Российский химико-аналитический портал  химический анализ и аналитическая химия в фокусе внимания ::: портал химиков-аналитиков ::: выбор профессионалов  
карта портала ::: расширенный поиск              
 



ANCHEM.RU » Форумы » 4. Химический форум ...
  4. Химический форум | Список форумов | Войти в систему | Регистрация | Помощь | Последние темы | Поиск

Форум химиков-аналитиков, аналитическая химия и химический анализ.

Уравнение Нернста для мембранного потенциала клеточной мембраны (биология) >>>

  Ответов в этой теме: 16
  Страница: 1 2
  «« назад || далее »»

[ Ответ на тему ]


Автор Тема: Уравнение Нернста для мембранного потенциала клеточной мембраны (биология)
Eddi
Пользователь
Ранг: 5

27.07.2012 // 19:42:45     
Уважаемые химики,

У меня немного странный вопрос, касающийся уравнения Нернста для биомембран. Согласно формуле:

E = Eo - (RT/zF) Ln (ion outside/ion inside)

если подставить константы и принять температуру за комнатную, то:

E = Eo - (0.059/n) lg (ion outside/ion inside)

где n- валентность иона

Но я никак не могу понять логически, почему n стоит в знаменателе дроби. Т.е. при валентности 2, E в два раза уменьшается. Почему валентность вообще играет тут роль? Ведь если распределение ионов внутри и вне различно, а сама мембрана проницаема (есть поры), то ионы будут стремиться в ту или иную сторону по градиенту концентрации. А разве же градиент концентрации зависит от валентности иона? Разве "удерживать" двухвалентный ион "легче", чем одновалентный, разве это требует половинного потенциала?
Одним словом, я запутался и прошу помощи. Желательно поподробнее, еще лучше - с примерами.

Большое спасибо!
Реклама на ANCHEM.RU
Администрация
Ранг: 246
Размещение рекламы
Шуша
Пользователь
Ранг: 2565


27.07.2012 // 21:01:34     
Редактировано 1 раз(а)

Не знаю тонкостей биохимии, но с точки зрения обычной электрохимии в Ваших рассуждениях несколько ошибок.
1. Если я правильно понял, под выражением "ion outside/ion inside" Вы понимаете активность (концентрацию) ионов в растворе с одной и с другой стороны мембраны? Это не так. Для этого случая разность потенциалов будет описываться уравнением:
dE = - (RT/zF) Ln (ion outside/ion inside)
2. Приведенное вами уравнение описывает скачок потенциала на границе раздела фаз мембрана/жидкость. Т.о. "inside" это в мембране.
3. Грубо, в двух словах пояснить механизм возникновения скачка потенциала на границе мембраны можно следующим образом. В мембране и в растворе имеются одни и те же ионы, но с разной активностью. По действием разности активности возникает поток ионов (или в раствор или в мембрану). Пусть катионы проникают в мембрану, тогда мембрана будет заряжаться положительно, а раствор отрицательно за счет избытка анионов. Возникшее электрическое поле начнет тормозить этот процесс и через некоторое время наступит равновесие, когда потоки, вызванные этими двумя процессами, сравняются. Электрическое поле не даст противоионам удалиться от поверхности. Возникнет, так называемый, двойной электрический слой.
Двухзарядный ион при пересечении границы раздела фаз дает в два раза больший прирост напряженности электрического поля, отсюда и его влияние.
4. Наверное для Ваших биомембран, если они еще и пористые, будет еще куча механизмов переноса. В том числе и диффузия.
Eddi
Пользователь
Ранг: 5


28.07.2012 // 0:23:26     
Редактировано 1 раз(а)

Спасибо за ответ, Шуша.


Шуша пишет:
разность потенциалов будет описываться уравнением:
dE = - (RT/zF) Ln (ion outside/ion inside)

Ну да, именно так я и написал. Просто подставил константы. Этому уравнению уже 100 лет.


Шуша пишет:
Приведенное вами уравнение описывает скачок потенциала на границе раздела фаз мембрана/жидкость. Т.о. "inside" это в мембране.
Мембрана у нас липидная, так что "в" мембране ничего нет. Уравнение Нернста оперирует концентрацией ионов внутри клетки и вне ее.


Шуша пишет:
В мембране и в растворе имеются одни и те же ионы, но с разной активностью. По действием разности активности возникает поток ионов (или в раствор или в мембрану).
Да нет у них разной активности. О чем вы? Просто количества разные, понимаете? Допустим, внутри (в клетке0 много, а снаружи
мало. И вот оттуда где много ионы начинают течь туда, где мало. А чтобы удержать их в прежней пропорции нужно приложить некую разность потенциалов. Вот именно ее-то и описывает данное уравнение.


