Информация

Ако средният потенциал на покой на неврон е -70 mV, защо има толкова високо съотношение на калиеви йони вътре спрямо външни?

Ако средният потенциал на покой на неврон е -70 mV, защо има толкова високо съотношение на калиеви йони вътре спрямо външни?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Моят биологичен учител обсъждаше съотношенията на различните йони вътре и извън клетката.

$$ ext{OUT:IN}$$

$$ ext{K}^+ (1:20)$$ $$ ext{Cl}^- (11.5:1)$$ $$ ext{Ca}^{2+} (10000:1)$ $ $$ ext{Na}^+ (10:1)$$

Може ли някой да предостави конкретни подробности относно относителните количества на тези различни йони един спрямо друг? С други думи, като се имат предвид тези йонни съотношения, дайте ми колко от всеки тип йони има и покажете защо това добавя към -70 mV. Просто искам да съм сигурен, че имам реалистична картина на концентрациите.

Мисля, че смесвам концентрацията със съотношението между вътрешно и външно. Въпреки че за всеки калиев йон отвън има 20 вътре, зарядът от общия брой калиеви йони трябва да е по-малък от този на хлорида или няма да е отрицателен вътре, нали?


Представител йонни концентрации са показани на фиг. 1:

Мембраната е предимно пропусклива за K+. Тъй като Na++-АТФазни помпи K+ вътре в клетката, той има тенденция да дифундира отново навън, като по този начин отнема положителен заряд извън клетката и я прави отрицателен вътре (извънклетъчното пространство е почти лишено от заряд поради своята огромност). Тъй като мембраната е основно пропусклива за K+, мембранният потенциал може да бъде оценен с помощта на Уравнение на Нернст като се вземат предвид само [К+]:

Това осигурява около -90 mV, като се използват стойностите на фиг. 1, което е доста близко до потенциала на покой на клетъчната мембрана.

Въпреки това, други йони също имат известна ограничена пропускливост и особено Cl- също има доста голям ток на утечка. За да добавите пропускливостта стр на различните йони (за K+ стр=1, за Na+ стр=0,04 и Cl- стр=0,45) в уравнението и вземете предвид множество йони, уравнение на Голдман е необходимо:

Това уравнение дава по-близки оценки на мембранния потенциал, отколкото уравнението на Нернст, приемащо само K+ под внимание. Въпреки това, други фактори, като буферни ефекти (Cl- често е буфериран), както и активните транспортни механизми могат леко да променят резултата от уравнението на Голдман.


BSC 2011 Тест 5

където електрически ток деполяризира съседната област на мембраната на аксона, така че катионите се натрупват по вътрешната мембрана на аксона, отблъсквайки катионите от другата страна на мембраната.

постоянна скорост и не намалява с разстоянието

Лимфата има много подобен състав на интерстициалната течност

Лимфната система се оттича във вените на шията

Клапите в лимфните съдове предотвратяват обратния поток на течността

Кръвта отпред ще има най-дълго време за дифузия на кислород и следователно най-високата концентрация на кислород.

-всяка алвеола е заобиколена от мрежа от капиляри, които доставят деоксигенирана кръв от белодробните артерии (изхождат от дясната камера на сърцето)

- стените на алвеолите са с дебелина една клетка, което улеснява дифузията на CO2 от кръвта в белите дробове и на O в кръвта

-оксигенираната кръв се връща в лявото предсърдие на сърцето през белодробните вени

-движещата сила на газообмена е разликата в налягането на газовете

- когато кръвта първоначално пристига в алвеолите, тя има ниско парциално налягане на O и високо парциално налягане на CO2, което улеснява прехвърлянето на всеки от тях надолу по съответния градиент на концентрация


Потенциал на покой на мембраната

За да функционира нервната система, невроните трябва да могат да изпращат и получават сигнали. Тези сигнали са възможни, защото всеки неврон има заредена клетъчна мембрана (разлика в напрежението между вътрешната и външната страна) и зарядът на тази мембрана може да се промени в отговор на невротрансмитерни молекули, освободени от други неврони и стимули от околната среда. За да разберем как невроните комуникират, първо трябва да разберем основата на базовия или “покойния” мембранен заряд.

Невронно заредени мембрани

Липидната двуслойна мембрана, която заобикаля неврона, е непроницаема за заредени молекули или йони. За да влязат или излязат от неврона, йоните трябва да преминат през специални протеини, наречени йонни канали, които обхващат мембраната. Йонните канали имат различни конфигурации: отворени, затворени и неактивни, както е илюстрирано на Фигура 1. Някои йонни канали трябва да бъдат активирани, за да се отворят и да позволят на йоните да преминават в или извън клетката. Тези йонни канали са чувствителни към околната среда и могат съответно да променят формата си. Йонните канали, които променят структурата си в отговор на промени в напрежението, се наричат ​​йонни канали с напрежение. Йонните канали с управление на напрежението регулират относителните концентрации на различни йони вътре и извън клетката. Разликата в общия заряд между вътрешната и външната част на клетката се нарича мембранен потенциал.

Фигура 1. Йонни канали с управление на напрежението се отварят в отговор на промени в напрежението на мембраната. След активиране те се дезактивират за кратък период и повече няма да се отварят в отговор на сигнал.

Това видео обсъжда основата на потенциала на мембраната в покой.

Потенциал на покой на мембраната

Невронът в покой е отрицателно зареден: вътрешността на клетката е с приблизително 70 миливолта по-отрицателна от външната (-70 mV, имайте предвид, че този брой варира в зависимост от типа неврон и вида). Това напрежение се нарича мембранен потенциал в покой, което се причинява от разликите в концентрациите на йони вътре и извън клетката. Ако мембраната беше еднакво пропусклива за всички йони, всеки вид йон щеше да тече през мембраната и системата щеше да достигне равновесие. Тъй като йоните не могат просто да преминат през мембраната по желание, има различни концентрации на няколко йона вътре и извън клетката, както е показано в таблица 1.

Таблица 1. Концентрация на йони вътре и извън невроните
йон Извънклетъчна концентрация (mM) Вътреклетъчна концентрация (mM) Съотношение отвън/вътре
Na + 145 12 12
K+ 4 155 0.026
Cl − 120 4 30
Органични аниони (A−) 100

Потенциалът на мембраната в покой е резултат от различни концентрации вътре и извън клетката. Разликата в броя на положително заредените калиеви йони (K + ) вътре и извън клетката доминира върху потенциала на мембраната в покой (Фигура 2).

