Anna Sienkiewicz, Kamil Radajewski, Paweł Janowski, Paweł Reisner

Grupa 7, środa 11.15-14.15, kierunek lekarski

Program NEURON

Temat: Wpływ gradientu stężeń na potencjał równowagi dla jonów sodu.

Metoda:

Przeprowadzając to doświadczenie korzystaliśmy z metody voltage clamp. W metodzie tej używa się metalowych elektrod wewnątrz i zewnątrz komórkowych. Zmienną kontrolowaną jest tu wartość potencjału błony komórkowej, a parametrem obserwowanym jest prąd jonowy przepływający w poprzek błony komórkowej. Badamy potencjałozależne kanały selektywne dla jonów sodu, który występują we wzgórku aksonalnym (inicjacyjnym). Wybraliśmy tą metodę, ponieważ w naszym doświadczeniu chcemy obserwować przepływający przez błonę prąd jonowy, kontrolując jej potencjał.

Przebieg i obserwacje:

Wiedząc, że potencjał równowagi jonu jest to taki potencjał przyłożony do błony przepuszczalnej dla danego jonu, którego rezultatem jest siła elektrostatyczna równoważąca siłę chemiczna wynikająca z różnicy stężeń tego jonu po obydwu stronach błony, przy różnych gradientach stężeń, eksperymentalnie metodą prób i błędów szukaliśmy potencjału równowagi dla jonu sodowego.

Metodą prób i błędów określiliśmy potencjał równowagi dla jonów sodu przy jego stężeniu fizjologicznym. Utrzymywany potencjał błony ustaliliśmy na -60 mV. W warunkach fizjologicznych większe stężenie jonów Na+ jest na zewnątrz komórki. Przykładając potencjał równy 60 mV obserwowaliśmy przepływ jonów, tak samo było przy potencjale 50 mV, ale prąd płynął w odwrotnym kierunku. Zmieniając potencjał, co 1mV w górę, zaczynając od 50mV, zaobserwowaliśmy brak przepływu prądu przy potencjale 55mV (z dokładnością do 1mV).

Następnie zmienialiśmy gradient stężeń dla jonów sodu i szukaliśmy takiej wartości potencjału błony, przy której nie występował prąd jonowy, potencjał ten był wtedy równy potencjałowi równowagi dla jonu sodu (wykres był linią prostą). Tabela przedstawia wynik eksperymentu:

Gradient stężeń jonu Na+	Wartość potencjału równowagi jonu Na+ (mV)
0.01
0.1	-3
0.2	15
0.3	25
0.4	32
0.5	38
0.6	42
0.7	46
0.8	49
0.9	52
1	55
1.1	57
1.2	60
1.3	62
1.4	63
1.5	65
1.6	67
1.7	68
1.8	70
1.9	71
2	72

Na podstawie danych z tabeli, opracowaliśmy wykres zależności wartości potencjału równowagi dla jonów sodu od jego gradientu stężeń:

Wnioski z doświadczenia:

- na prąd jonowy przepływający przez kanały jonowe ma wpływ potencjał przyłożony do błony oraz gradient stężeń tych jonów

- potencjał równowagi zależy od gradientu stężeń jonów w sposób logarytmiczny, co wynika z wykresu. W ten sposób udowodniliśmy słuszność prawa Nernsta

- wraz ze wzrostem gradientu stężenia (wzrostem zewnątrzkomórkowego stężenia) jonów Na+, potencjał równowagi rośnie. Spowodowane jest to tym, iż wraz ze wzrostem siły chemicznej zwróconej dokomórkowo (spowodowanej wyższym zewnątrzkomórkowym stężeniem jonów Na+, w stosunku do wewnątrzkomórkowego stężenia), rośnie równoważąca ją siła elektryczna skierowana odkomórkowo.

- wraz z spadkiem gradientu stężenia (spadkiem zewnątrzkomórkowego stężenia) jonów Na+, potencjał równowagi maleje. Spowodowane jest to tym, iż wraz ze spadkiem siły chemicznej zwróconej dokomórkowo (spowodowanej wyższym zewnątrzkomórkowym stężeniem jonów Na+, w stosunku do wewnątrzkomórkowego stężenia), maleje równoważąca ją siła elektryczna skierowana odkomórkowo.

-Wartość potencjału równowagi dla jonów sodu w warunkach fizjologicznych to +55mV

- Wiemy, że przy gradiencie fizjologicznym potencjał równowagi wynosi +55mV, siła dokomórkowa chemiczna równoważy, odkomórkową siłę elektryczną. Podwyższając potencjał błony do 60mV nie zmieni się siła chemiczna(nie zmienia się gradient stężeń), natomiast zmieni się siła elektryczna, ponieważ wzrósł potencjał przyłożony do błony, który powoduje silniejsze wypychanie dodatnich jonów sodu i odkomórkowy prąd sodowy . Obniżając potencjał do 50mV również nie zmieni się siła chemiczna (brak zmiany gradientu stężeń), natomiast zmieni się siła elektryczna, ponieważ obniży się potencjał przyłożony do błony, który powoduje silniejsze przyciąganie jonów sodu i dokomórkowy prąd sodowy. W obu przypadkach czas trwania prądu jonowego był krótszy od czasu trwania kontrolowanej wartości potencjału błony. Zmiana potencjału błony powoduje uruchomienie dwóch procesów: szybkiego otwierania się bramki aktywacyjnej i powolnego zamykania bramki inaktywacyjnej. W komórce jeżeli po depolaryzacji nastąpi powrót wartości potencjału błony do wartości spoczynkowej , to bramka aktywacyjna stosunkowo szybko się zamknie, a bramka inaktywacyjna powoli się otworzy. Początkiem prądu jonowego jest moment otwarcia bramki aktywacyjnej a jego końcem moment zamknięcia bramki inaktywacyjnej. Krótkotrwałość tego prądu wynika z dynamiki bramek.

-Ustalając gradient stężeń na 0.01 nie może my ustalić potencjału równowagi dla jonów sodu. Zmniejszając wartość potencjału błony obserwowaliśmy prąd jonowy, przy potencjale około -41mV prąd przestał występować. Poniżej tej wartości nie został osiągnięty próg aktywacji potencjałozależnych kanałów sodowych, w tej sytuacji kanały sodowe pozostały zamknięte. Różnica pomiędzy utrzymywanym potencjałem błony a przyłożonym była zbyt mała, aby wywołać otwarcie kanałów i prąd jonowy.

---