Мембранный потенциал покоя

Мембранный потенциал

Как мембранный потенциал покоя устанавливается в нейроне.

Ключевые моменты:

· Физиологически покоящийся (не испускающий сигналы) нейрон имеет напряжение на своей мембране, это называется мембранный потенциал [1] покоя, или просто потенциал покоя [2].

· Потенциал покоя определяется градиентами (перепады) концентрации ионов на мембране и проницаемостью мембраны для каждого типа ионов.

· В покоящемся нейроне есть градиенты концентрации на мембране для Na⁺ и K⁺. Ионы движутся по своим градиентам через каналы, что приводит к разделению заряда, что создает потенциал покоя[3].

· Мембрана гораздо более проницаема для K⁺, чем для Na⁺, поэтому потенциал покоя близок к равновесному потенциалу K⁺ (потенциал, который бы производился K⁺, если бы он был единственным ионом в системе).

Введение

Представьте, что у вас есть мертвая лягушка. (Да, это мерзко, но давайте просто представим это на секунду.) Что произойдет, если вы примените электрический раздражитель к нерву, которым снабжается нога лягушки? Довольно пугающе, мертвая нога взбрыкнёт!

Итальянский ученый Луиджи Гальвани, обнаружил этот забавный факт еще в 1700-х годах, отчасти случайно, во время диссекции лягушки. Сегодня мы знаем, что нога лягушки брыкается, потому что нейроны (нервные клетки) несут информацию через электрические сигналы.

Как нейроны в живом организме производят электрические сигналы? На базовом уровне, нейроны производят электрические сигналы посредством кратковременных контролируемых изменений проницаемости[4] своей клеточной мембраны для конкретных ионов (таких как Na⁺ и K⁺). Прежде чем мы детально рассмотрим, как эти сигналы производятся, нам сначала нужно понять, как проницаемость мембраны работает в покоящемся нейроне (в том, который не посылает и не принимает электрические сигналы).

В этой статье мы увидим, как нейрон устанавливает и поддерживает стабильное напряжение, на своей мембране – что есть мембранный потенциал покоя.

Мембранный потенциал покоя

Представьте, что вы берете два электрода и размещаете один из них снаружи, а другой, внутри клеточной мембраны живой клетки. Если вы это сделаете, вы сможете оценить разность электрических потенциалов или напряжение между электродами. Эта разность электрических потенциалов называется мембранным потенциалом/напряжением мембраны.

Похоже ли это на напряжение в проводе? На концептуальном [5] уровне, напряжение означает то же самое в нейроне, чем оно является в электрической цепи. Однако ток в проводах переносится электронами. А вот в нейронах и других клетках ток передается через движение ионов. Они могут быть, как и положительно заряженными ионами (катионы), так и отрицательно заряженными ионами (анионы).

Рисунок 1. Как нейроны сообщаются

Как и расстояние, разность потенциалов измеряется относительно контрольной точки. В случае расстояния, контрольная точка может быть городом. Например, мы можем сказать, что Бостон находится на северо-востоке, но только если мы знаем, что нашей точкой отсчета будет Нью-Йорк.

Для мембранного потенциала клетки, контрольная точка находится снаружи клетки. В большинстве покоящихся нейронов, разность потенциалов на мембране составляет от 30 до 90 милливольт (мВ составляет 1/1000 вольта), причем внутри, клетка более отрицательно заряжена, чем снаружи. То есть, нейроны обладают мембранным потенциалом покоя (или просто потенциалом покоя) от −30 мВ до −90 мВ.

Из-за наличия разности потенциалов на клеточной мембране, мембрана называется поляризованной.

· Если мембранный потенциал становится более положительным, чем при потенциале покоя, мембрана считается деполяризированной (уменьшение отрицательности в клетке).

· Если мембранный потенциал становится более отрицательным, чем при потенциале покоя, мембрана считается гиперполяризованной (уменьшение положительности в клетке).