Мембранный потенциал покоя и механизм его формирования

Потенциал покоя (ПП) - важное яв-ие в жизни клеток организма, и важно знать, как он форми-ся.

Мембран.транспорт.структуры -натрий-калиевые насосы - созд. предпосылки для возникновения ПП. Предпосылки - разность в концентрации ионов на внутр. и наружной сторонах клеточ. мембраны. Отдельно проявляет себя разность концентрации по Na+ и разность концентрации по K+. Попытка ионов K+ выровнять свою концентрацию по обе стороны мембраны приводит к его утечке из клетки и потере вместе с ними положит.электрич. зарядов, за счёт чего значительно усиливается общий отрицат. заряд внутр.поверх-ти клетки. Эта «калиевая» отрицательность состав. бóльшую часть ПП (−60 мВ), а меньш.(−10 мВ) составляет «обменная» отрицательность, вызванная электрогенностью самого ионного насоса-обменника. Мембрана поляризована. Означает, что она имеет разный электрич. потенциал наруж. и внутр. поверхностей. Величина внутриклет.электрич. потенциала у нерв. клеток и волокон, н-р, гигантских нервн. волокон кальмара, в покое составляет около −70 мВ. Эта величина- мембранныйПП. Во всех точках аксоплазмы этот потенциал практич. одинаков.

ПП — разность электрич. потенциалов, имеющихся на внутр. и наруж. сторонах мембраны, когда клетка находится в состоянии физиологич. покоя. Его величина измеряется изнутри клетки, она отрицательна и составляет в среднем −70 мВ (милливольт), хотя в разных клетках может быть различной. Важно, что в НС электрич. заряды представлены не электронами, а ионами — химич. частицами, имеющими электрич. заряд. Изнутри клетка в покое заряжена отрицат., а снаружи — положит.. Т.е.снаружи вокруг клетки будут преобладать положит. ионы (Na+ и K+), а внутри -отрицат. ионы (анионы органич. кислот, не способные свободно перемещаться через мембрану).

Сущность формирования потенциала покоя

Первый этап создания внут. отрицательности: обмен Na+ на K+. В мембране нерв. клетки постоянно работают белковые насосы-обменники (аденозинтрифосфатазы), встроенные в мембрану. Они меняют «собственный» натрий клетки на наружный «чужой» калий. Из-за этого обмена в клетке остаётся очень мало ионов Na+, потому что они почти все ушли наружу. И в то же время клетка переполняется ионами К+, к-ые в неё накачали молекулярные насосы. Обмен Na+ на K+ - неравный. За каждые отданные клеткой три иона Na+ она получает всего два ионаK+. Это приводит к потере одного положит. заряда при каждом акте ионного обмена. Так уже на этом этапе за счёт неравноцен. обмена клетка теряет больше «плюсов», чем получает взамен. В электрич. выражении это составляет примерно −10 мВ отрицательности внутри клетки. Итак, рез-т д-ти мембранных ионных насосов-обменников на первом этапе форм-ия ПП таков: дефицит Na+ в клетке, избыток K+ в клетке и появление на мембране слабого электрич. потенциала (−10 мВ).Можно сказать: на 1 этапе ионные насосы мембраны создают разность концентраций ионов, или градиент (перепад) концентрации, между внутриклеточной и внеклеточной средой.

Второй этап создания отрицательности: утечка ионов K+ из клетки. Из-за образовавшегося дефицита Na+ внутри клетки этот ион при каждом удобном случае норовит устремиться внутрь: растворён. в-ва всегда стремятся выровнять свою концентрацию во всём объёме раствора. Но это у Na+ получается плохо, поскольку ионные Na+ каналы обычно закрыты и открываются только при определ. условиях: под воздействием спец. в-в (трансмиттеров) или при уменьш.отрицательности в клетке (деполяризации мембраны).В то же время в клетке имеется избыток ионов K+ по сравнению с наруж.средой - потому что насосы мембраны насильно накачали его в клетку. И он, тоже стремясь уравнять свою концентрацию внутри и снаружи, норовит, напротив, выйти из клетки. Ионы K+ покидают клетку под действием химич. градиента их концентрации по разные стороны мембраны (мембрана значительно более проницаема для K+, чем для Na+) и уносят с собой положит. заряды. Из-за этого внутри клетки нарастает отрицательность.K+ положит. заряжен, и поэтому он, когда выходит из клетки, выносит из неё не только самого себя, но и положит. заряд. За ним изнутри клетки к мембране тянутся отрицат. заряды. Но они не могут просочиться через мембрану - в отличие от ионов K+ - т.к. для них нет подходящих ионных каналов, и мембрана их не пропускает. Концентрационный потенциал — часть ПП, созданная дефицитом положит.зарядов внутри клетки, образовавшимся за счёт утечки из неё положит. ионов K+.

Итак, ПП состоит из двух частей:-10 мВ, к-ые получаются от «несимметричной» работы мембранного насоса-обменника (ведь он больше выкачивает из клетки положит. зарядов Na+, чем закачивает обратно с K+;вторая часть - всё время утекающий из клетки K+, уносящий положит. заряды.Его вклад - основной: −60 мВ. В сумме это дает −70 мВ. Теперь мембранный ПП окончательно сформирован.