Шуша пишет:
Двухзарядный ион при пересечении границы раздела фаз дает в два раза больший прирост напряженности электрического поля, отсюда и его влияние


Вот с этого самого места у меня и появляются вопросы. Конечно: двойной заряд - двойной прирост поля. Так почему n в знаменателе, а не в числителе? Вот это вы мне можете объяснить? Хотя мне кажется, что вы не очень в этом вопросе разбираетесь. Но по любому, спасибо, что попытались помочь!
Дмитрий (anchem.ru)
Администратор
Модератор форума
Ранг: 4356


28.07.2012 // 1:37:48     
Редактировано 2 раз(а)

Eddi, приведите первоисточник, текст которого Вам не понятен.

И я что-то не припомню валентности в уравнении Нернста...

И вообще даже в википедии (русскую версию про этот момент только не смотрите)
en.wikipedia.org/wiki/Nernst_equation
неплохо написан для начала

См. также
Молекулярная биология клетки. Том 1 (Альбертс Б., Брей Д. и др.)
УРАВНЕНИЕ НЕРНСТА И ПОТОК ИОНОВ (стр. 397-399)
Eddi
Пользователь
Ранг: 5


28.07.2012 // 2:08:32     
Дмитрий, зачем же википедия? Я профессиональный биолог, читаю книги любого уровня сложности по-английски. Я ведь не вообще спрашиваю, а совершенно конкретно. Меня интересует роль валентности иона в уравнении Нернста, которое описывает мембранный потенциал возбудимой клетки.

Что значит, вы не помните валентности в этом уравнении? Я же его привел. Это элемент "z" (или "n") в знаменателе дроби: RT/nF

или RT/zF (в разных источниках по-разному). Но суть одна: чем выше валентность иона, тем меньшее напряжение (mV) надо приложить, чтобы достигнуть эквилибриума. Таково уравнение. Я не сомневаюсь в его правильности. Я просто хочу понять его логику. Если знаете - объясните, буду весьма благодарен. Только к википедии не отсылайте пожалуйста.
sinthetic
Пользователь
Ранг: 3467


28.07.2012 // 6:58:39     
Редактировано 2 раз(а)


Eddi пишет:
Спасибо за ответ, Шуша.
Да нет у них разной активности. О чем вы? Просто количества разные, понимаете?

Активность (термодинамическая) - это величина, характеризуюшая влияние гидратных оболочек при взаимодействии любых ионов в растворе сильного электролита.
Например,
www.sinisha.ru/chemistry/activity_coeffs.html
Она является функцией в первую очередь концентрации и квадратов зарядов ионов.
Реклама на ANCHEM.RU
Администрация
Ранг: 246
Размещение рекламы
Высокотемпературная лабораторная электропечь SNOL 15/1300 Высокотемпературная лабораторная электропечь SNOL 15/1300
Электропечь SNOL 15/1300 предназначена для сушки и термообработки различных материалов в воздушной среде при температуре от 50 °С до 1300 °С. Рабочая камера электропечи выполнена из керамики. Нагревательные спирали находятся в пазах, то есть частично открыты.
[ Информация из каталога оборудования ANCHEM.RU ]
sinthetic
Пользователь
Ранг: 3467


28.07.2012 // 7:58:29     
Редактировано 1 раз(а)


Eddi пишет:
Спасибо за ответ, Шуша.
.....................................
Хотя мне кажется, что вы не очень в этом вопросе разбираетесь.

Да Вы эстет, батенька...

Eddi пишет:
где n- валентность иона

Но я никак не могу понять логически, почему n стоит в знаменателе дроби. Т.е. при валентности 2, E в два раза уменьшается. Почему валентность вообще играет тут роль?

1. Не существует понятия "валентность иона". Есть глубокий смысл заучить понятие элементарного электрического заряда.
2. Равновесие потенциалов возникает при перемещении ионов через границу фаз (соответственно, разность потенциалов - при неперемещении).
3. Работа (т.е., ЭДС), затраченная на перемещение куда бы то ни было (или, соответственно, удержание) вдвое меньшего по сравнению с однозарядными количества двухзарядных ионов (при равном суммарном их заряде) будет вдвое меньшей.

Наверное, как-то так, если "на пальцах".
Дмитрий (anchem.ru)
Администратор
Модератор форума
Ранг: 4356


28.07.2012 // 8:42:47     
Редактировано 1 раз(а)


Eddi пишет:
Но суть одна: чем выше валентность иона, тем меньшее напряжение (mV) надо приложить, чтобы достигнуть эквилибриума. Таково уравнение. Я не сомневаюсь в его правильности. Я просто хочу понять его логику. Если знаете - объясните, буду весьма благодарен. Только к википедии не отсылайте пожалуйста.
Если хотите говорить научно правильно - там нет валентности, есть заряд иона, пусть численно эти характеристики и совпадают в очень частном случае для ионов щелочных металлов. Эквилибриум - также не рекомендую использовать такой термин, чтобы Вас понимали.

