Мембранний потенціал спокою - студопедія

Будь-яка жива клітина покрита напівпроникною мембраною, через яку здійснюється пасивне рух і активний виборчий транспорт позитивно і негативно заряджених іонів. Завдяки цьому переносу між зовнішньою і внутрішньою поверхнею мембрани є різниця електричного заряду (потенціалів) - мембранний потенціал. Існує три відрізняються один від одного прояву мембранного потенціалу - мембранний потенціал спокою, місцевий потенціал. або локальний відповідь. і потенціал дії.

Якщо на клітину не діють зовнішні подразники, то мембранний потенціал довго зберігається постійним. Мембранний потенціал такої покоїться клітини називається мембранним потенціалом спокою. Для зовнішньої поверхні мембрани клітини потенціал спокою завжди позитивний, а для внутрішньої поверхні клітинної мембрани завжди негативний. Прийнято вимірювати потенціал спокою на внутрішній поверхні мембрани, тому що іонний склад цитоплазми клітини більш стабільний, ніж міжклітинної рідини. Величина потенціалу спокою відносно постійна для кожного типу клітин. Для поперечносмугастих м'язових клітин вона становить від -50 до -90 мВ, а для нервових клітин від -50 до -80 мВ.

Причинами виникнення потенціалу спокою є різна концентрація катіонів та аніонів зовні і всередині клітини, а також виборча проникність для них клітинної мембрани. Цитоплазма спочиває нервової і м'язової клітини містить приблизно в 30-50 разів більше катіонів калію, в 5-15 разів менше катіонів натрію і в 10-50 разів менше аніонів хлору, ніж позаклітинна рідина.

У стані спокою практично всі натрієві канали мембрани клітини закриті, а більшість калієвих каналів відкрито. Всякий раз, коли іони калію наштовхуються на відкритий канал, вони проходять через мембрану. Оскільки всередині клітини іонів калію набагато більше, то осмотическая сила виштовхує їх з клітки. Що вийшли катіони калію збільшують позитивний заряд на зовнішній поверхні клітинної мембрани. В результаті виходу іонів калію з клітки повинна була б незабаром зрівнятися їх концентрація всередині і поза клітиною. Однак цьому перешкоджає електрична сила відштовхування позитивних іонів калію від позитивно зарядженої зовнішньої поверхні мембрани.

Чим більше стає величина позитивного заряду на зовнішній поверхні мембрани, тим важче іонів калію проходити з цитоплазми через мембрану. Іони калію виходитимуть з клітки до тих пір, поки сила електричного відштовхування не стане рівною силі осмотичного тиску До +. При такому рівні потенціалу на мембрані вхід і вихід іонів калію з клітки знаходяться в рівновазі, тому електричний заряд на мембрані в цей момент називається калієвих рівноважним потенціалом. Для нейронів він дорівнює від -80 до -90 мВ.

Оскільки в спочиває клітці майже всі натрієві канали мембрани закриті, то іони Nа + надходять в клітину по концентраційному градієнту в незначній кількості. Вони лише в дуже малому ступені відшкодовують втрату позитивного заряду внутрішньої середовищем клітини, викликану виходом іонів калію, але не можуть цю втрату істотно компенсувати. Тому проникнення в клітину (витік) іонів натрію призводить лише до незначного зниження мембранного потенціалу, внаслідок чого мембранний потенціал спокою має декілька меншу величину в порівнянні з калієвих рівноважним потенціалом.

Таким чином, виходять з клітини катіони калію спільно з надлишком катіонів натрію в позаклітинній рідині створюють позитивний потенціал на зовнішній поверхні мембрани спочиває клітини.

У стані спокою плазматична мембрана клітини добре проникна для аніонів хлору. Аніони хлору, яких більше в позаклітинній рідині, дифундують всередину клітини і несуть з собою негативний заряд. Повного зрівнювання концентрацій іонів хлору зовні і всередині клітини не відбувається, тому що цьому перешкоджає сила електричного взаємного відштовхування однойменних зарядів. Створюється хлорний рівноважний потенціал, при якому вхід іонів хлору в клітину і їх вихід з неї знаходяться в рівновазі.

Мембрана клітини практично непроникна для великих аніонів органічних кислот. Тому вони залишаються в цитоплазмі і спільно зі вступниками аніонами хлору забезпечують негативний потенціал на внутрішній поверхні мембрани спочиває нервової клітини.

Найважливіше значення мембранного потенціалу спокою полягає в тому, що він створює електричне поле, яке впливає на макромолекули мембрани і надає їх зарядженим групам певне положення в просторі. Особливо важливо те, що це електричне поле обумовлює закритий стан активаційних воріт натрієвих каналів і відкритий стан їх інактіваціонних воріт (рис. 61, А). Цим забезпечується стан спокою клітини і готовності її до порушення. Навіть відносно невелике зменшення мембранного потенціалу спокою відкриває активаційні «ворота» натрієвих каналів, що виводить клітку зі стану спокою і дає початок порушення.