CHƯƠNG VI ĐiỆN THẾ SINH HỌC • 6.1.Một số loại điện thế trong dung dịch 6.1.1. Điện thế điện cực 6.1.1.1. Điện thế điện cực 6.1.1.2. Điện thế oxy hóa khử 6.1.2.Điện thế ion 6.1.2.1. Điện thế khuếch tán 6.1.2.2.Điện thế màng và cân bằng Đonan • 6.2. Các loại điện thế sinh vật 6.2.1. Điện thế tổn thương 6.2.2. Điện thế tĩnh 6.2.3. Điện thế hoạt động. ĐiỆN THẾ SINH HỌC • 6.3. Lý thuyết ion màng giải thích hiện tượng điện sinh học 6.3.1. Lý thuyết ion màng về điện thế tĩnh 6.3.2. Lý thuyết ion màng về điện thế hoạt động 6.3.3. Hạn chế của thuyết ion màng 6.4. Một số kỹ thuật ghi đo điện sinh học 6.4.1. Điện tim 6.4.2. Điện não 6.4.2. Điện cơ 6.4.4. Điện võng mạc 6.4.5. Cơ chế phát sinh dòng điện ở cá chình điện Phát hiện ra dòng điện sinh học (Discovery of Bioelectricity) " The idea grew that in the animal itself there was an indwelling electricity. We were strengthened in such an assumption of a very fine nervous fluid that during the phenomenon flowed into the muscle from the nerve, similar to electric current … “ Luigi Galvani, 1791 “Một ý tưởng hình thành là trong chính cơ thể động vật tạo ra dòng điện. Chúng tôi tin chắc rằng có hiện tượng di chuyển từ tế bào thần kinh đến cơ tương tự như dòng điện “ Luigi Galvani, 1791 Thí nghiệm của Ganvani ĐiỆN THẾ SINH HỌC • Ý tưởng về mối liên hệ chặt chẽ giữa dòng điện và các hoạt động sống xuất hiện từ những năm 1731 khí Gray (Anh) và Nole (Pháp) khẳng định sự tồn tại điện tích ở thực vật, động vật. Đến 1751 Adanson đã phát hiện hiện tượng phát hiện ở các giống cá điện và Vels (1773) đã chứng minh sự phóng điện của loài cá điện được truyền theo dây dẫn và bị ngất bởi vật cách điện. • Đến 1791 Galvani (Ý) đã có những thí nghiệm nổi tiếng về hiện tượng điện trên cơ đùi ếch. Có thể xem Galvani là người đầu tiên phát hiện ra đặc trưng quan trọng của tế bào sống, đó là giữa chúng và môi trường bên ngoài luôn luôn tồn tại một sự chênh lệch điện thế. Cùng năm đó cuốn sách “Bàn về các điện động vật trong co cơ”. Một năm sau Volta đã bác bỏ những phát minh trên, giữa hai người đã xảy ra cuộc tranh luận sôi nổi và cuối cùng đã kết thúc thắng lợi đối với cả 2 người. Volta tìm ra điện kim loại tức là pin Volta còn Ganvani tìm ra nguồn điện sinh học tức chân Ganvani. • 6.1.Một số loại điện thế trong dung dịch 6.1.1. Điện thế điện cực • Khi nhúng một thanh kim loại vào nước nguyên chất thì dưới tác dụng lôi kéo của các phân tử nước phân cực, các ion kim loại tách ra khỏi bề mặt kim loại và đi vào dung dịch dưới dạng bị hydrat hoá. Me + e Ion ĐiỆN THẾ SINH HỌC • Các electron không hoà tan trong nước nên ở lại trên thanh kim loại do đó thanh kim loại sẽ tích điện âm và dung dịch sẽ tích điện dương. Sự dư điện tích âm trên bề mặt kim loại làm cho ion dương kim loại không khuếch tán được xa bề mặt kim loại và tích tụ ở gần đó. Một số ion dương bị hydrat hoá có năng lượng đủ lớn trong chuyển động nhiệt với vận tốc thẳng góc với bề mặt kim loại có thể bị mật lớp vỏ hydrat và kết tủa