Электрический пробой мембран эритроцитов

Рис.10. Электрический пробой мембран липосом.

Рис.9. Электрический пробой мембран собственным мембранным потенциалом

Изменения светопропускания суспензии липосом при добавлении ацетата калия (KAc) и протнофора (ClCCP). Липосомы (0.2 мг/мл) были получены из яичного лецитина в растворе сахарозы (10 мМ). Добавки ацетата: а – 5 мМ, б – 15 мМ, в – 40 мМ. Ко всем пробам добавляли валиномицин до концентрации 100 нМ.

В результате вхождения уксусной кислоты и ионов калия внутрь липосомы, на мембране создается равновесный калиевый потенциал. При определенном потенциале мембрану пробивает, концентрации ацетата выравниваются и светопропускание суспензии резко подскакивает.

Изменение светопрпускания суспензии липосом при добавлении протонофора к липосомам, нагруженным KAc (слева) или помещенным в раствор KAc (справа). [KAc]i и [KAc]0 – концентрация ацетата внутри и снаружи липосом, соответственно. Вверху – рассчитанный мембранный потенциал. Ордината – изменение светопропускания суспензии (DT/T) в ответ на добавление ионофора. Детали опытов см. на рис. 9.

 

Эритроцит все же настоящая живая клетка, хоть и просто устроенная. Поэтому было интересно изучить явление пробоя эритроцитарной мембраны, как модели мембраны всякой другой клетки. Для создания мембранного потенциала достаточно изменять содержание хлоридов в окружающем растворе, поскольку мембрана эритроцита хорошо проницаема для ионов хлора и плохо – для катионов. Можно считать, что в изотоническом растворе сахароза + NaCl потенциал на мембране эритроцита – это потенциал Нернста для хлора, т.е.:

(7)

 

С другой стороны, эритроцитарная мембрана хорошо проницаема также и для такого аниона как ион гидроксила. Поэтому создаваемый ионами хлора (которых много) мембранный потенциал приводит к перераспределению ионов водорода между эритроцитом и окружающим раствором. В незабуференной среде это перераспределение мало сказывается на pH раствора внутри клетки, где буферная емкость довольно высока, но приводит к изменениям pH окружающего раствора, таким что:

(8)

 

где DpH – разность pH между окружающей средой и внутренним содержимым клетки. Таким образом, процедура создания и измерения мембранного потенциала у эритроцитов предельно проста: в незабуференный изотонический раствор сахарозы + NaCl при нейтральном pH впрыскивают небольшой объем отмытых эритроцитов и измеряют изменение pH раствора, которое принимается равным DpH в уравнении 8. При постепенном снижении концентрации хлора происходит изменение потенциала, рассчитываемое по уравнению 8, практически равное теоретическому потенциалу, создаваемому ионами хлора (расчет по уравнению 7). Это видно на начальном участке графика на вкладке рис. 11. Затем, однако, наступает перелом, и реальные потенциалы (рассчитанные по уравнению 7) оказываются ниже теоретических (уравнение 8). Это говорит о том, что кроме анионов, мембрана начала пропускать катионы и потенциал стал ниже теоретического потенциала Нернста. Кроме того, при таких потенциалах мембрана не держит потенциал: DpH снижается (кривые 5 – 8). Наконец, специальные опыты показали, что при таких высоких потенциалах происходит выход гемоглобина из эритроцитов. Все это позволяет думать, что при определенном потенциале (j* на рис. 8) происходит электрический пробой мембран эритроцитов.

Рис.11. Изменение рН среды (NaCl + caхароза) при введении в нее эритроцитов

Концентрация Сl- в среде: 1–145; 2 – 30; 3 – 14,5; 4 – 4,9; 5 – 1,45; 6 – 0,13 мМ.

На вставке: величина начального изменения рН при различных концентрациях NaCI в среде (с_i). с₀ = 145 мМ. Dj – изменение мембранного потенциала, рассчитанное по величине DрН.

При потенциале выше j* наблюдается: снижение DрН (кривые 5 – 7), перелом на кривой зависимости потенциала от логарифма концентрации ионов хлора (вставка) и выход гемоглобина из эритроцитов (на рисунке не показано).