具有电压依赖性离子通道涨落的电膜随机动力学

针对 Hodgkin-Huxley (HH) 电化学膜系统，发展了一种类似布朗棘轮的随机理论。该系统由一个连续变量 $Q_m(t)$（代表可移动膜电荷密度）和一个离散变量 $K_t$（代表离子通道构象动力学）表征。当多种导电离子具有共同的反转电位时，可获得 Nernst-Planck-Nyquist-Johnson 型平衡。细致平衡原理得出了通道切换速率与膜电容之间此前未知的关系，从而绕过了对门控电荷动力学的 Eyring 型显式处理。从分子结构的角度来看，膜电荷 $Q_m$ 是比电位 $V_m$ 更自然的动态变量；我们的形式体系将依赖于 $Q_m$ 的构象转变速率 $\lambda_{ij}$ 视为内在参数。因此原则上，$\lambda_{ij}$ 与 $V_m$ 的关系依赖于实验方案，例如不同于电压钳或电荷钳测量。对于单位面积恒定膜电容 $C_m$ 且忽略由门控电荷引起的膜电位的情况，$V_m=Q_m/C_m$，从而恢复了 HH 的形式体系。存在具有不同通道和反转电位的两种离子时，会产生具有正熵产生 $e_p$ 的非平衡稳态。对于快速涨落的通道，获得了 $e_p$ 的表达式。