trên thanh kim loại. ĐiỆN THẾ SINH HỌC • Lúc này trạng thái cân bằng được thiết lập rất nhanh Kim loại + Nước ion bị hydrat hoá + electron ( trong dung dịch ) (trên kim loại) M + mH 2 O M n + mH 2 O + ne. Kết quả trên ranh giới phân chia kim loại dung dịch có một lớp điện tích kép do đó sinh ra một bước nhảy thế (ζ điện thế ) • Tổng quát khi nhúng kim loại M vào dung dịch L có khả năng Sonvat hoá ion Mn+ thì sau thời gian rất ngắn thiết lập cân bằng M + mL M n+ mL + ne (1) • Vị trí cân bằng của phản ứng này phụ thuộc vào bản chất của kim loại (đặc biệt là trạng thái bề mặt của nó), bản chất của dung môi, nồng độ của ion m n+ và nhiệt độ. ĐiỆN THẾ SINH HỌC • Khi nồng độ của ion kim loại tăng lên ( bằng cách pha thêm muối tan của kim loại ) cân bằng phản ứng (1) sẽ dịch chuyển từ phải sang trái do đó thanh kim loại sẽ tích điện âm ít hơn và lớp điện tích kép sẽ thưa dần. Cuối cùng nếu tiếp tục tăng nồng độ ion Mn+ thì kim loại không những không chuyển được ion của nó vào dung dịch mà một số ion kim loại sẽ chuyển từ dung dịch vào kim loại. Trong trường hợp này kim loại sẽ tích điện dương còn dung dịch vì dư ion âm nên sẽ tích điện âm, trên ranh giới phân chia kim loại và dung dịch vẫn có một lớp điện tích kép do đó sinh ra một bước nhảy thế. [...]... 0 khoảng 50 mV ĐiỆN THẾ SINH HỌC • Lý thuyết ion màng về hiện tượng điện sinh vật • Theo lý thuyết ion màng, trong quá trình hình thành điện thế sinh vật các ion ở trong dịch bào và ở môi trường ngoài tế bào ( đặc biệt là các ion K+, Na+, Cl- ) cũng như màng tế bào có vai trò quyết định Cho đến nay lý thuyết này vẫn có nhiều ưu điểm trong việc giải thích các hiện tượng điện sinh vật Thuyết ion màng... sáng trên một lá có giá trị = 50 -100mV • *Các yếu tố ảnh hưởng đến điện thế tĩnh: Điện thế tĩnh đặc trưng cho trạng thái sinh lý bình thường của hệ sinh vật Bất kỳ yếu tố nào ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất bình thường của hệ thì đều ảnh hưởng đến điện thế tĩnh ĐiỆN THẾ SINH HỌC • Điện thế hoạt động • *Điện thế hoạt động là dòng điện dao động âm của điện thế tĩnh hay dòng điện hưng phấn khi... thế nồng độ Uc ĐiỆN THẾ SINH HỌC • Các loại điện thế sinh vật • Trong tế bào mô và các cơ quan luôn xuất hiện và tồn tại các loại điện thế khác nhau Các loại điện thế này có cùng nguồn gốc và cơ chế hoá lý, song tuỳ theo nguyên nhân xuất hiện mà chia chúng làm 3 nhóm: điện thế tĩnh (điện thế gradien trao đổi chất), điện thế tổn thương và điện thế hoạt động • • • • • • ĐiỆN THẾ SINH HỌC Điện thế tổn... xuất hiện điện thế khuếch tán ĐiỆN THẾ SINH HỌC • b Điện thế màng và cân bằng Đô nan • Khi có hai pha tiếp xúc nhau, một số thành phần ion không thể chuyển dịch từ pha này đến pha khác tạo thành sự cân bằng đặc biệt gọi là cân bằng Donan Sự phân cách của các pha có thể do có màng thấm dung môi và các ion nhưng không thấm với các ion có kích thước lớn ĐiỆN THẾ SINH HỌC • - Điện thế màng • Từ phần trên... Trong đó A là công thẩm thấu • Mặt khác ta có công