирует аденилатциклазу, в результате чего повышается внутриклеточная концентрация циклического АМР, который в свою очередь активирует А-киназу (разд. 12.4.1). Именно эта протеинкиназа изменяет электрические свойства мембраны сенсорного нейрона, ф осфорилируя особую группу калиевых каналов (рис. 19-42). [c.333]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология