Lý thuyết Điện thế nghỉ: Bài 28. Điện thế nghỉ. Điện thế nghỉ là sự chênh lệch về điện thế giữa hai bên màng tế bào khi tế bào không bị kích thích, phía trong màng tế bào tích điện âm so với phía ngoài màng tích điện dương. Show
I. KIẾN THỨC CƠ BẢN – Điện thế nghỉ là sự chênh lệch về điện thế giữa hai bên màng tế bào khi tế bào không bị kích thích, phía trong màng tế bào tích điện âm so với phía ngoài màng tích điện dương. – Nguyên nhân có điện thế nghỉ chủ yếu là do: + Nồng độ ion kali bên trong cao hơn bên ngoài tế bào. + Các cổng kali mở (tính thấm chọn lọc đối với K+) nên các K+ ở sát màng tế bào đồng loạt đi từ trong ra ngoài tế bào và tập trung ngay sát mặt ngoài màng tế bào, làm cho mặt ngoài màng tích điện dương so với mặt trong màng tích điện âm. + Bơm Na – K vận chuyển K+ từ phía bên ngoài trả vào phía bên trong màng tế bảo giúp duy trì nồng độ K+ bên trong tế bào cao hơn bên ngoài tế bào. II. GỢI Ý TRẢ LỜI CÂU HỎI SÁCH GIÁO KHOA PHẦN TÌM HIỂU VÀ THẢO LUẬN ♦ Quan sát hình 28.1 và cho biết cách đo điện thế nghỉ trên tế bào thần kinh mực Ống.  Quảng cáo - Advertisements Sử dụng một máy đo điện thế cực nhạy để đo điện thế nghỉ của tê bào thần kinh. Đặt điện cực thứ nhất của máy đo điện thế lên mặt ngoài của màng tế bào, còn điện cực thứ hai thì đâm xuyên qua màng tế bào, đến tiếp xúc với tế bào chất (hình 28.1). ♦ Nghiên cứu bảng 28 và hình 28.2, sau đó trả lời các câu hỏi sau: – Ở bên trong tế bào, loại ion dùng nào có nồng độ cao hơn và loại ion dương nào có nồng độ thấp hơn so với bên ngoài tế bào? – Loại ion dương nào đi qua màng tế bào và nằm sát lại mặt ngoài màng tế bào làm cho mặt ngoài màng tích điện dương so với mặt trong mang tích điện âm? Trả lời – Ở bên trong tế bào, ion K+ có nồng độ cao hơn và ion Na+ có nồng độ thấp hơn so với bên ngoài tế bào. – Mặt ngoài màng tế bào tích điện dương là do: K+ khi đi qua màng ra ngoài, mang theo điện tích dương ra theo dẫn đến phía mặt trong màng trở nên âm. K+ đi ra bị lực hút trái dấu ở phía mặt Trong màng giữ lại nên không đi xa mà nằm lại sát ngay phía mặt ngoài màng làm cho mặt ngoài màng tích điện dương so với mặt trong màng tích điện âm.
Sự khuếch tán đơn thuần kali và natri sẽ tạo ra điện thế màng khoảng -86mV, nó được tạo thành hầu hết bởi sự khuếch tán kali.
