Потенциал покоя. Природа потенциала покоя.

Практическое занятие 4

Между внутренней и наружной поверхностями кле­точной мембраны всегда существует разность электрических потенциалов. Разность потенциалов, измеренная между внутренней и наружной поверхностями клеточной мембраны в состоянии физиологического покоя клетки, на­зывается потенциалом покоя.

Цитоплазма в состоянии покоя клеток всегда имеет отрицательный потенциал по отношению к потенциалу межклеточной жидкости. Потенциал покоя у разных клеток имеет величину от 50 до 100 мВ. Наличие мембраны приводит к возникновению потенциалов клеток, как в покое, так и при возбуждении. Причина их возникновения - неравномерное распределение ионов калия и натрия между содержимым клеток и межклеточной средой. Неравномерное распределение ионов обусловлено активным переносом ионов—работой натрий-калиевого насоса.

Несмотря на то что мембрана достаточно проницаема для ионов К⁺, их концентрация внутри выше, чем во внешней среде. Главные внутриклеточные отрицательные молекулы – анионы (белки и нуклеиновые кислоты) не могут выходить наружу и накапливаются внутри клетки, а ионы С1^–, которых много во внешней среде, проходят через мембрану очень медленно. Проницаемость для Na⁺ составляет лишь 1/20 по сравнению с проницаемостью для К⁺. При таких условиях трансмембранный потенциал определяет распределение ионов К⁺, потенциал существует благодаря тому, что ионы К⁺ стремятся покинуть клетку, чтобы уравнять внешнюю и внутреннюю концентрации. Однако в клетке при этом остается избыток анионов, что создает отрицательный электрический заряд, ограничивающий дальнейшее выравнивание концентраций ионов К⁺. Ионы С1^– ведут себя наоборот: они должны остаться снаружи, чтобы сбалансировать электрический заряд плохо проникающего Na⁺, но в то же время стремятся проникнуть в клетку по градиенту концентрации.

Согласно теории Ходжкина, Хаксли, Катца, клеточ­ная мембрана в состоянии покоя проницаема в основ­ном только для ионов калия. Ионы калия диффундируют по концентрационному градиенту через клеточную мембрану в окружающую жидкость; анионы не могут проникать через мембрану и остаются на ее внутренней стороне. Так как ионы калия имеют положительный заряд, а анионы, остающиеся на внутренней поверхности мембраны,—отрицательный, то внешняя, поверхность мембраны при этом заряжается положительно, а внутренняя отрицательно.

Величина МПП зависит от вида ткани и варьирует от -9 до -100 мв. Сле­довательно, в состоянии покоя клеточная мембрана поляризована. Уменьшение величины МПП называют деполяризацией, увеличение — гиперполяризацией, восстановление исходного значения МПП — реполяризацией мембраны.

Отличительной характеристикой живых клеток является неравное распределение ионов по обеим сторонам клеточной мембраны (снаружи и внутри клетки). Концентрация ионов К⁺ выше внутри клетки, тогда как ионы Na⁺ преобладают снаружи. Это неравенство достигается благодаря работе так называемого натрий-калиевого насоса — особого фермента Na⁺-К⁺ -АТФазы, — который за счет использования энергии АТФ переносит против градиента концентрации три иона Na⁺ из клетки в обмен на два иона К⁺ внутрь клетки. В состоянии покоя клеточная мембрана непроницаема для всех ионов, кроме К⁺. В результате этого образуется разность зарядов между внутренней и наружной поверхностью клетки.

Запомните: Потенциал покоя обеспечивается функцией Na⁺-K⁺-АТФазы и соответствует K⁺-потенциалу. Потенциал действия обусловлен преимущественно быстрым током ионов Na\ входящих внутрь клетки.

Все живые клетки имеют на мембране потенциал покоя, но только возбудимые (нервные и мышечные) способны значительно изменять проводимость ионов через мембрану в ответ на стимулы, такие как потенциал действия.