Фигура 2. Потенциалът на мембраната в покой (а) е резултат от различни концентрации на Na + и K + йони вътре и извън клетката. Нервният импулс кара Na + да навлезе в клетката, което води до (б) деполяризация. При пиковия потенциал на действие К + каналите се отварят и клетката става (в) хиперполяризирана.

Когато мембраната е в покой, K + йони се натрупват вътре в клетката поради нетно движение с градиента на концентрация. Отрицателният мембранен потенциал в покой се създава и поддържа чрез увеличаване на концентрацията на катиони извън клетката (в извънклетъчната течност) спрямо вътре в клетката (в цитоплазмата). Отрицателният заряд в клетката се създава от това, че клетъчната мембрана е по-пропусклива за движението на калиеви йони, отколкото движението на натриевите йони. В невроните калиевите йони се поддържат при високи концентрации в клетката, докато натриевите йони се поддържат при високи концентрации извън клетката. Клетката притежава канали за изтичане на калий и натрий, които позволяват на двата катиона да дифундират надолу по градиента на концентрация.

Въпреки това, невроните имат много повече канали за изтичане на калий, отколкото канали за изтичане на натрий. Следователно калият дифундира извън клетката с много по-бърза скорост, отколкото изтича на натрий. Тъй като повече катиони напускат клетката, отколкото влизат, това кара вътрешността на клетката да бъде отрицателно заредена спрямо външната страна на клетката. Действията на натриево-калиевата помпа помагат за поддържане на потенциала за покой, след като е установен. Припомнете си, че натриево-калиевите помпи вкарват два K + йона в клетката, като същевременно премахват три Na + йона на консумиран АТФ. Тъй като повече катиони се изхвърлят от клетката, отколкото се поемат, вътрешността на клетката остава отрицателно заредена спрямо извънклетъчната течност. Трябва да се отбележи, че калциевите йони (Cl – ) са склонни да се натрупват извън клетката, тъй като се отблъскват от отрицателно заредени протеини в цитоплазмата.


Основен механизъм

Потенциал за почивка

Потенциалната разлика, която съществува през мембраната на всички клетки, обикновено е отрицателна вътре в клетката по отношение на външната страна. Казват, че мембраната е поляризирана. Потенциалната разлика през мембраната в покой се нарича потенциал на покой и е приблизително -70 mV в невроните, като отрицателният знак показва, че вътрешността на клетката е отрицателна спрямо външната. Установяването на тази потенциална разлика включва няколко фактора, най-важното транспортирането на йони през клетъчната мембрана и селективната пропускливост на мембраната за тези йони.

Активният транспорт на калиеви и натриеви йони съответно в и извън клетката се осъществява чрез множество натриево-калиеви помпи, разпръснати по клетъчната мембрана. Всяка помпа транспортира два йона калий в клетката за всеки три изпомпани натриеви йона. Това установява особено разпределение на положително заредените йони през клетъчната мембрана, като повече натрий присъства извън клетката, отколкото вътре, и повече калий вътре в клетката, отколкото извън нея. В някои ситуации електрогенните натриево-калиеви помпи имат значителен принос за потенциала на мембраната в покой, но в повечето клетки има канали за изтичане на калий, които доминират върху стойността на потенциала на покой.

Натриевите и калиевите йони дифундират през отворени йонни канали под въздействието на техните електрохимични градиенти. При потенциал на покой, нетното движение на натрий в клетката се равнява на нетното движение на калий извън клетката. Въпреки това, покойната клетъчна мембрана е приблизително 75 пъти по-пропусклива за калий, отколкото за натрий, поради каналите за изтичане на калий, които винаги са отворени. В резултат на това потенциалът на мембраната в покой на клетката е по-близо до равновесния потенциал на калия (=ЕК=&minus90 mV), отколкото равновесния потенциал на натрий (=Ена=+45 mV). Потенциалът на покой на клетката е приблизително -70 mV.

Подобно на потенциала на покой, потенциалите на действие на много неврони зависят от пропускливостта на клетъчната мембрана за натриеви и калиеви йони.


Ако средният потенциал на покой на неврон е -70 mV, защо има толкова високо съотношение на калиеви йони вътре спрямо външни? - Биология

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор (вижте по-долу) може да се използва за фактор на разреждане изчисления при работа с решения имащи клетки на обем (т.е. клетки над обем) единици за концентрация като клетки/mL, клетки/L, 10 3 клетки/mL, 10 6 клетки/L и т.н. Още.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор (вижте по-долу) може да се използва за фактор на разреждане изчисления при работа с решения имащи единици на обем (т.е. единици над обема) единици за концентрация като Unit/mL, &muUnit/&muL, mUnit/mL, Unit/L и др. Още.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор (вижте по-долу) може да се използва за фактор на разреждане изчисления при работа с решения имащи маса на обем (т.е. маса над обема) или тегло на обем (т.е. тегло спрямо обем) единици за концентрация като pg/mL, &mug/&muL, mg/mL, g/L и т.н. Още.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор може да се използва за изпълнение фактор на разреждане изчисления при работа с разтвори със следните единици за концентрация: части на милиард (ppb), части на милион (ppm), части на хиляда (ppt) и части на сто (pph, %). Повече ▼.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор може да се използва за изпълнение фактор на разреждане изчисления при работа с нормално решения. Повече ▼.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор може да се използва за изпълнение фактор на разреждане изчисления при работа с молал решения. Повече ▼.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор може да се използва за изпълнение фактор на разреждане изчисления при работа с моларен или процент (%) решения. Повече ▼.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор може да се използва за изпълнение фактор на разреждане изчисления. Повече ▼.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор може да се използва за извършване на редица различни изчисления за подготовка нормално решения, когато се започне с твърдия материал. Повече ▼.

Опитайте нашия калкулатор за преобразуване на единици за преобразуване към и от единици, често използвани във физиологията и други дисциплини, както и единици, използвани в ежедневието. Повече ▼.

В Хил уравнение се използва за описване на взаимодействия субстрат-протеин, които показват a сигмоидална форма. Уравнението на Хил често се използва за описване на скоростта на реакцията, катализирана от ензим, като функция от концентрацията на субстрата. Това уравнение също така обикновено се използва за описване на скоростта на медиирана от транспортер транслокация на йони и молекули през биологични мембрани. Изследването на кинетиката на реакцията чрез използване на уравнението на Хил е полезно, тъй като разкрива три важни кинетични параметъра: (1) максималната скорост на реакцията, наричана още максимална скорост на реакция (Vмакс), (2) на константа на половин максимална концентрация (К0.5), което е концентрацията на субстрата, която води до 50% Vмакс, и (3) the Хил коефициент (н), което осигурява мярка за кооперативност на свързване на субстрата. Интерактивната графика, предоставена в този урок, дава възможност за добро разбиране на уравнението на Хил, как се променя скоростта на реакцията като функция от концентрацията на субстрата и как се променя в Vмакс, К0.5, и н промяна на формата на графиката. Повече ▼.