Biên tập viên: Trần Tiến Phong Đánh giá: Trần Trà My, Trần Phương Phương Hình chỉ ra những yếu tố quan trọng thiết lập nên điện thế màng, đó là: Hình. Thiết lập các điện thế màng nghỉ trong các sợi thần kinh trong ba điều kiện: A, khi điện thế màng được gây ra hoàn toàn chỉ bởi sự khuếch tán kali; B, khi điện thế màng được gây ra bởi sự khuếch tán của cả ion natri và kali; và C, khi điện thế màng được gây ra bởi sự khuếch tán của cả ion natri và kali cộng với việc bơm cả hai ion này bằng bơm Na + -K +. Sự đóng góp góp của sự khuếch tán kaliHình A, chúng ta giả định rằng chỉ có sự vận chuyển của mình ion kali được khuếch tán qua màng, được chứng minh bởi sự mở kênh kali bên trong và ngoài màng tế bào. Vì tỉ lệ nồng độ kali trong và ngoài màng rất cao, tới 35:1, theo phương trình Nerst , khuếch tán kali tạo điện thế là -61 mV x log35 = -94mV. Vì vậy nếu kali là ion duy nhất tạo ra điện thế nghỉ thì điện thế nghỉ bên trong sợi thần kinh sẽ là -94mV như được chỉ ra ở hình vẽ. Sự đóng góp của khuếch tán ion natriHình B chỉ ra phần đóng góp thêm cho điện thế màng do khuếch tán natri, gây ra bởi sự khuếch tán natri qua sự rò rỉ kênh Na+-K+. Tỉ lệ nồng độ với natri bên trong và ngoài màng là 0,1, do đó tính điện thế bên trong màng theo phương trình N là +61mV. Hơn nữa được chỉ ra ở hình 5-5b là điện thế khuếch tán kali là -94mV. Vậy chúng sẽ tác động lẫn nhau như thế nào? Và điện thế tổng hợp là gì? Câu hỏi này sẽ được trả lời bởi phương trình Goldman đã được mô tả từ trước. Bằng trực giác, có thể thấy rằng nếu màng có tính thấm cao với kali nhưng chỉ co tính thấm thấp với natri thì sẽ rất hợp lí nếu sự đóng góp của kali cho việc hình thành điện thế màng là nhiều hơn natri. Ở tế bào thần kinh bình thường, sự khuếch tán của kali gấp 100 lần natri. Dùng tỉ số này vào phương trình Goldman điện thế bên trong màng là -86mV, gần với điện thế khuếch tán kali được chỉ ra trong hình. Sự đóng góp của bơm Na+-K+Trong hình C, bơm Na+-K+. được chỉ ra để cung cấp thêm sự đóng góp vào điện thế nghỉ. Hình này chứng minh việc bơm liên tục 3 ion natri ra bên ngoài màng xảy ra thì có 2 ion kali được bơm vào bên trong. Việc bơm nhiều ion natri hơn kali gây ra việc mất điện tích dương bên trong màng tế bào, tạo thêm một mức điện thế âm( khoảng -4mV) phía bên trong màng so với chỉ khuếch tán đơn thuần. Như vậy, như được chỉ ra ở hình C, điện thế màng được tạo bởi tất cả các yếu tố này tác động vào cùng 1 thời điểm là -90mV. Tóm tại, sự khuếch tán đơn thuần kali và natri sẽ tạo ra điện thế màng khoảng -86mV, nó được tạo thành hầu hết bởi sự khuếch tán kali. Thêm vào đó -4mV được tạo ra do hoạt động bơm liên tục của bơm Na+-K+, tạo nên điện thế màng -90mV. Điện thế nghỉ màng tế bào của nhiều sợi thần kinh khi chúng không truyền tín hiệu thần inh vào khoảng -90 mV. Đó là điện thế bên trong sợi thần kinh là 90 mV âm hơn so với dịch ngoại bào phía ngoài sợi thần kinh. Trong phần tiếp theo, các thuộc tính vận chuyển của ion natri, kali và các yếu tố xác định điện thế màng tế bào khi màng tế bào nghỉ sẽ được giải thích. VẬN CHUYỂN CHỦ ĐỘNG ION NATRI VÀ KALI QUA MÀNG TẾ BÀO – BƠM NATRI-KALI Như ở chương 4 đã nói, tất cả các màng tế bào của cơ thể có một bơm natri-kali giúp liên tục vận chuyển ion natri ra bên ngoài tế bào và ion kali vào bên trong tế bào như bên trái hình 5-4. Chú ý rằng đây là một bơm tạo ra điện thế bởi vì nhiều ion dương được bơm ra ngoài hơn là vào bên trong (3 ion natri ra ngoài cho mỗi ion kali vào bên trong), để lại một sự sụt giảm ion dương ở bên trong tế bào và tạo ra một điện thế âm bên