Na+ P-

הפוטנציאל האלקטרוכימי אנרגיה חופשית ל - 1 mole חומר. מרכיב חשמלי מרכיב כימי מרכיבי הפוטנציאל האלקטרוכימי של חומר X: המרכיב הכימי : RTlnC x R – קבוע הגזים (R=8.314 joul/mole* o K) T – טמפרטורה מוחלטת ( o K=t o C+273) C x - הריכוז של x ( ביחידות של M=mole/liter) המרכיב החשמלי : Z x F  Z x – הערכיות של x F – מספר פרדיי Faraday (coulomb / mole)  – הפוטנציאל החשמלי ( יחידות – volt)  ניתן ביחידות של joul/mole

עבור חומר x, הנמצא משני צידי ממברנה, נגדיר את הפוטנציאל האלקטרוכימי משני הצדדים : זו הצורה המקובלת להצגת הפוטנציאל האלקטרוכימי של חומר x משני צידי הממברנה. כעת נבדוק מהו הפרש הפוטנציאלים של x משני צידי הממברנה :

כאשר החומר X נמצא בשווי - משקל משני צידי הממברנה : ואז : זהו פוטנציאל שווי המשקל של יון (x) שנקרא גם פוטנציאל נרנסט של יון – Nernst potential. עבור יון חד ערכי (Z x =+1) ניתן לכתוב גם : 58mV

כאשר המערכת כולה נמצאת בשווי משקל : עבור כל חומר x: כלומר, פוטנציאל נרנסט ( פוטנציאל שווי המשקל ) של כל יון, שווה לפוטנציאל החשמלי הנמדד של המערכת. מתקיים : לדוגמא, במערכת בשווי משקל, המכילה יוני Na + ויוני Cl - : ניתן לכתיבה גם כפי שנוסח ע " י דונאן (" מכפלת דונאן "):

עקרון האלקטרוניטרליות – ריכוז המטענים החיובים והשליליים בכל מדור שווה ! ( ברמה המקרוסקופית )

דוגמאות 100mM NaCl 10mM NaCl א'א' ב'ב' א. מה יקרה אם הממברנה חדירה לשני היונים במידה שווה ? ב. מה יקרה אם הממברנה חדירה ליוני נתרן בלבד ? ג. הממברנה חדירה ליוני נתרן בלבד ומפל ריכוזי היון גדול יותר : 100mM NaCl 1mM NaCl א'א' ב'ב' אם נציב במשוואת נרנסט :  i-o = 58*log(55/55) = 0 כוח ריכוזי כוח חשמלי אם נציב במשוואת נרנסט :  i-o = 58*log(100/10) = 58mV  i-o = 58*log(100/1) = 116mV כוח ריכוזי כוח חשמלי אפשר לראות שבמעבר מ - ב ' ל - ג ' מפל הריכוזים גדל פי 10 והפוטנציאל החשמלי גדל פי 2.

כדוריות דם אדומות נמצאות בתוך תמיסת HCl. נתון : pH out = 7 Cl in /Cl out = 1  i-o = 0 מה ה -pH בתוך הכדוריות, בהנחה שהמערכת הגיעה לשווי משקל ? ניתן להיעזר במשוואת דונן או במשוואת נרנסט :  i-o = 0 = 58*log(H o /H i ) H out /H in = Cl in /Cl out וגם באופן אינטואיטיבי ברור שה -pH הפנימי, במקרה זה, זהה לחיצוני. או העבירו את הכדוריות לתמיסה שונה, וגם בה המערכת הגיעה לשווי משקל. נתון : pH out = 6.6 Cl in /Cl out = 1.49  i-o = +10mV מה ה -pH הפנימי הפעם ? H i = =1.68*10 -7 M H o *Cl o Cl i לפי דונן : כלומר :pH in = 6.77

הצגנו מערכת בשווי - משקל בה : Cl o =H o =2.51*10 -7 M Cli=3.74*10 -7 M H i =1.68*10 -7 M האם עקרון האלקטרוניטרליות נשמר במערכת זו ? אם כן, הכיצד ? מדוע מתקבל פוטנציאל חיובי בתוך הכדוריות ?

Extracellular (mM)Intracellular (mM) 15015Na K+K+ 1259Cl - E Na+ = 58*log([Na + ] out /[Na + ] in ) = 58*log(150/15) = 58mV E K+ = 58*log([K + ] out /[K + ] in ) = 58*log(5.5/150) = -83mV E Cl- = -58*log([Cl - ] out /[Cl - ] in ) = -58*log(125/9) = -66mV Vm = -66mV שווי משקל – איזון בין כוחות הפוכים מצב עמיד – המצב לא משתנה לאורך זמן

CholGlucVmClKNa Intracellular physiological Solution [Na+]↓ [Cl-]↓ [K+]↓ [K+]↑[Na+]↓

P (relative)Extracellular (mM)Intracellular (mM) Na K+K Cl -