В Михаелис-Ментен уравнението се използва за описване на скоростта на реакцията, катализирана от ензим, като функция от концентрацията на субстрата. Това уравнение също така обикновено се използва за описване на скоростта на медиирана от транспортер транслокация на йони и молекули през биологични мембрани. Изследването на кинетиката на реакцията чрез използване на уравнението на Michaelis-Menten е полезно, тъй като разкрива два важни кинетични параметъра: (1) максималната скорост на реакцията, наричана още максимална скорост на реакция (Vмакс), и (2) the константа на Михаелис (Км), което е концентрацията на субстрата, която води до 50% Vмакс. Интерактивната графика, предоставена в този урок, дава възможност за добро разбиране на уравнението на Михаелис-Ментен, как се променя скоростта на реакцията като функция от концентрацията на субстрата и как се променя в Vмакс и Км промяна на формата на графиката. Повече ▼.

Клетките на многоклетъчни организми като животни и растения, както и тези на едноклетъчни организми като дрожди показват потенциална разлика през клетъчната плазмена мембрана. Това означава, че има електрическа потенциална разлика между вътрешността на клетката и околната среда за къпане на клетката. Тази потенциална разлика се нарича мембранен потенциал (Vм). Числовата стойност на мембранния потенциал обикновено е отрицателна, което означава, че вътрешността на клетката е отрицателна по отношение на външния разтвор, който се приема като референтна или нулева стойност. Повече ▼.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор (вижте по-долу) може да се използва за извършване на редица различни изчисления за подготовка процент (%) разтвори при започване с твърд или течен материал. Много често е концентрацията на разтворите да се изразява в проценти. Процент означава на 100 части, където за разтвори частта се отнася до мярка за маса (&hag, mg, g, kg и т.н.) или обем (&muL, mL, L и т.н.). В процентни разтвори количеството (тегло или обем) на разтвореното вещество се изразява като процент от общото тегло или обем на разтвора. Процентните решения могат да бъдат под формата на тегло/обем % (тегло/обем % или тегло/обем %), тегло/тегло % (wt/wt % или w/w %), или обем/обем % (обем/обем % или обем/обем %). Във всеки случай процентната концентрация се изчислява като част от теглото или обема на разтвореното вещество, свързано с общото тегло или обем на разтвора. Повече ▼.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор (виж по-долу) може да се използва за извършване на редица различни изчисления за изготвяне на решения с маса на обем (т.е. маса над обема) или тегло на обем (т.е. тегло спрямо обем) единици за концентрация като mg/mL, &mug/&muL, &mug/L и т.н. Такива изчисления на концентрацията са необходими, когато се започва с твърдата форма на химикал и разтворът трябва да се приготви с единицата за концентрация изразено в единица маса за единица обем (като mg/mL). Тези изчисления са особено полезни при работа със съединения, които нямат добре дефинирани молекулни тегла (като някои протеини, въглехидрати и други полимери). Повече ▼.

Невроните разчитат на редица механизми, за да изпълняват важните си задачи на (и) получаване на информация, (ii) обработка на информация, (iii) разпространение на сигнала и (iv) предаване на сигнал. Един такъв механизъм, който е в основата на невронната функция, се основава на бързо и обратимо обръщане на електрическата потенциална разлика през плазмената мембрана. Под обръщане се има предвид, че мембранният потенциал бързо се променя от своето ниво на покой от приблизително &minus70 mV до около +50 mV и впоследствие бързо се връща отново към нивото на покой. Бързото обръщане на мембранния потенциал формира важна основа за обработка, разпространение и предаване на информация и се нарича потенциал за действие, електрически импулс, или нервен импулс. По този начин се казва, че невроните са възбудими клетки. Фокусът на тази лекция е да научите за детайлите на потенциала за действие на невроните. Невроните не са единствените възбудими клетки в човешкото тяло. Мускулните клетки (скелетни, сърдечни и гладки мускули) и някои ендокринни клетки (т.е. клетки, произвеждащи хормони) също са възбудими (т.е. проявяват потенциал на действие). Тези клетки ще бъдат обсъдени в следващите лекции. Повече ▼.

Когато два или повече йона допринасят за мембранния потенциал през плазмената мембрана (Vм) на клетка, вероятно е мембранният потенциал да не е в равновесния потенциал (Vекв.) за всеки от допринасящите йони. По този начин нито един йон няма да бъде в равновесие (т.е. Vекв. &ne Vм). Когато един йон не е в своето равновесие, an електрохимична движеща сила (VDF) действа върху йона, причинявайки нетното движение на йона през мембраната надолу по неговия електрохимичен градиент. Движещата сила се определя количествено чрез разликата между мембранния потенциал и потенциала на йонното равновесие (VDF = Vм &минус Vекв.). Големината на движещата сила показва колко далеч е йонът от своя електрохимично равновесие. Аритметичният знак (т.е. положителен или отрицателен) на движещата сила, действаща върху йон, заедно със знанието за валентността на йона (т.е. катион или анион) може да се използва за прогнозиране на посоката на йонния поток през плазмената мембрана ( т.е. в или извън клетката). Повече ▼.

