5.3. Модель сопряженного транспорта.

Активный транспорт натрия из клетки имеет компонент, сопряженный со входом калия в клетку. Преимущество такого насоса в том, что он экономит энергию - свойство важное для энергетического баланса клетки. В мышечной клетке в состоянии покоя 10-20 % метаболизма тратится на обеспечение активного транспорта.

На схеме (рис. 13) изображена теоретическая модель сопряженного насоса, которая помогает понять механизм его действия. У внутренней стороны мембраны натрий связывается с переносчиком Y, образуя молекулу Na-Y. Na-Y диффундирует через мембрану и спонтанно распадается у наружной ее стороны. Таким образом, концентрация Na⁺ у наружной стороны мала и выход Na-Y преобладает над входом.

Схема сопряженного транспорта.

Внеклеточная среда

Рис. 13.

Такое временное связывание с молекулой переносчика Y позволяет Na⁺ диффундировать наружу, против концентрационного и электрического градиентов. У наружной стороны мембраны молекула Y превращается в молекулу переносчика Х, которая связывается с К⁺ в наружном растворе. Возникающее в результате этого К-Х диффундирует через мембрану, распадаясь у ее внутренней стороны на К⁺ и Х. Внутри клетки используется метаболитическая энергия распада АТФ для преобразования молекулы Х вновь в молекулу Y. Это единственная эндотермическая реакция цикла; сопряженность Х и К⁺ экономит около половины той энергии, которая потребовалась бы для несопряженного транспорта Na⁺.

5.4. Резюме по теме ”Мембранный потенциал покоя“.

Подобно всем другим клеткам, нейрон способен поддерживать постоянство свой внутренней среды (гомеостаз), заметно отличающийся по составу от окружающей его жидкости. Особенно поразительно различие в концентрациях ионов натрия и калия. Наружная среда в 10 раз богаче натрием, чем внутренняя, а внутренняя среда в 20-100 раз богаче калием, чем наружная. Как калий, так и натрий способны проникать через поры в клеточной мембране, поэтому некоторый насос должен непрерывно производить обмен вошедших в клетку ионов натрия на ионы калия наружной среды. Такое выкачивание натрия осуществляется внутренним мембранным белком, называемым Na⁺-К⁺-насосом (Na⁺-насос).

Каждый натриевый насос может использовать энергию, запасенную в форме фосфатных связей АТФ, для того, чтобы обменять 3 иона натрия внутренней среды на 2 иона калия наружной среды. В покое внутренность аксона имеет отрицательный потенциал, приблизительно -70 мВ по отношению к наружной среде.

5.5. Потенциал действия.

Функция нервных клеток в организме состоит в получении информации, передаче ее в другие участки нервной системы, сравнение ее с информацией от других источников и, наконец, регуляции деятельности других клеток. Сигналы от нервов вызывают сокращение мышечных клеток. Когда эти два типа клеток “активны”, возникает быстрый сдвиг мембранного потенциала в положительном направлении - потенциал действия.

Потенциал действия можно зарегистрировать в нервных и мышечных клетках с помощью внутриклеточных электродов. Типичные примеры потенциалов действия в различных тканях млекопитающих, представлены на рис. 14.