Исследование особенностей термоэлектропроводности воды, петля «ТЭПВо»
Мембранный потенциал
Связь живой клетки с «внешним миром», в том числе с окружающими ее другими клетками, осуществляется через ее оболочку-мембрану. Одной из существенных особенностей свойств и работы мембраны является избирательный характер пропускания питательных и строительных веществ «туда» и вынос продуктов обмена «оттуда». Это очень тонкий и сложный процесс, который согласуется с потребностями всех внутриклеточных белковых структур, «плавающих» в водном растворе, называемом плазмой. Регулирующей и движущей силой этого сложнейшего процесса является мембранный потенциал, представляющий собой разность электрических зарядов внутренней и внешней сторон клеточной оболочки.
Известно, что активный транспорт — натрий-калиевый насос — поддерживает на мембране с двух ее сторон значительный градиент концентрации ионов натрия и калия. Главными внеклеточными ионами, как известно, являются натрий и хлор, а внутриклеточным — калий. Проникновению ионов натрия внутрь клетки препятствует пониженная проницаемость мембраны. Но почему ионы хлора, которые способны проходить сквозь мембрану, не проникают внутрь клетки и не выравнивают свою концентрацию?
Их удерживает снаружи электростатическая сила, не позволяющая отрицательным ионам хлора удаляться от своих положительных (Na+) партнеров. Кроме этого, клатратная оболочка, плотно прилегающая к поверхности мембраны, также препятствует проникновению этих ионов через мембрану внутрь клетки.
То же относится и к ионам калия (К+). Их высокая концентрация (активность) создает в клетке давление, напор для прохождения через мембрану наружу, но их выхождению препятствуют объемистые органические анионы — главная электростатическая комплементарная сила внутри клетки.
Но вот наступает момент, когда часть ионов калия (К+) вытекает из клетки, а часть ионов хлора (Сl-) проникает в клетку.
Внутренняя среда клетки приобретает отрицательный заряд, а внешняя поверхность мембраны — положительный.
Таким образом возникает мембранный потенциал или точнее — разность потенциалов. Разность потенциалов влечет за собой возникновение электрического тока и образование магнитного поля.
А что при этом будет являться носителями электрического тока? Судя по структуре воды и водного раствора внутри клетки (плазмы), носителями тока могут быть электроны, протоны и ионы, в том числе и те ионы, которые под действием концентрационного напора и осмотического давления устремились: одни наружу (калий), а другие как, например, ионы хлора и частично натрия, — вовнутрь клетки. Возникновение тока между разноименными зарядами внешней поверхности мембраны и внутренней среды клетки всё ставит на свои прежние места, а точнее почти на прежние места, так как в природе и в макро — и микропроцессах ничего не может повторяться точь в точь.
Как ни странным может показаться это обстоятельство, но проникновение внутрь клетки у натрия затруднено в большей степени, чем у калия, хотя атом натрия значительно меньше атома калия (в 1,7 раза), а каждый из них, будучи в ионной форме, имеет по одинаковому положительному заряду.
А дело здесь в том, что интенсивность движения ионов в жидких средах определяется не столько размером самих атомов, сколько размерами гидратированных ионных оболочек, образованных поляризованными молекулами воды, которых при равенстве зарядов тем больше, чем меньше электронных орбит в атоме.
Установлено, что ион натрия при образовании гидратационной оболочки связывает в среднем 4,5 молекулы H2O, а ион калия всего 2,9 молекулы воды. Таким образом объем, образованный гидратационной оболочкой у иона натрия, будет на 20 — 30% больше, чем аналогичный объем у иона калия. Вот оказывается в чем причина того, что ионы калия при прочих равных условиях проходят через клеточную мембрану более успешно, чем ионы натрия.
Общеизвестно, что вода — основа жизни. Без воды, без молекул H2O, объединенных водородными связями, наша Земля, по-видимому, была бы похожа на безжизненную планету типа Луны. Калий и натрий, как и некоторые другие вещества, также являются ничем не заменимыми элементами для возникновения жизнедеятельности живых клеток и организмов.
