Расчет потенциала клетки

Когда мембрана проницаема для нескольких различных ионов, суммарный потенциал зависит от трех факторов:

полярности электрического заряда каждого иона;

- проницаемости мембраны () для каждого иона;

- концентраций (С) соответствующих ионов внутри (c) и снаружи мембраны (m).

Во-первых, ионы натрия, калия и хлора - самые важные ионы, участвующие в генерации мембранных потенциалов клеток. Градиент концентрации каждого из этих ионов по обе стороны мембраны помогает определить величину мембранного потенциала.

Во-вторых, степень вклада каждого из этих ионов в величину мембранного потенциала пропорциональна проницаемости мембраны для этого иона. Так, если мембрана имеет нулевую проницаемость для ионов калия и хлора, мембранный потенциал полностью определяется только градиентом концентрации ионов натрия, и результирующий потенциал равен потенциалу Нернста для натрия. Это справедливо для любого из двух других ионов, если мембрана избирательно проницаема только для одного из них.

В-третьих, градиент концентрации положительного иона, направленный изнутри наружу, ведет к появлению отрицательного заряда внутри клетки.

Это связано с тем, что при более высокой концентрации положительных ионов с внутренней стороны мембраны по сравнению с наружной стороной их избыток диффундирует наружу. При этом положительные заряды выходят наружу, а не способные к диффузии анионы остаются внутри клетки, создавая электроотрицательность с внутренней стороны мембраны.

Если существует градиент для отрицательно заряженного аниона, возникает противоположный эффект. Например, избыток анионов хлора снаружи ведет к появлению отрицательного заряда внутри клетки, поскольку отрицательно заряженные ионы хлора диффундируют внутрь клетки, оставляя снаружи не способные к диффузии положительные ионы.

Расчет потенциала начального состояния клетки в модели осуществляется согласно уравнению Нернста:

, где

Дальнейший пересчет мембранного потенциала клетки согласно условиям электронейтральности:

, где

На каждой итерации рассчитываются величины всех потоков, учитываемых моделью, строятся графики зависимости мембранного потенциала от величины потока для каждого из ионов , после чего все величины суммируются, строится график зависимости потенциала от суммы потоков ионов (график 10), а также параллельно решается уравнение для нахождения новой величины мембранного потенциала, проверкой правильности решения которого служит график.

График 10. Зависимость потенциала от суммы потоков ионов