В Уравнение на Нернст описва електрохимичното равновесно разпределение на йон между две отделения, които са разделени от мембрана, която съдържа канали, селективни за този йон. В идеалния случай мембраната, разделяща двете отделения, позволява преминаването само на интересуващия ни йон и никакъв друг йон. Разпределението на йона през мембраната се управлява от градиента на йонната концентрация през мембраната и води до установяване на потенциална разлика през мембраната. При равновесие тази потенциална разлика се описва с уравнението на Нернст и се нарича равновесен потенциал (Vекв.) или Потенциал на Нернст за този йон. Уравнението на Нернст може да бъде изведено въз основа на прости термодинамични принципи. Повече ▼.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор може да се използва за извършване на редица различни изчисления за изготвяне на решения с единици на обем (т.е. единици над обема) единици за концентрация като Units/mL, &muUnits/&muL, mUnits/mL, Units/L и т.н. Такива изчисления на концентрацията са необходими, когато се започва с твърдата форма на ензим (като колагеназа), хапарин , или всяка друга биологично активна молекула, където единицата активност е отбелязана в единици/mg и трябва да се приготви разтвор с единица концентрация, изразена в единица активност на единица обем, като например единици/mL. Повече ▼.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор може да се използва за извършване на редица различни изчисления за подготовка молал решения, когато се започне с твърдия материал. Повече ▼.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор може да се използва за извършване на изчисления на разреждане при работа с разтвори с клетки на обем (т.е. клетки над обем) единици за концентрация като клетки/mL, клетки/L, 10 3 клетки/mL, 10 6 клетки/L и т.н. Тези изчисления обикновено се извършват при работа с хранителна среда, съдържаща живи клетки, като бактериални клетки или клетки на бозайници. Повече ▼.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор може да се използва за извършване на изчисления на разреждане при работа с разтвори с единици на обем (т.е. единици над обема) единици за концентрация като Units/mL, &muUnits/&muL, mUnits/mL, Units/L и др. Още.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор може да се използва за извършване на изчисления на разреждане при работа с разтвори с маса на обем (т.е. маса над обема) или тегло на обем (т.е. тегло спрямо обем) единици за концентрация като pg/mL, &mug/&muL, mg/mL, g/L и т.н. Още.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор може да се използва за извършване на изчисления на разреждане при работа с разтвори със следните единици за концентрация: части на милиард (ppb), части на милион (ppm), части на хиляда (ppt) и части на сто (pph, %). Повече ▼.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор може да се използва за извършване на изчисления на разреждане при работа с нормално решения. Повече ▼.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор може да се използва за извършване на изчисления на разреждане при работа с молал решения. Повече ▼.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор може да се използва за извършване на изчисления на разреждане при работа с моларен или процент (%) решения. Повече ▼.

Предназначен да се използва както в учебната, така и в изследователската лаборатория, този калкулатор може да се използва за извършване на редица различни изчисления за приготвяне на моларни разтвори, когато се започне с твърдия материал. Повече ▼.

Физиология е изследване на това как функционират живите системи. Наричат ​​се учени, които изучават физиология физиолози. Физиолозите се опитват да опишат биологичните явления във физически и химически термини. Физиолозите идват в областта с изключително разнообразен опит и прилагат своите специализирани умения и знания за разбиране на функцията на живите системи. Физиолозите изучават живите системи от субклетъчно ниво (молекули и органели) чак до нивото на целия организъм и как организмите се адаптират към много различни условия на околната среда като горещо, студено, сухо, влажно или голяма надморска височина. В опита си да изяснят механизмите, работещи в живите системи, физиолозите използват огромен набор от експериментални техники. Техниките на клетъчната и молекулярната биология, генетиката, геномиката, биоинформатиката, химията, физиката и инженерството намират приложение в изучаването на живите системи от физиолози. Повече ▼.

Когато разглеждаме дифузията на йони и молекули в разтвори, обикновено е полезно да можем да оценим времето, необходимо за дифузия на дадено разстояние. От физиологична гледна точка това знание ни помага да разберем по-добре колко време отнема на молекулите и йоните да изминат физиологично релевантни разстояния само чрез дифузия. Например, важно е да знаете колко време отнема молекулярния О2 за достигане на метаболитно активни клетки 10 &mum далеч от капиляра. Като друг пример е важно да се знае колко време е необходимо на невротрансмитерна молекула, освободена от пресинаптичния неврон, за да дифундира през синаптичната цепнатина от 20-50 nm, за да достигне целевите рецептори на постсинаптичната плазмена мембрана. По същия начин могат да бъдат разгледани много други физиологични примери. Докато в разтворите дифундиращите разтворени вещества се движат в три измерения надолу по градиент на концентрация от област с по-висока концентрация към област с по-ниска концентрация, може да се използва просто уравнение за приблизително време, необходимо на дадена молекула за дифузия на средно разстояние в едно измерение (вижте уравнението по-долу). Този калкулатор ви позволява да изчислите времето, необходимо на разтвореното вещество да разпръсне дадено разстояние в една посока по една ос. Повече ▼.

В средно артериално налягане (MAP) е силата, която задвижва кръвта през васкулатурата от артериите към артериоли, капиляри, венули, вени и обратно към сърцето. Средното артериално налягане е а средно претеглена по време на стойностите на налягането в големите системни артерии по време на сърдечния цикъл. Средното артериално налягане е функция на (1) скоростта, с която сърцето изпомпва кръв в големите артерии, (2) скоростта на притока на кръв от големите артерии за навлизане в по-малки артерии и артериоли, и (3) съответствие на артериалната стена. Ако вентрикулите са прекарали еднакво време в систола и диастола, средното артериално налягане може просто да се изчисли като математическа средна стойност на стойностите на систоличното и диастолното налягане. В действителност обаче вентрикулите прекарват приблизително една трета (1/3) от времето си в систола и две трети (2/3) в диастола (вижте фигурата по-долу). Следователно, простата средна стойност на стойностите на систоличното и диастолното налягане не е приемлива оценка на средното артериално налягане. Вместо това обикновено се използва просто приближително уравнение за оценка на средното артериално налягане, където средно артериално налягане = диастолично налягане + (1/3) &умножено пулсово налягане. Пулсовото налягане е разликата между стойностите на систолното и диастолното налягане. Този калкулатор ви позволява да изчислите средното артериално налягане на базата на известни стойности на систолното и диастолното налягане. Повече ▼.

1850-те) от белгиеца Адолф Кетле в опит да идентифицира прост параметър за скрининг за отчитане на теглото като функция от неговия/нейния ръст. ИТМ се използва като индикатор за съдържанието на телесни мазнини и въз основа на установени прагови стойности предоставя количествено измерим индекс на здравословното състояние и рисковите фактори по отношение на телесното тегло. Този калкулатор ви позволява да определите своя собствен ИТМ. Повече ▼.

Вторичен активен транспорт е форма на активен транспорт през биологична мембрана, при която транспортен протеин свързва движението на йон (обикновено Na+ или H+) надолу неговия електрохимичен градиент към движението нагоре на друга молекула или йон срещу концентрационен/електрохимичен градиент. По този начин енергията, съхранявана в електрохимичния градиент на йон, се използва за задвижване на транспорта на друго разтворено вещество срещу концентрация или електрохимичен градиент. Йонът, движещ се надолу по своя електрохимичен градиент, се нарича задвижващ йон защото именно движението на този йон задвижва движението нагоре на друг йон/молекула (задвижван йон/молекула). Вторичният активен транспорт също обикновено се нарича йонно-свързан транспорт и всъщност свързването между задвижващия и задвижвания вид е задължително. Повече ▼.

