Големите загадки

23.   ЕЛЕКТРИЧНИ СВОЙСТВА НА БИОМЕМБРАНИТЕ. ЕЛЕКТРИЧЕН МОДЕЛ НА МЕМБРАНИТЕ.

   Клетките и тъканите са сложни хетерогенни системи с много разделителни граници, на които се образува повърхностен електричен заряд. Ел. заряди фиксирани по повърхността на клетъчните мембрани са важен фактор за протичането на много биоелектрохимични процеси. Влияят на транспорта на йони и макромолекули, на взаимодействието между клетки, между клетки и макромолекули.
   Повърхностите на електрически заредените и незаредените частици придобиват електричен заряд след диспергиране им в течна среда. Зарядът по повърхността на клетките се образува по два начина: Повърхности, които не могат да образуват йони (целулоза, холестерол) наречени нейоногенни, адсорбират йони от дисперсната среда. Повърхности, които съдържат йоногенни групи се зареждат електрично в резултат от дисоциацията на тези групи. Независима как е получен зарядът на повърхността той винаги е компенсиран от заряда на йоните в течността. Тези йони се наричат противойони, а йоните фиксирани върху повърхността – потенциалообразуващи йони.
   Пространството около повърхността, в което потенциало-образуващите йони и противойоните имат несиметрично разпределение, но като цяло е електронеутрално, се нарича двоен електричен слой.
   Ако с о означим електричния потенциал на повърхността, а с , този на разстояние x , той намалява експоненциално и на големи разстояние се стреми към 0.
       k=1/
Където  е дебелината на дифузионния слой
 , където z е валентността на йоните, F- константата на Фарадей, - абсолютната диелектрична проницаемост на електролита, n∞ e концентрацията на йоните в електролита далече от мембраната, където потенциалът е почти 0, R- универсалната газова константа, T- температурата на електролита.
Повърхностният електричен потенциал не може да бъде измерен експериментално с преки методи. Измерва се друга стойност, близко до неговата и наречена електрокинетичен потенциал или още дзета  потенциал. Тя се дефинира като стойност на потенциала в равнината на прехлъзване на електролита спрямо повърхността на твърдата фаза. Под действие на външно електрично поле диспергираните частици и клетки заедно с близките до тях йони на дифузния слой се преместват в електролита. Равнината на прехлъзване отделя йоните, движещи се с частиците или клетките от онези йони, които запазват положението си в електролита.
   Повърхностният потенциал от двете страни на една мембрана има различни стойности, поради което и потенциалът в мембраната не е постоянен, а се мени почти линейно. Разликите между постоянните стойности на потенциала в течните фази от двете страни на мембраната се нарича мембранен потенциал. Основна движеща сила на йонния транспорт е обаче изменението на потенциала вътре в мембраната . Освен това потокът на йоните е пропорционален на тяхната концентрация в мембраната. Друг фактор е подвижността на йоните, която се определя от вискозитета на липидната фаза в мембраната. Както се вижда от схемата на мембранния потенциал, електрокинетичният потенциал ζ не отразява напълно електричното състояние на мембраната, тъй като по големина е само част от трансмембранния потенциал и се отнася само за течната фаза в близост до външната страна на мембраната.
   Електрическите свойства на биомембраните се представят най-често с електрическа еквивалентна схема, комбинация от резистори и кондензатори. Най-простият модел е на последователно свързани резистор и кондензатор, а такава схема има импеданс
    където капацитетът е резултат от два капацитета – Cp- поляризационен (съществен при ниски честоти – до 10 kHz), и статичен - Cs. Двата са кондензатора са свързани последователно и общият капацитет се намира по формулата  1/C = 1/Cp + 1/Cs .