Згадаємо будову мембрани клітин

Через фосфоліпідний шар можуть дифундувати різні речовини, причому здатність мембрани пропускати ці речовини залежить від різниці концентрації дифундуючої речовини по обидва боки мембрани, його розчинності в ліпідах і властивостей самої мембрани.

Іони Na, K, Ca, Cl проходять всередину клітини і назовні через канали. Розмір каналів 0,5-0,7 нм.

Іонні канали - це інтегральні білки в мембрані клітини, через які можуть проходити іони.

Іонні канали можуть бути відчиненими чи зачиненими. Коли іонні канали відчинені, через них можуть проходити окремі іони, коли зачинені - іони не проходять.

Відчинення чи зачинення іонних каналів контролюється воротами:

- Потенціалозалежні ворота - це такі, які відчиняються чи зачиняються при зміні мембранного потенціалу.

- Хемозалежні ворота - це такі, які відчиняються чи зачиняються при взаємодії циторецепторів мембрани (поверхневих білків) з медіаторами, гормонами.

Крім каналів у мембрані є насоси:

Na+- K+ насос

викачує 3 іони Nа+з клітини в обмін на 2 іони К+, які заходять у клітину, підтримує високу концентрацію K+ в середині клітини, низьку концентрацію Nа+ в середині клітини та стабільний концентраційний градієнт.

Існує також електричний градієнт – катіони рухаються до негативно заряджених ділянок, аніони – до позитивно заряджених (у напрямку зменшення їхнього електричного градієнту).

Процес переміщення іонів через мембрану та природа цієї мембрани дають змогу пояснити виникнення мембранного потенціалу.

Перше розглянемо, що таке дифузійні і рівноважні потенціали.

Дифузійний потенціал - це різниця потенціалів, яка виникає між зовнішньою (е) і внутрішньою (і) поверхнями мембрани завдяки дифузії іону за градієнтом концентрації, якщо мембрана пропускає цей іон.

Величина дифузійного потенціалу залежить від концентраційного градієнту і проникності мембрани для іону.

Знак дифузійного потенціалу залежить від заряду іону, який дифундує через мембрану - позитивного чи негативного.

Як відомо, концентраційний градієнт сприяє рухові К+ з клітин, а електричний градієнт має протилежне спрямування. Внаслідок цього настає баланс, за якого схильність К+ до руху з клітин врівноважена його схильністю до руху у клітину (настає рівноважний потенціал).

Рівноважний потенціал є дифузійним потенціалом, який створюється завдяки дії рівних і протилежних сил на рух іону через мембрану - хімічних і електричних рушійних сил, баланс між якими припиняє подальший рух іону - електрохімічна рівновага.

Розрахунок величини рівноважних потенціалів здійснюється за рівнянням Нернста:

Іонні канали мають такі властивості як селективність і провідність.