trong màng tế bào. Bơm natri-kali cũng tạo ra một chênh lệch gradient nồng độ lớn đối với ion natri và kali qua màng tế bào. Những gradient này như sau: Na+ (bên ngoài): 142 mEq/L Na+ (bên trong): 14 mEq/L K+ (bên ngoài): 4 mEq/L K+ (bên trong): 140 mEq/L Tỉ số của những ion tương ứng bên trong so với bên ngoài là: Na+ bên trong/Na+ bên ngoài = 0,1 K+ bên trong/K+ bên ngoài = 35,0 SỰ THOÁT RA NGOÀI CỦA ION KALI QUA MÀNG TẾ BÀO THẦN KINH Phía bên phải của Hình 5-4 cho thấy một kênh protein (đôi khi gọi là một “tandem pore domain”, kênh kali, hoặc kênh thoát kali) trên màng tế bào mà qua đó ion kali có thể thoát ra ngoài ở trạng thái nghỉ của tế bào. Cấu trúc cơ bản của kênh kali được mô tả ở chương 4 (Hình 4-4). Những kênh thoát kali này cũng có thể thoát ion natri ít nhưng thấm với ion kali nhiều hơn nhiều so với natri – bình thường khoảng 100 lần. Như sẽ được bàn đến ở sau, sự chênh lệch về tính thấm này là yếu tố then chốt trong việc xác định điện thế màng tế bào lúc nghỉ. NGUỒN GỐC CỦA ĐIỆN THẾ MÀNG TẾ BÀO KHI NGHỈ BÌNH THƯỜNG Hình 5-5 cho thấy các yếu tố quan trọng trong việc thiết lập một điện thế màng tế bào bình thường khoảng -90 mV. Chúng như sau. ĐÓNG GÓP CỦA ĐIỆN THẾ DO KHUẾCH TÁN KALI Trong hình 5-5A, chúng ta thấy rằng chỉ có sự di chuyển của ion kali qua màng tế bào là khuếch tán ion kali, được thể hiện bởi sự mở kênh kali thông giữa bên trong và bên ngoài tế bào. Do tỉ số cao giữa nồng độ ion kali bên trong và bên ngoài tế bào, 35:1, điện thế Nernst tương ứng với tỉ số này là -94 mV do logarithm của 35 là 1,54 và được nhân lên bởi -61 mV là -94 mV. Vì vậy, nếu ion kali là yếu tố duy nhất gây ra điện thế nghỉ, thì điện thế nghỉ màng tế bào bên trong sợi thần kinh là -94 mV, như trong hình. ĐÓNG GÓP CỦA KHUẾCH TÁN ION NATRI QUA MÀNG TẾ BÀO THẦN KINH Hình 5-5B cho thấy có một ít sự thấm qua màng tế bào của ion natri, gây ra bởi một ít sự khuếch tán ion natri qua kênh ion natri-kali. Tỉ số ion natri bên trong so với bên ngoài màng là 0,1, theo đó điện thế Nernst tính toán bên trong màng tế bào là +61 mV. Cũng thấy trong hình 5-5B là điện thế Nernst đối với khuếch tán ion kali là -94 mV. Những điều này sẽ ảnh hưởng già đến nhau và điện thế cộng lại sẽ như thế nào? Câu hỏi này được trả lời bởi phường trình Goldman mô tả trước đây. Tóm lại, nếu một màng tế bào có tính thấm cao với kali nhưng chỉ thấm ít với natri, thì về lí có thể thấy rằng khuếch tán ion kali đóng góp nhiều hơn nhiều vào điện thế màng tế bào so với ion natri. Trong một sợi thần kinh bình thường, tính thấm của màng với ion kali khoảng lớn hơn 100 lần so với tính thấm với ion natri. Sử dụng giá trị này trong phương trình Goldman cho ra một điện thế bên trong màng tế bào khoảng -86 mV, gần với điện thế tạo ra nhờ kali như trên hình. ĐÓNG GÓP CỦA BƠM NATRI-KALI Trong hình 5-5C, bơm natri-kali cho thấy một sự đóng góp thêm vào điện thế khi nghỉ của màng tế bào. Hình này cho thấy rằng việc bơm liên tục 3 ion natri ra bên ngoài cho mỗi ion kali bơm vào trong. Việc bơm ion natri ra ngoài nhiều hơn kali vào trong gây ra một sự mất liên tục ion dương ra bên ngoài tế bào, tạo thêm một ít điện thế âm (khoảng -4 mV) phía bên trong màng tế bào. Vì vậy, như trong hình 5.5C, điện thế màng tế bào khi tất cả những yếu tố này được thực hiện cùng một lúc là khoảng -90 mV. Tóm lại, điện thế khuếch tán một mình tạo ra bởi khuếch tán ion kali và ion natri sẽ tạo ra một điện thế màng tế bào khoảng -86 mV, với chủ yếu là tạo ra nhờ khuếch tán ion kali. -4 mV đóng góp vào nhờ bơm natri-kali, tạo ra một điện thế màng khoảng -90 mV. |