Я Вам уже привел пример литературы, где описан вывод этого уравнения для биологической мембраны и его физический смысл (с упрощением именно для данного случая).



Думаю в английской версии текст аналогичен.

Кстати,


Eddi пишет:
Я ведь не вообще спрашиваю, а совершенно конкретно. Меня интересует роль валентности иона в уравнении Нернста, которое описывает мембранный потенциал возбудимой клетки.
спроси Вы так изначально, Шуше не пришлось бы играть в телепата и пытаться понять какие мембраны имеются ввиду (потенциал клетки и клеточные мембраны - это всего лишь частный случай мембранного потенциала, поскольку мембраной принято считать и тонкие пленки)

Поправил название темы, изначальное "Уравнение нернста" - не соответствовало содержанию.

P.S. Вполне возможно, что русский не родной научный язык для Вас, это проще было указать в самом начале, тогда коллеги скорее всего начали бы с уточнения вопроса и помощи в формулировке. надеюсь сейчас все стало на место и Вы получили исчерывающую консультацию по своему вопросу.
Eddi
Пользователь
Ранг: 5


28.07.2012 // 12:35:00     

Не существует понятия "валентность иона". Есть глубокий смысл заучить понятие элементарного электрического заряда
Да, строго говоря вы правы, валентность бывает у атома, а у иона - число зарядов. Так лучше? Не понял к чему тут второй ваш пункт.

Работа (т.е., ЭДС), затраченная на перемещение куда бы то ни было (или, соответственно, удержание) вдвое меньшего по сравнению с однозарядными количества двухзарядных ионов
Нет, меньшее число ионов - это, к сожалению, мимо. Еще раз: возьмите формулу Нернста, подставьте в нее внутриклеточную и внеклеточную концентрацию (разную) однозарядных ионов, например калия. Подставьте константы. Получите некое число mV, необходимое для поддержания данной разности концентраций. Теперь замените однозарядный ион на двузарядный, ОК? При тех же концентрациях. Измените также фактор z в формуле. Получите, разумеется, половинную величину mV. Мой вопрос: почему для удержания того же количества двузарядных ионов требуется меньший потенциал. Вы вопрос понимаете? Я не спрашиваю, про другие концентрации ионов, я спрашивая про те же самые.
Дмитрий (anchem.ru)
Администратор
Модератор форума
Ранг: 4356


28.07.2012 // 12:51:18     
Редактировано 1 раз(а)


Eddi пишет:
Мой вопрос: почему для удержания того же количества двузарядных ионов требуется меньший потенциал. Вы вопрос понимаете? Я не спрашиваю, про другие концентрации ионов, я спрашивая про те же самые.
может по закону по Кулона?

Вопрос в такой формулировке прозвучал впервые


sinthetic пишет:
3. Работа (т.е., ЭДС), затраченная на перемещение куда бы то ни было (или, соответственно, удержание) вдвое меньшего по сравнению с однозарядными количества двухзарядных ионов (при равном суммарном их заряде) будет вдвое меньшей.

Наверное, как-то так, если "на пальцах".


это и сказал sinthetic другими словами.

Если по конкретной формулировке Вашего вопроса - то одинаковое количество двузарядных ионов обладает в два раза большим зарядом, чем однозарядные.
Eddi
Пользователь
Ранг: 5


28.07.2012 // 12:56:57     
Спасибо за ответ, Дмитрий!

Я совершенно с вами согласен, как и с предыдущим оратором, что валентности иона не существует, речь идет о числе зарядов. Термин эквилибриум широко применяется в биологической литературе, но если он вам не по душе - пожалуйста, не суть. Ваш упрек по поводу мембран я не принимаю. Я с самого начала писал про биомембраны. К тому же мой вопрос касается не понимания уравнения Нернста вообще, или того как оно выведено. И не применительно именно к клеткам. Речь идет о том, почему для удержания тех же концентраций двузарядных ионов требуется половинный потенциал по сравнению с однозарядными. Согласитесь, это совершенно конкретный вопрос. И если вы ответите мне конкретно по-русски, я вас прекрасно пойму.

Еще раз, огромное спасибо за готовность помочь.

  Ответов в этой теме: 16
  Страница: 1 2
  «« назад || далее »»

Ответ на тему



ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ ANCHEM.RU:      [ Все новости ]

ЖУРНАЛ ЛАБОРАТОРИИ ЛИТЕРАТУРА ОБОРУДОВАНИЕ РАБОТА КАЛЕНДАРЬ ФОРУМ

Copyright © 2002-2009
«Аналитика-Мир профессионалов»

Размещение рекламы / Контакты