Улеснена дифузия (известен също като улеснен транспорт) е форма на пасивен транспорт през биологична мембрана, при която транспортен протеин улеснява (или медиира или катализира) движението на иначе непроницаема за мембраната молекула или йон през плазмената мембрана надолу по нейната концентрация или електрохимичен градиент . Транспортните протеини, отговорни за тази функция, се наричат улесняващи транспортери или унипортери, примери за които включват повсеместните глюкозни транспортери (фамилия GLUT), различни транспортери на аминокиселини и други. Взети заедно, тези транспортери изпълняват много основни клетъчни и органични функции. При улеснена дифузия посоката на транспорт винаги е надолу по концентрационен градиент от едната страна на мембраната, където концентрацията на субстрата е висока, до другата страна на мембраната, където концентрацията е по-ниска. Карикатурата, показана по-долу, е опростено концептуално представяне на работата на типичен улесняващ транспортер. Повече ▼.

Различни от липидоразтворими молекули (стероиди, O2, CO2и др.) и някои много малки полярни молекули (вода, урея, етанол, глицерол) (вижте Пропускливост на липидния двуслоен), преминаването на йони и повечето полярни молекули през биологичните мембрани изисква наличието на интегрални мембранни протеини, които функционират като транспортни протеини. Транспортните протеини се наричат транспортьори или по-рядко, носители, а може и да бъде активни транспортери или пасивни транспортери. Фигурата, показана по-долу, обобщава основните пътища, по които молекулите/йони могат да пресичат биологичните мембрани. Повече ▼.

Всички живи клетки трябва да могат да обменят материали (хранителни вещества и отпадъчни продукти) с външната си среда, за да останат живи. Тъй като фосфолипидният двуслой е отговорен за образуването на мембрани и следователно на компартменти, важно е да се разбере как различните молекули могат да преминат през този липиден двуслой. Просто казано, биологичните мембрани са полупропусклива липидни двуслоеве. Пропускливост се отнася до лекотата, с която молекулите преминават през биологичните мембрани. Повече ▼.

Генерират се възбудими клетки на нервната система (т.е. неврони). нервни импулси. Нервните импулси са електрическите сигнали, чрез които невроните разговарят един с друг, а също и с други клетки на тялото. Нервният импулс се нарича потенциал за действие. Потенциалът за действие е кратко (само няколко милисекунди) обръщане на мембранния потенциал (Vм). В покой, Vм на неврон е около -70 mV (близо до равновесния потенциал за калий, VК), но по време на потенциал за действие, Vм преходно се доближава до +50 mV (близо до равновесния потенциал за натрий, Vна). След това мембранният потенциал бързо се връща към потенциала на покой и дори за кратко надхвърля потенциала на покой, за да се приближи VК преди накрая да се върне към стойността на покой от около 70 mV. Целият процес отнема около 3,5 ms. Това обръщане на потенциала от повече от 100 mV е отговорно за електрическата сигнализация в нервната система и е в основата на предаването на информация в нервната система.

Тествайте основните си познания за потенциала за действие на невроните, като вземете този прост тест. За повече информация относно потенциала на невронно действие вижте бележки за лактурния потенциал на невронното действие.

Знаете ли, че бъбреците на средностатистически възрастен човек филтрират около 180 L плазма всеки ден! Тоест всеки ден целият обем плазма се филтрира около 50 пъти от бъбреците! Това огромно количество филтрация е наистина необходимо, за да позволи на бъбреците да елиминират отпадните продукти, присъстващи в плазмата. Повечето от тези отпадъчни материали са странични продукти на нормалния метаболизъм. Те се отстраняват от плазмата чрез филтрация (и секреция за някои) в бъбреците и в крайна сметка се елиминират от тялото чрез урината. Въпреки това, значително количество (всъщност повечето) от филтрираната вода трябва да се абсорбира повторно, за да се предотврати животозастрашаваща дехидратация.

Тествайте основните си познания за бъбречната филтрация и реабсорбция, като вземете този прост тест.


Ако средният потенциал на покой на неврон е -70 mV, защо има толкова високо съотношение на калиеви йони вътре спрямо външни? - Биология

Първите изследвания на електрическите характеристики на невроните са проведени през 30-те години на миналия век с помощта на "гигантски" аксони на калмари. Плувният механизъм на калмара (водно животно, открито в Атлантическия океан) се състои от разширена тръбна структура или гигантски аксон, който е няколко пъти по-голям от най-големия човешки аксон. Тези аксони бяха достатъчно големи, за да измерват лесно мембранния потенциал (или разликата в заряда през мембраната) с помощта на внимателно поставени микроелектроди. Зарядите, открити както вътре, така и извън клетъчната мембрана, са записани с помощта на осцилоскоп, инструмент, който използва флуоресцентен екран за показване на визуално представяне на електрическите вариации. Невронауката вече разполага с микротехнологията за измерване директно от микроскопични елементи на човешкия неврон. Обикновено използваният микроелектрод е направен от стъклена тръба, която е заострена до диаметър на върха от 0,0005 милиметра или по-малко и е напълнена с разтвор на токопроводяща сол, като калиев хлорид.

Това изследване идентифицира електрохимичните условия, съществуващи, докато невроните са неактивни или в покой. Тази почивка мембранен потенциал от -70 миливолта (mV) се дължи на разликата в електрическия заряд, открит от вътрешната страна на клетката спрямо външната страна на клетката, и е подобно на електрическото състояние, открито в батерията. Потенциалът вътре в неврона е приблизително 70 mV по-малък от този, измерен извън неврона. Както е показано на фигура 5а, натриеви йони, калиеви йони, хлоридни йони и протеинови молекули са заредените вещества, които лежат в основата на мембранния потенциал. Тези йони се образуват, когато електролити разтваря се във вода и се разделя на две части с противоположен електрически заряд. Обикновената готварска сол (NaCl), например, когато се разтвори, се разделя на положително зареден (катион) натриев йон (Na+) и отрицателно зареден (анион) хлориден йон (Cl-). Фигура 5b илюстрира механизмите, които поддържат различните концентрации на всяко от тези вещества от двете страни на невронната мембрана.

Неравностойното зареждане или полярност през невронната клетъчна мембрана в покой се дължи главно на неравномерното разпределение на натриеви йони (Na+), калиеви йони (K+), хлоридни йони (Cl-) и протеинови молекули. Тази разлика в разпределението на заредените вещества се дължи на взаимодействието както на пасивните, така и на активните сили.

