Электрические явления в мембране. Происхождение мембранного потенциала. Токи покоя.

Концентрация ионов во внеклеточной и внутриклеточной жидкости неодинакова. Во внеклеточной жидкости содержится больше ионов натрия (в 10 – 20 раз) и хлора (в 6 – 10 раз). Во внутриклеточной жидкости больше ионов калия (в 30 – 40 раз) и органических анионов. Разность концентраций ионов во внеклеточной и внутриклеточной жидкости называется ионной асимметрией. Ионная асимметрия поддерживается работой специального интегрального белка – Na⁺-K⁺-насоса, который выводит из клетки 3 иона натрия и обеспечивает поступление в клетку 2 ионов калия против концентрационного градиента, при этом происходит разрушение одной молекулы АТФ.

В покое, в невозбужденной клетке проницаемость мембраны для ионов К⁺ во много раз выше, чем для Na⁺. Поскольку концентрация ионов калия выше во внутриклеточном пространстве, они выходят из клетки наружу. Внутриклеточные анионы притягиваются к ионам калия за счёт электрических сил, но не могут выйти из клетки, так как мембрана для них непроницаема. Таким образом, ионы калия формируют положительно заряженный слой на наружной поверхности мембраны, а анионы – отрицательно заряженный слой на внутренней поверхности. За счёт этого между наружной и внутренней поверхностями мембраны формируется потенциал: внутренняя поверхность мембраны заряжена отрицательно по отношению к наружной. Этот потенциал называется потенциалом покоя, его величина неодинакова для разных клеток, для нервной ткани значение потенциала покоя равно –70 мВ. Наличие потенциала покоя характерно для всех живых клеток, выравнивание заряда между внутренней и наружной поверхностями мембраны свидетельствует о смерти клетки. (Слайд 17)

Изменения мембранного потенциала

Изменение проницаемости клеточной мембраны для ионов приводит к увеличению или уменьшению количества заряженных частиц на её наружной или внутренней поверхности, что в свою очередь является причиной изменения мембранного потенциала.

Повышение проницаемости мембраны для положительных ионов, концентрация которых выше во внеклеточном пространстве (например, для ионов натрия), вызывает их поступление внутрь клетки. Увеличение количества положительных ионов на внутренней поверхности мембраны приводит к снижению величины мембранного потенциала покоя, которое называется деполяризацией.

Если количество положительных ионов, поступающих во внутриклеточное пространство, будет настолько большим, что их внутри клетки станет больше, чем снаружи, заряд мембраны изменится на противоположный. Такое изменение заряда называется реверсией.

Если проницаемость мембраны возрастает для положительных внутриклеточных ионов (калия), очевидно, что заряд, наоборот, будет увеличиваться. Такое изменение заряда называется гиперполяризация. Гиперполяризация вызывается также увеличением проницаемости мембраны для отрицательных внеклеточных ионов (например, хлора). В этом случае повышение трансмембранного потенциала объясняется возрастанием отрицательного заряда на внутренней поверхности мембраны.

Восстановление изменённого мембранного потенциала, то есть возвращение его к исходному значению, называется реполяризацией. (Слайд 18)