Динамика изменения объема и потенциала клетки
Дипломная работа - Биология
Другие дипломы по предмету Биология
цаемостей для воды, ионов на скорость изменения объема клетки;
6.1Расчет изменения объема клетки
6.1.1Влияние гипертонического и гипотонического растворов
Согласно литературным данным [1] для расчетов мной были выбраны в качестве начальных следующие параметры клетки:
- концентрация ионов внутри клетки
- концентрация ионов внутри клетки
- концентрация ионов внутри клетки
- начальный объем клетки
- площадь поверхности клетки
- объем исследуемого образца
- уровень гематокрита
- концентрация ионов во внеклеточной среде
- концентрация ионов во внеклеточной среде
- концентрация ионов во внеклеточной среде
- газовая постоянная
- постоянная Фарадея
- температура
Таким образом, исследованное количество клеток было помещено в раствор с двойной гипертонией. Результаты расчетов (график 1) показали, что по прошествии 200 мс (0.2 с) объем клеток уменьшился ровно в два раза и зафиксировался, приняв в два раза меньшее значение. Проанализировав изменения других параметров клетки, я выяснила, что за данный период времени произошло полное выравнивание осмолярности во вне- и внутриклеточной среде, выравнивание концентраций ионов , что привело к установлению нового фиксированного значения потенциала, соответствующего новому состоянию равновесия клетки. Согласно графику, исходный объем клетки составлял 90 мкм3, конечный объем - 45 мкм3 .
Аналогичный эксперимент был проведен и для раствора с двойной гипотонией (график 2). В результате расчетов было видно, что объем клеток увеличился вдвое за тот же самый период времени (0.2 с) и зафиксировался, приняв значение в 180 мкм3 .
Сравнив результаты с литературными данными [5], я убедилась в правильности текущих расчетов изменения объема клеток.
График 1. "ияние гипертонического раствора на объем клеткиГрафик 2. "ияние гипотонического раствора на объем клетки
6.1.2Оценка допустимого интервала расчета
Для определения интервала времени при котором изменения параметров клетки на каждой итерации были бы незначительными и не приводили бы к оiилляции результирующих графиков, мною был построен ряд графиков, отображающих изменение объема клетки в двойном гипертоническом растворе с применением разных интервалов (0,0001 с, 0,001 с, 0,01 с, 0,02 с, 0,03 с, 0,04с, 0,05 с).
Видно (графики 3,4,5,6,7,8,9), что если превышает 0,01 с график функции начинает оiиллировать, что указывает, на слишком большой разброс в значениях параметров клетки на каждой итерации. Согласно данному эксперименту мной был выбран интервал =0,001 с для проведения дальнейшего моделирования, т.к. он дает наиболее точные и быстрые данные расчетов.
График 3. Оценка допустимого интервала расчета = 0,0001 сГрафик 4. Оценка допустимого интервала расчета = 0,001 сГрафик 5. Оценка допустимого интервала расчета = 0,01 сГрафик 6. Оценка допустимого интервала расчета = 0,02 сГрафик 7. Оценка допустимого интервала расчета = 0,03 сГрафик 8. Оценка допустимого интервала расчета = 0,04 с График 9. Оценка допустимого интервала расчета = 0,05 с
6.2Расчет потенциала клетки
Когда мембрана проницаема для нескольких различных ионов, суммарный потенциал зависит от трех факторов:
полярности электрического заряда каждого иона;
- проницаемости мембраны () для каждого иона;
- концентраций (С) соответствующих ионов внутри (c) и снаружи мембраны (m).
Во-первых, ионы натрия, калия и хлора - самые важные ионы, участвующие в генерации мембранных потенциалов клеток. Градиент концентрации каждого из этих ионов по обе стороны мембраны помогает определить величину мембранного потенциала.
Во-вторых, степень вклада каждого из этих ионов в величину мембранного потенциала пропорциональна проницаемости мембраны для этого иона. Так, если мембрана имеет нулевую проницаемость для ионов калия и хлора, мембранный потенциал полностью определяется только градиентом концентрации ионов натрия, и результирующий потенциал равен потенциалу Нернста для натрия. Это справедливо для любого из двух других ионов, если мембрана избирательно проницаема только для одного из них.
В-третьих, градиент концентрации положительного иона, направленный изнутри наружу, ведет к появлению отрицательного заряда внутри клетки.
Это связано с тем, что при более высокой концентрации положительных ионов с внутренней стороны мембраны по сравнению с наружной стороной их избыток диффундирует наружу. При этом положительные заряды выходят наружу, а не способные к диффузии анионы остаются внутри клетки, создавая электроотрицательность с внутренней стороны мембраны.
Если существует градиент для отрицательно заряженного аниона, возникает противоположный эффект. Например, избыток анионов хлора снаружи ведет к появлению отрицательного заряда внутри клетки, поскольку отрицательно заряженные ионы хлора диффундируют внутрь клетки, оставляя снаружи не способные к диффузии положительные ионы.
Расчет потенциала начального состояния клетки в модели осуществляется согласно уравнению Нернста:
, где
Дальнейший пересчет мембранного потенциала клетки согласно условиям электронейтральности:
, где
На каждой итерации рассчитываются величины всех потоков, учитываемых моделью, строятся графики зависимости мембранного потенциала от величины потока для каждого из ионов , после чего все величины суммируются, строится график зависимости потенциала от