Случайното движение на веществата надолу по градиента на концентрацията създава първите молекули на пасивна сила и йони се движат от висока към по-ниска концентрация в опит да се разпределят равномерно и да създадат хомогенна среда. Това движение се нарича дифузия. Втората пасивна сила се дължи на тенденцията на сходно заредените вещества да се отдалечават едно от друго, а на противоположно заредените вещества да се движат едно към друго. Тази сила е известна като електростатично налягане. Тази сила е в основата на тенденцията на системата да изравнява електрическия заряд.

Силите, които лежат в основата на диференциалния заряд през невронната мембрана (мембранният потенциал), са селективна пропускливост и активен транспорт. The selective permeability of a neuronal membrane affects the ease with which particular molecules pass through the membrane, and therefore interacts with the concentration and electrostatic gradients. Порти or pores/channels embedded in the membrane control the rate of passage for some important ions. In some cases, the size of a pore or channel and the size of the ion or molecule passively determine the permeability of a membrane to the substance. In other cases, energy is expended at a канал which then actively pumps a substance in or out of the cell. Този процес се нарича активен транспорт.

When the neuron is at rest, potassium and chloride are allowed to pass at a moderate rate while sodium channels remain closed. The final mechanism for maintaining the concentration gradient involves active transport of sodium and potassium ions via the sodium-potassium pump. The sodium-potassium pump ejects three sodium ions for every two potassium ions pumped into the cell energy is needed for this process. The energy expended by the neuron in maintaining the resting potential is justified because the resting potential increases the neuron's ability to respond rapidly to stimulation. When the neuron is excited and the sodium channels are opened, the concentration and electrical gradients for Na+ (maintained by active transport) result in an explosion of Na+ into the cell. This neuronal response to stimulation, the action potential, will be described in Tutorial 6.

Structural and functional integrity of the membrane of a neuron is essential to maintaining the resting potential, generating an action potential, and propagating a neuronal impulse (Arms & Camp, 1995). The neuronal membrane is composed of two fat layers (phospholipids) with protein molecules embedded between and within. The phospholipid molecules have a water-attracting head (which form the outer and inner boundaries of the membrane where contact is made with extra-cellular fluids and cytoplasm) and two water-repelling tails (which form the internal layer of the membrane. The membrane is approximately eight nanometers thick, or less than 0.00001 millimeters. This molecular structure provides the neuron with an adequately firm, yet flexible boundary that can control the movement of substances into and out of the cell. See Tutorial 2 for additional information on the neuronal cell membrane.

Arms, K. & Camp, P. (1995), Биология (4th ed.). New York: Harcourt Brace College Publishers.

Suggestions for further study

SUGGESTED READINGS:

Keynes, R.D. (1979, March). Ion channels in the nerve-cell membrane. Scientific American, 240(3), 126-132, 134-135.

Neher, E. & Sakmann, B. (1992, March). The patch clamp technique. Scientific American, 266(3), 28-35.

Regan, D. (1979, December). Electrical responses evoked from the human brain. Scientific American, 241(6), 134-146.


If the average resting potential of a neuron is -70 mV, why is there such a high ratio of potassium ions inside relative to out? - Биология

% brain of total body weight (150 pound human) = 2%
Average brain width = 140 mm
Average brain length = 167 mm
Average brain height = 93 mm

Интракраниално съдържание по обем (1700 ml, 100%): мозък = 1400 ml (80%) кръв = 150 ml (10%) цереброспинална течност = 150 ml (10%) (от Rengachary, S.S. и Ellenbogen, R.G., редактори, Principles of Neurosurgery, Единбург: Elsevier Mosby, 2005)

Average number of neurons in the brain = 86 billion ( Frederico Azevedo et al., Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain. J. Comp. Neurol., 513: 532-541, 2009. )
Нервната система на октопод има около 500 000 000 неврона, като две трети от тези неврони се намират в ръцете на октопода. ( Hochner, B. et al., The octopus: a model for a comparative analysis of the evolution of learning and memory mechanisms, Biol Bull., 210:308-317, 2006. )
Number of neurons in honey bee brain = 950,000 ( from Menzel, R. and Giurfa, M., Cognitive architecture of a mini-brain: the honeybee, Trd. зъбно колело. Sci., 5:62-71, 2001.)
Number of neurons in аплизия нервна система = 18 000-20 000
Number of neurons in each segmental ganglia in the leech = 350
Volume of the brain of a locust = 6mm 3 (from The Neurobiology of the Insect Brain, Burrows, M., 1996)

Съотношение на обема на сивото вещество към бялото вещество в мозъчните полукълба (на 20 години) = 1,3 (Miller, AK, Alston, RL и Corsellis, JA, вариации с възрастта в обемите на сивото и бялото вещество в мозъчните хемисфери на човека: измервания с анализатор на изображения, Neuropathol Appl Neurobiol., 6:119-132, 1980)
Ratio of the volume of grey matter to white matter in the cerebral hemipheres (50 yrs. old) = 1.1 (Miller et al., 1980)
Съотношение на обема на сивото вещество към бялото вещество в мозъчните хемифери (на 100 години) = 1,5 (Miller et al., 1980)
% от мозъчната консумация на кислород от бялото вещество = 6%
% of cerebral oxygen consumption by gray matter = 94%

Ratio of glial cells to neurons in the brain = 1:1 (Reference 1 and Reference 2)

(For more information about the number of neurons in the brain, see R.W. Williams and K. Herrup, Ан. Review Neuroscience, 11:423-453, 1988)

Number of neocortical neurons (females) = 19.3 billion (Pakkenberg, B. et al., Aging and the human neocortex, Exp. Gerontology, 38:95-99, 2003 and Pakkenberg, B. and Gundersen, H.J.G. Брой на неокортикален неврон при хора: ефект на пола и възрастта. J. Comp. Neurology, 384:312-320, 1997.)
Number of neocortical neurons (males) = 22.8 billion (Pakkenberg et al., 1997 2003)
Average loss of neocortical neurons = 85,000 per day (

31 million per year) (Pakkenberg et al., 1997 2003)
Average loss of neocortical neurons = 1 per second (Pakkenberg et al., 1997 2003)
Average number of neocortical glial cells (young adults ) = 39 billion (Pakkenberg et al., 1997 2003)
Average number of neocortical glial cells (older adults) =36 billion (Pakkenberg et al., 1997 2003)
Брой неврони в мозъчната кора (плъх) = 21 милиона (Korbo, L., et al., J. Neurosci Методи, 31:93-100, 1990)
Length of myelinated nerve fibers in brain = 150,000-180,000 km (Pakkenberg et al., 1997 2003)
Number of synapses in cortex = 0.15 quadrillion (Pakkenberg et al., 1997 2003)
Difference number of neurons in the right and left hemispheres = 186 million MORE neurons on left side than right side (Pakkenberg et al., 1997 2003)

