Физико-химические механизмы возникновенияпотенциала покоя

Мем­б­ран­ный по­тен­ци­ал (или по­тен­ци­ал по­ко­я) – это раз­нос­ть по­тен­ци­алов меж­ду на­руж­ной и внут­рен­ней по­вер­х­нос­тью мем­б­ра­ны в сос­то­янииот­но­си­тель­но­го фи­зи­оло­ги­чес­ко­го по­ко­я. По­тен­ци­ал по­коя воз­ни­ка­ет вре­зуль­та­те двух при­чин:

1) неодинакового рас­п­ре­де­ле­ния ионов по обе сто­ро­ны мем­б­ра­ны.Внут­ри клет­ки на­хо­дит­ся боль­ше все­го ионов К, сна­ру­жи его ма­ло. ИоновNa и ионов Cl боль­ше сна­ру­жи, чем внут­ри. Та­кое рас­п­ре­де­ле­ние ионовна­зы­ва­ет­ся ион­ной асим­мет­ри­ей;

2) избирательной про­ни­ца­емос­ти мем­б­ра­ны для ионов. В сос­то­яниипо­коя мем­б­ра­на не­оди­на­ко­во про­ни­ца­ема для раз­лич­ных ионов. Кле­точ­ная мем­б­ра­на про­ни­ца­ема для ионов K, ма­лоп­ро­ни­ца­ема для ионов Na инеп­ро­ни­ца­ема для ор­га­ни­чес­ких ве­щес­т­в.

За счет этих двух фак­то­ров соз­да­ют­ся ус­ло­вия для дви­же­ния ионов.Это дви­же­ние осу­щес­т­в­ля­ет­ся без зат­рат энер­гии пу­тем пас­сив­но­го тран­с­пор­та – диф­фу­зи­ей в ре­зуль­та­те раз­нос­ти кон­цен­т­ра­ции ионов. Ионы K вы­хо­дят из клет­ки и уве­ли­чи­ва­ют по­ло­жи­тель­ный за­ряд на на­руж­ной по­вер­х­нос­ти мем­б­ра­ны, ионы Cl пас­сив­но пе­ре­хо­дят внут­рь клет­ки, чтопри­во­дит к уве­ли­че­нию по­ло­жи­тель­но­го за­ря­да на на­руж­ной по­вер­х­нос­тиклет­ки. Ионы Na на­кап­ли­ва­ют­ся на на­руж­ной по­вер­х­ности мембраны и уве­ли­чи­ва­ют ее по­ло­жи­тель­ный за­ряд. Ор­га­ни­чес­кие со­еди­не­ния ос­та­ют­ся внут­ри клет­ки. В ре­зуль­та­те та­ко­го дви­же­ния на­руж­ная по­вер­х­нос­тьмем­б­ра­ны за­ря­жа­ет­ся по­ло­жи­тель­но, а внут­рен­ня­я – от­ри­ца­тель­но. Внут­рен­няя по­вер­х­нос­ть мем­б­ра­ны мо­жет не быть аб­со­лют­но от­ри­ца­тель­ноза­ря­жен­ной, но она всег­да за­ря­же­на от­ри­ца­тель­но по от­но­ше­нию к внеш­ней. Та­кое сос­то­яние кле­точ­ной мем­б­ра­ны на­зы­ва­ет­ся сос­то­яни­ем по­ля­ри­за­ци­и. Дви­же­ние ионов про­дол­жа­ет­ся до тех пор, пока не урав­но­ве­сит­ся раз­нос­ть по­тен­ци­алов на мем­б­ра­не, т. е. не нас­ту­пит элек­т­ро­хи­ми­чес­кое рав­но­ве­си­е. Мо­мент рав­но­ве­сия за­ви­сит от двух сил:

1) силы диф­фу­зи­и;

2) силы элек­т­рос­та­ти­чес­ко­го вза­имо­дей­с­т­ви­я.

Зна­че­ние элек­т­ро­хи­ми­чес­ко­го рав­но­ве­си­я:

1) поддержание ион­ной асим­мет­ри­и;

2) поддержание ве­ли­чи­ны мем­б­ран­но­го по­тен­ци­ала на пос­то­ян­номуров­не.

В воз­ник­но­ве­нии мем­б­ран­но­го по­тен­ци­ала учас­т­ву­ют сила диф­фу­зии(разность кон­цен­т­ра­ции ионов) и сила элек­т­рос­та­ти­чес­ко­го вза­имо­дей­с­т­ви­я, по­это­му мем­б­ран­ный по­тен­ци­ал на­зы­ва­ет­ся кон­цен­т­ра­ци­он­но-электрохимическим.

Для под­дер­жа­ния ион­ной асим­мет­рии элек­т­ро­хи­ми­чес­ко­го рав­но­ве­сияне­дос­та­точ­но. В клет­ке име­ет­ся дру­гой ме­ха­низ­м – нат­рий-калиевый на­сос. Нат­рий-калиевый на­сос – ме­ха­низм обес­пе­че­ния ак­тив­но­го тран­с­пор­та ионов. В кле­точ­ной мем­б­ра­не име­ет­ся сис­те­ма пе­ре­нос­чи­ков, каж­дый из ко­то­рых свя­зы­ва­ет три иона Na, ко­то­рые на­хо­дят­ся внут­ри клет­ки, и вы­во­дит их на­ру­жу. С на­руж­ной сто­ро­ны пе­ре­нос­чик свя­зы­ва­ет­ся сдву­мя иона­ми K, на­хо­дя­щи­ми­ся вне клет­ки, и пе­ре­но­сит их в ци­топ­лаз­му.Энер­гия бе­рет­ся при рас­щеп­ле­нии АТФ. Ра­бо­та нат­рий-калиевого на­со­саобес­пе­чи­ва­ет:

1) высокую кон­цен­т­ра­цию ионов К внут­ри клет­ки, т. е. пос­то­ян­ную ве­ли­чи­ну по­тен­ци­ала по­ко­я;

2) низкую кон­цен­т­ра­цию ионов Na внут­ри клет­ки, т. е. сох­ра­ня­ет нор­маль­ную ос­мо­ляр­нос­ть и объем клет­ки, соз­да­ет базу для ге­не­ра­ции по­тен­ци­ала дей­с­т­ви­я;

3) стабильный кон­цет­ра­ци­он­ный гра­ди­ент ионов Na, спо­соб­с­т­вуя тран­с­пор­ту ами­но­кис­лот и са­ха­ров.