Устойчивые и неустойчивые состояния системы. Анализ уравнения системы на устойчивость методом Ляпунова.
Электрические явления в мембране. Электрические характеристики мембран.
«Животное электричество» открыто в ХVIII веке итальянским врачом Л. Гальвани в экспериментах на икроножной мышце лягушки. К. Маттеучи, используя гальванометр, показал, что между целым и поврежденным участками мышцы существует разность потенциалов, при этом разрез мышцы всегда отрицателен. В 1939 г. А.Хаксли и А. Ходжкин впервые измерили разность потенциалов на мембране гигантского аксона кальмара. После внедрения в 1946 г. микроэлектродной техники наличие потенциала покоя было показано для различных клеток.
Биологические мембраны образуют наружную оболочку Все клетки делятся на два типа — возбудимые и невозбудимые. Возбудимые клетки - нервные, мышечные и секреторные клетки у животных, клетки некоторых водорослей и некоторых тканей высших растений. Остальные – невозбудимые.
Электрические характеристики мембран. Мембрана – это пленка диэлектрика, изолятора, по обеим сторонам которой находится электрический заряд, создающий внутри нее электрическое поле. Мембрана тонкая, поэтому величина поля в ней очень велика, и на единицу площади мембраны приходится значительная энергия - порядка десятка кДж/моль .Высокая напряженность поля в мембране может изменить конформацию белковых молекул внутри мембраны, и вызвать различные внутриклеточные эффекты, через каскад сигнальных реакций. Энергия, запасенная в поле, принимает участие в трансформации внутриклеточной энергии, в переходе ее в химическую форму в ходе АТФ-синтазной реакции.
Мембрана – плоский конденсатор, емкостные свойства которого определяются фосфолипидным бислоем, который обеспечивает эффективное разделение и накопление зарядов и электростатическое взаимодействие катионов и анионов посредством электрического поля. Разность потенциалов между двумя точками электрического поля - величина работы при переносе положительного единичного заряда между этими точками.
Понятие о диффузии.
Существование процессов переноса вещества и энергии является необходимым условием того, что система функционирует в пространстве как единое целое. Перемещение молекул вещества с различной скоростью под действием случайных сил — диффузия — имеет место в любом веществе (газ, жидкость, твердое вещество). Большая часть объема живой клетки представляет собой жидкую среду, в которой диффузия играет существенную роль. Мембраны клеток, в основном состоящие из липидов, также допускают активную диффузию молекул, хотя и с гораздо меньшей скоростью. Перенос ионов и макромолекул через мембрану происходит посредством специальных механизмов: переносчиков, каналов и прочее.
Если вещество имеет сложный состав и включает несколько компонентов, каждый из компонентов перемещается в направлении своих меньших концентраций, что приводит к выравниванию концентраций каждого из веществ. Неоднородная смесь веществ в замкнутом объеме, предоставленная самой себе, станет со временем благодаря диффузии однородной (вещества перемешаются), и концентрация каждого из веществ во всем объеме станет одинаковой. В такой системе установится так называемое однородное (или гомогенное) стационарное состояние.