Proportion by Volume (%)
Rat Човек
Cerebral Cortex 3177
Diencephalon 74
Midbrain 64
Hindbrain 72
Cerebellum 1010
Гръбначен мозък 352
(Reference: Тенденции в невронауките, 18:471-474, 1995)

Composition of Brain and Muscle
Skeletal Muscle (%) Whole Brain (%)
Вода 7577 to 78
Липиди 510 to 12
Протеин 18 до 208
Carbohydrate 11
Soluble organic substances 3 to 52
Inorganic salts 11
(Reference: McIlwain, H. and Bachelard, H.S., Биохимия и централната нервна система, Edinburgh: Churchill Livingstone, 1985)

Total surface area of the cerebral cortex = 2,500 cm 2 (2.5 ft 2 A. Peters, and E.G. Jones, Cerebral Cortex, 1984 )

Обща повърхност на мозъчната кора (малка землеройка) = 0,8 cm 2
Total surface area of the cerebral cortex (rat) = 6 cm 2
Total surface area of the cerebral cortex (cat) = 83 cm 2
Total surface area of the cerebral cortex (African elephant) = 6,300 cm 2
Total surface area of the cerebral cortex (Bottlenosed dolphin) = 3,745 cm 2 (S.H. Ridgway, The Cetacean Central Nervous System, стр. 221)
Total surface area of the cerebral cortex (pilot whale) = 5,800 cm 2
Total surface area of the cerebral cortex (false killer whale) = 7,400 cm 2
(Reference for surface area figures: Nieuwenhuys, R., Ten Donkelaar, H.J. and Nicholson, C., The Central nervous System of Vertebrates, Vol. 3, Берлин: Springer, 1998)
Total number of neurons in cerebral cortex = 10 billion ( from G.M. Shepherd, The Synaptic Organization of the Brain, 1998, p. 6) . However, C. Koch lists the total number of neurons in the cerebral cortex at 20 billion (Biophysics of Computation. Information Processing in Single Neurons, New York: Oxford Univ. Press, 1999, page 87).
Total number of synapses in cerebral cortex = 60 trillion (yes, trillion) (from G.M. Shepherd, The Synaptic Organization of the Brain, 1998, p. 6). However, C. Koch lists the total synapses in the cerebral cortex at 240 trillion (Biophysics of Computation. Information Processing in Single Neurons, New York: Oxford Univ. Press, 1999, page 87).

Процент от общия обем на мозъчната кора (човек): челен дял = 41% темпорален дял = 22% теменен дял = 19% тилна част = 18%. (Kennedy et al., Cerebral Cortex, 8:372-384, 1998.)

Number of cortical layers = 6
Thickness of cerebral cortex = 1.5-4.5 mm
Дебелина на мозъчната кора (Bottlenosed делфин) = 1,3-1,8 mm (S.H. Ridgway, The Cetacean Central Nervous System, стр. 221)

EEG - beta wave frequency = 13 to 30 Hz
EEG - alpha wave frequency = 8 to 13 Hz
EEG - theta wave frequency = 4 to 7 Hz
EEG - delta wave frequency = 0.5 to 4 Hz
World record, time without sleep = 264 hours (11 days) by Randy Gardner in 1965. Note: In Biopsychology (by J.P.J. Pinel, Boston: Allyn and Bacon, 2000, p. 322), the record for time awake is attributed to Mrs. Maureen Weston. Тя очевидно е прекарала 449 часа [18 дни, 17 часа] будна в люлеещ се стол. В Guinness Book of World Records [1990] has the record belonging to Robert McDonald who spent 453 hours, 40 min in a rocking chair.
Time until unconsciousness after loss of blood supply to brain = 8-10 sec
Time until reflex loss after loss of blood supply to brain = 40-110 sec

Rate of neuron growth (early pregnancy) = 250,000 neurons/minute
Length of spiny terminals of a Purkinje cell = 40,700 micron
Number spines on a Purkinje cell dendritic branchlet = 61,000
Surface area of cerebellar cortex = 1,590 cm 2 ( from Sereno et al., The human cerebellum has almost 80% of the surface area of the neocortex, PNAS, 117:19538-19543, 2020
Weight of adult cerebellum = 150 grams (Afifi, A.K. and Bergman, R.A., Функционална невроанатомия, New York: McGraw-Hill, 1998)
Number of Purkinje cells = 15-26 million
Number of synapses made on a Purkinje cell = up to 200,000
Weight of hypothalamus = 4 g
Volume of suprachiasmatic nucleus = 0.3 mm 3
Number of fibers in pyramidal tract above decussation = 1,100,000
Number of fibers in corpus callosum = 200,000,000 (Lunders, E., Thompson, P.M. and Toga, A.W., The Development of the Corpus Callosum in the Healthy Human Brain, The Journal of Neuroscience, 30:10985-10990, 2010.)
Area of the corpus callosum (midsagittal section) = 6.2 cm 2

ВидовеCerebellum Weight (grams)Body Weight (grams)
Мишка0.0958
Bat0.0930
Flying Fox0.3130
Pigeon0.4500
Guinea Pig0.9485
Squirrel1.5350
Chinchilla1.7500
Заек1.91,800
Hare2.33,000
котка5.33,500
куче6.03,500
Macaque7.86,000
овце21.525,000
Bovine35.7300,000
Човек14260,000
Sultan, F. and Braitenberg, V. Shapes and sizes of different mammalian cerebella. A study in quantitative comparative neuroanatomy. J. Hirnforsch., 34:79-92, 1993.

Total volume of cerebrospinal fluid (adult) = 125-150 ml
Total volume of cerebrospinal fluid (infant) = 50 ml (Aghababian, R., Essentials of Emergency Medicine, 2006)
Обръщение на целия обем на цереброспиналната течност = 3 до 4 пъти на ден (от Kandel et al., 2000, стр. 1296)
Скорост на производство на CSF = 0,35 ml/min (500 ml/ден) (от Kandel et al., 2000, стр. 1296)
pH на цереброспиналната течност = 7,33 (от Kandel et al., 2000, стр. 1296)
Специфично тегло на цереброспиналната течност = 1,007
Color of normal CSF = clear and colorless
White blood cell count in CSF = 0-3 per mm 3
Брой на червените кръвни клетки в CSF = 0-5 на mm 3
Normal intracranial pressure = 150 - 180 mm of water


Комплект споделени флашкарти

The proteins change shape to allow the gates to open. The greater the stimulus, the more gated channels that open.

