ไอออนเคลื่อนที่ผ่านช่องเมมเบรนทำให้เกิดความแตกต่างของประจุระหว่างสองช่อง สิ่งนี้ส่งผลให้เกิดศักย์ไฟฟ้า (หรือแรงดันไฟฟ้า) ทั่วทั้งเมมเบรน อย่างไรและทำไม


ตอบ 1:

เลขที่

ไอออนเคลื่อนที่ผ่านช่องทางพังผืดซึ่งก่อให้เกิดกระแสไอออนิก

ทั้งเซลล์ภายในและนอกเซลล์ขณะที่ยังคงหลักการเป็นกลาง - อิเล็กตรอน

ทันทีค่าใช้จ่ายในท้องถิ่นสามารถเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย แต่ค่าใช้จ่ายทั่วโลกในช่วงเวลาที่เกี่ยวข้องทางสรีรวิทยายังคงเป็นศูนย์ในสารละลาย aqueus ทั้งหมด

ตอนนี้สิ่งที่จริงได้รับผลกระทบจากกระแสไอออนิกคือการกระจายของประจุในท้องถิ่นที่อยู่ใกล้กับเยื่อหุ้มเซลล์ การกระจายเฉพาะที่เหล่านี้สร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างด้านในและด้านนอกของเมมเบรน

ศักยภาพเยื่อหุ้มเซลล์ (intracellular) ไม่เป็นศูนย์เนื่องจากมีหลายไอออนที่ความเข้มข้นถูกเก็บไว้อย่างคงที่โดยเครื่องสูบน้ำ ดังนั้นแทนที่จะเป็นสมดุลทางเคมีบริสุทธิ์เช่นความเข้มข้นของเซลล์ภายในมีค่าเท่ากับ extracellular มีหนึ่งไฟฟ้าเคมี หมายความว่าไม่มีกระแสไฟฟ้าสุทธิ แต่แรงดันไม่เป็นศูนย์

มีสองแนวคิดหลักในเคมีไฟฟ้าเพื่อทำความเข้าใจถึงศักยภาพการพักของเยื่อหุ้มเซลล์: Nernst potential (Nernst equilibrium) และ Goldman-Hodgkin-Katz equilibrium (equation)


ตอบ 2:

ไอออนจะถูกสูบผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยปั๊มหรือตัวส่งกำลังที่ทำงานอยู่ นี่คือสิ่งที่สร้างศักยภาพ เครื่องสูบน้ำทำงานโดยใช้ ATP, NAD (P) H หรือสกุลเงินอื่น ๆ สิ่งเหล่านี้มาจากโมเลกุลขนาดใหญ่อินทรีย์ซึ่งเป็นพลังงานเคมีหรืออาหาร ศักยภาพที่สร้างขึ้นนั้นส่วนใหญ่แล้วถูกควบคุมโดยช่องทางที่อยู่คู่กับโปรตีนมอเตอร์อื่น ๆ หรือในกรณีของเซลล์ประสาท (ยกเว้นเซลล์ชีววิทยาจริงๆ) การเปลี่ยนแปลงของศักยภาพนั้นคือเป้าหมายสุดท้าย โปรตีนจากมอเตอร์นั้นจะถูกใช้เพื่อขับปฏิกิริยาอื่น ๆ

คุณเห็นมันไหม อย่างไรและทำไม นี่เป็นวิธีที่ซับซ้อนมากในการแปลพลังงานเคมีที่เก็บไว้ในอาหารเป็นสกุลเงินมือถือและจากนั้นแปลเป็นรูปแบบอื่น ๆ ของสกุลเงินที่จัดเก็บได้และโทรศัพท์มือถือหรือการกระทำของเซลล์อื่น ๆ ในระดับโมเลกุล


ตอบ 3:

การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าจากภายนอกสู่ภายในโดยการเคลื่อนที่ของไอออนผ่านรูขุมขนของช่องสามารถเปลี่ยนความต่างศักย์ (หรือแรงดันไฟฟ้า) ข้ามเมมเบรนและศักยภาพของเมมเบรนสามารถทำให้ไอออนเคลื่อนที่ แน่นอนความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นหมายถึงงานที่ทำในการเคลื่อนย้ายค่าใช้จ่ายเช่นจากภายนอกสู่ภายใน สิ่งนี้สามารถนำมาเปรียบเทียบกับแรงดันน้ำซึ่งกำหนดจำนวนน้ำที่เคลื่อนที่เช่นแนวท่อ แรงดันไฟฟ้า = แรงดัน, ประจุ = ปริมาณน้ำ, กระแส = แกลลอนต่อวินาที, ความต้านทาน = ความเคลื่อนไหวของน้ำได้อย่างง่ายดาย, ความจุ = น้ำเสริมที่ภาชนะบรรจุที่ยืดหยุ่นสามารถบรรจุได้เมื่อมันขยายตัวเนื่องจากแรงดัน

อย่างไรก็ตามโปรดทราบว่าหากเมมเบรนซึมผ่านได้เพียง 1 ไอออนอาจมีเมมเบรนที่อาจเกิดขึ้นแม้ว่าประจุหยุดหยุดเคลื่อนไหว ศักยภาพนี้เรียกว่าศักยภาพของเนอร์สต์สำหรับไอออนนั้นและเป็นสภาวะสมดุลที่ไม่มีการเคลื่อนที่ของไอออนสุทธิ ค่าของแรงดันไฟฟ้านี้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นสัมพัทธ์ของไอออนทั้งสองด้านของเมมเบรน แต่ในขณะที่แรงดันไฟฟ้ากำลังพัฒนาประจุไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ผ่านช่องทางไอออนที่เกี่ยวข้อง ประจุไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยที่เกิดขึ้นจริงนั้นถูกกำหนดโดยความจุของเมมเบรนแม้ว่าแรงดันไฟฟ้าที่พัฒนาไม่ได้


ตอบ 4:

การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าจากภายนอกสู่ภายในโดยการเคลื่อนที่ของไอออนผ่านรูขุมขนของช่องสามารถเปลี่ยนความต่างศักย์ (หรือแรงดันไฟฟ้า) ข้ามเมมเบรนและศักยภาพของเมมเบรนสามารถทำให้ไอออนเคลื่อนที่ แน่นอนความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นหมายถึงงานที่ทำในการเคลื่อนย้ายค่าใช้จ่ายเช่นจากภายนอกสู่ภายใน สิ่งนี้สามารถนำมาเปรียบเทียบกับแรงดันน้ำซึ่งกำหนดจำนวนน้ำที่เคลื่อนที่เช่นแนวท่อ แรงดันไฟฟ้า = แรงดัน, ประจุ = ปริมาณน้ำ, กระแส = แกลลอนต่อวินาที, ความต้านทาน = ความเคลื่อนไหวของน้ำได้อย่างง่ายดาย, ความจุ = น้ำเสริมที่ภาชนะบรรจุที่ยืดหยุ่นสามารถบรรจุได้เมื่อมันขยายตัวเนื่องจากแรงดัน

อย่างไรก็ตามโปรดทราบว่าหากเมมเบรนซึมผ่านได้เพียง 1 ไอออนอาจมีเมมเบรนที่อาจเกิดขึ้นแม้ว่าประจุหยุดหยุดเคลื่อนไหว ศักยภาพนี้เรียกว่าศักยภาพของเนอร์สต์สำหรับไอออนนั้นและเป็นสภาวะสมดุลที่ไม่มีการเคลื่อนที่ของไอออนสุทธิ ค่าของแรงดันไฟฟ้านี้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นสัมพัทธ์ของไอออนทั้งสองด้านของเมมเบรน แต่ในขณะที่แรงดันไฟฟ้ากำลังพัฒนาประจุไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ผ่านช่องทางไอออนที่เกี่ยวข้อง ประจุไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยที่เกิดขึ้นจริงนั้นถูกกำหนดโดยความจุของเมมเบรนแม้ว่าแรงดันไฟฟ้าที่พัฒนาไม่ได้