của quá trình điện hoá để biến đổi nồng độ ion của dung dịch là EFZ bằng công thẩm thấu : A = EFZi ĐiỆN THẾ SINH HỌC • Do đó : P2 ZiFE= RTln ⇒ E = RT/FZi Ln P2/P1 P1 • ⇒ E = RT/FZ Ln C2/C1 ĐiỆN THẾ SINH HỌC • a Điện thế nồng độ • Nhúng hai điện cực làm bằng cùng một thứ kim loại vào 2 dung dịch có nồng độ ion kim loại đó khác nhau Sau khi đạt trạng thái... nhau • Điện thế tĩnh ĐiỆN THẾ SINH HỌC • *Điện thế tĩnh hay còn gọi là điện thế gradien trao đổi chất xuất hiện giữa các vùng trong tế bào có mức độ trao đổi chất khác nhau Các gradien trao đổi chất có bản chất khác nhau Như sự chênh lệch về cường độ hô hấp, sự khác biệt về chức năng, sự khác nhau về mức độ hấp thụ ánh sáng ở mô lá cây, trao đổi chất khác nhau ở vùng sinh trưởng hoặc vùng thoái hoá.v.v... bằng sẽ được thiết lập rất nhanh • Fe 3+ + e Fe 2+ ĐiỆN THẾ SINH HỌC • Tóm lại khi nhúng một điện cực trơ vào dung dịch chứa một cặp oxy hoá khử nào đó sẽ thiết lập cân bằng • Oxy hoá + n.e khử • Vị trí của cân bằng phụ thuộc vào bản chất của cặp oxy hoá khử, của dung môi, tỷ số nồng độ của dạng oxy hoá và dạng khử và vào nhiệt độ ĐiỆN THẾ SINH HỌC • Điện thế ion • Điện thế ion xuất hiện là do sự phân... ĐiỆN THẾ SINH HỌC • a Điện thế khuếch tán • Hiệu điện thế này xuất hiện ở ranh giới của các dung dịch điện ly có nồng độ khác nhau nếu các cation và anion chứa trong dung dịch này có độ linh động khác nhau Còn nếu độ linh động của anion và cation như nhau (ví dụ K+ và Cl-) thì không xuất hiện điện thế khuếch tán • Độ lớn của hiệu điện thế khuếch tán được tính bằng công thức sau : ĐiỆN THẾ SINH HỌC... điện thế Người ta gọi điện thế này là điện thế màng • Điện thế của màng phụ thuộc vào : • -Tính thấm chọn lọc của màng; • -Kích thước, điện tích và độ linh động của các ion trong hệ • • • • ĐiỆN THẾ SINH HỌC Xét hệ gồm 2 phần, ngăn cách nhau bởi một màng bán thấm, ở phần I có dung dịch KCl, phần II có dung dịch muối protein của Kali và màng chỉ thấm đối với K+ và Cl- Sau một thời gian khi trạng thái... tượng khi nhúng một điện cực trơ vào dung dịch chứa một cặp oxy hoá - khử nào đó Nếu dạng oxy hoá hoạt động mạnh hơn dạng khử thì dạng oxy hoá sẽ đến điện cực lấy electron và biến thành dạng khử ĐiỆN THẾ SINH HỌC • Oxy hoá + n.e khử • Điện cực trơ lúc này sẽ tích điện dương và dung dịch sẽ tích điện âm • Ví dụ : Nếu nhúng điện cực Platin vào dung dịch chứa đồng thời FeCl3 và FeCl2 thì ion Fe 3+ sẽ đến . loại điện thế sinh vật 6.2.1. Điện thế tổn thương 6.2.2. Điện thế tĩnh 6.2.3. Điện thế hoạt động. ĐiỆN THẾ SINH HỌC • 6.3. Lý thuyết ion màng giải thích hiện tượng điện sinh học 6.3.1 thuật ghi đo điện sinh học 6.4.1. Điện tim 6.4.2. Điện não 6.4.2. Điện cơ 6.4.4. Điện võng mạc 6.4.5. Cơ chế phát sinh dòng điện ở cá chình điện Phát hiện ra dòng điện sinh học (Discovery. ranh giới phân chia kim loại và dung dịch vẫn có một lớp điện tích kép do đó sinh ra một bước nhảy thế. ĐiỆN THẾ SINH HỌC • Ta có thể tính được điện thế của điện cực so với dung dịch qua biểu