As more gates open, the inside of the cell becomes ________ ____________, and more channels continue opening in response to the ___________

charge in the cell or greater intensity of stimulus more solutions, more sodium enters the cell

3. Rising Phase of the action potential

4. Falling phase of the action potential

Rising phase of the action potential

Myelin sheaths allow for the transmission of the signal to travel at a much slower rate?

Myelin sheaths are companion cells made of nonpolar lipids that block movement of ions

increased or total exposure of axons, muscle spasms, etc.

Attacks the myelin sheath

Presynaptic Cell Postsynaptic Cell

Calcium tends to have a lower concentration outside of cell so when cannels open, calcium moves into the cell

Calcium tends to have a higher concentration outside of the cell

1. Fit specifically into the ligand gated channels

2. Vary in structure, location, and function

3. Receptors are specific for individuals chemical transmitters

Trigger fight or flight in PNS

Seratonin re-up taken into the presynaptic neuron.

Prozac and seratonin block uptake of serotonin thus increase the activation of seratonin receptors.

1. Excitatory postsynaptic potentials (EPSPs) - depolarizations that bring membrane potential toward threshold

2. Inhibitory postsynaptic potentials (IPSPs) - hyperpolarizations that move membrane potential farther from the threshold

1. Temporal summation - signals coming into nerve cell. If the depolarizations occur too far apart (timing is not appropriate) an action potential will not occur. If they are close enough together, this can lead to enough of a depolarization for an action potential to occur.

2. Spatial Summation - input from multiple neurons. Ex: two neurons must release neurotransmitter at exactly the same time for an action potential to be produced.

Where is the grey matter located in the brain?

What are ventricles in the brain?

3. Spaces inside the brain

1. Conveys information between brain and PNS

2. Produces reflexes independently of brain (automatic response to a stimulus)

Neurons that send information to skeletal muscle, muscular system. Acetylcholine is the primary neurotransmitter.

1. Mechanoreceptors - stretch, motion, touch, sound. These sensory cells allow organisms to respond to their environment

3. Thermoreceptors - Detect heat signals. Ex: some snakes can find prey through heat signatures

4. Chemoreceptor - detects presence of chemicals Ex: tase, smell, osmotic concentration, pH, Specific chemicals (glucose, oxygen etc.)

5. Electromagnetic receptors - light, electric, mag. полета

axon doesnt end at neurons, it ends at blood vessel and releases neurotransmitter in bloodstream which is now a hormone

Allow the endocrine system to respond in different ways:

Hydrophilic - peptide and protein hormones (insulin growth hormones) work in blood sugar and seal wounds. Also epinephrine (adrenaline) which works in the fight or flight, These hormones are needed in quick use for immediate action.

Hydrophobic - thyroid hormones, metabolic activity, melatonin- mood /sleep cycle, steroid hormones (cortisol, sex hormones) influence development. These work in gradual long-term efffects

1. Same receptors, but different intracellular proteins lead to different cellular response


Engineering Fundamentals of Biotechnology

2.71.3.1.3 Membrane potential

Membrane potential is one of the most used parameters to determine cell viability. The magnitude of this potential, which varies from 100 to 200 mV, is considered as a measure of the health of microorganisms. Membrane potential is generated due to the different ions content inside and outside the cell and it is linked to adenosine triphosphate (ATP) formation [14] . Only live cells are able to maintain membrane potential, and, although, membrane depolarization means a decrease in cell activity, it does not imply cell death. When this difference decreases to zero, the membrane is structurally damaged and ions go across the membrane freely.

Membrane potential measurements are carried out by means of lipophilic dyes (distributional probes) which go through the cell membrane and accumulate according to their charge. Under suitable conditions, fluorescence signals can be directly related to cell energy levels. It is recommended to test the reliability of staining by observing if the dye uptake is sensitive to uncouplers (such as CCCP or carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone) or ionophores (such as valynomicin) [13] .

Cationic dyes (such as carbocianines, DiOCн(3), or Rhodamine 123) accumulate inside polarized cells, that is, viable cells are permeable to those dyes . However, some applications, mainly concerning environmental and natural samples, are not very conclusive because of the need to carry out a previous step of permeabilization to increase membrane permeability [1] . In addition, it is possible that these charged dyes could interact with some cell components or chemical compounds present in the sample. Rhodamine 123 has been also proven to be extruded by active pumps.

Oxonols, and anionic and lipophilic compounds, accumulate inside nonviable cells and concentrate by association with intracellular compounds. Without permeabilization protocols, oxonols uptake is more related to membrane integrity rather than to membrane potential and depolarization [8] . DiBAC4(3) (bis-(1,3-dibarbituric acid)-trimethine oxonol) or BOX was useful to detect depolarized cells of numerous species, and it is normally used in combination with SYTO dyes (for total cell counts) to determine the remaining population of viable cells. BOX is also used in combination with propidium iodide (PI) to observe dead cells.


On the Concept of Resting Potential—Pumping Ratio of the Na + /K + Pump and Concentration Ratios of Potassium Ions Outside and Inside the Cell to Sodium Ions Inside and Outside the Cell

In animal cells, the resting potential is established by the concentration gradients of sodium and potassium ions and the different permeabilities of the cell membrane to them. The large concentration gradients of sodium and potassium ions are maintained by the Na + /K + pump. Under physiological conditions, the pump transports three sodium ions out of and two potassium ions into the cell per ATP hydrolyzed. However, unlike other primary or secondary active transporters, the Na + /K + pump does not work at the equilibrium state, so the pumping ratio is not a thermodynamic property of the pump. In this article, I propose a dipole-charging model of the Na + /K + pump to prove that the three Na + to two K + pumping ratio of the Na + /K + pump is determined by the ratio of the ionic mobilities of potassium to sodium ions, which is to ensure the time constant τ and the τ-dependent processes, such as the normal working state of the Na + /K + pump and the propagation of an action potential. Further, the concentration ratios of potassium ions outside and inside the cell to sodium ions inside and outside the cell are 0.3027 and 0.9788, respectively, and the sum of the potassium and sodium equilibrium potentials is −30.3 mV. A comparative study on these constants is made for some marine, freshwater and terrestrial animals. These findings suggest that the pumping ratio of the Na + /K + pump and the ion concentration ratios play a role in the evolution of animal cells.

Това е визуализация на абонаментно съдържание, достъп през вашата институция.