Современные представления о строении и функциях мембран. Потенциал покоя, его происхождение.

Клеточная мембрана – это тонкая (6-10 нм) оболочка, состоящая из:
-липидов – около 40%
-белков – около 60%

Структурная основа клеточной мембраны, или матрикса, - бимолекулярный слой фосфолипидов, причем полярные гидрофильные головки липидов обращены к поверхностям мембраны, а гидрофобные хвосты вытянуты к середине бислоя.

В этот бислой встроены белковые молекулы.

Фосфолипиды так плотно упакованы в мембране, что между ними практически нет промежутков, поэтому мембрана плохо пропускает воду, практически непроницаема для ионов и непроницаема для крупных молекул.

Белковые молекулы

-либо погружены в слой липидов с внеклеточной или с цитоплазматичекой стороны
-либо целиков пронизывают мембрану

Если белки частично погружены в мембрану, их называют периферическими или полуинтегральными.

Чаще всего они выполняют роль рецепторов, ферментов или являются структурными белками мембраны.

Если белки пронизывают всю толщу мембраны клеток, то их называют интегральными, трансмембранными или транспортными белками. Именно они обеспечивают движение (транспорт) ионов через мембрану.

-Если эти белки образуют стенки поры, сквозь которую путем простой диффузии проходят ионы, то это ионные каналы.

-Если трансмембранные белки перекачивают ионы против концентрационного и электрического градиентов, то это ионные насосы.

Ионные каналы (пассивный транспорт, без затраты энергии)

· По специфичности
-неспецифические – способны пропускать несколько видов ионов
-специфические (селективные) – способны пропускать только один вид ионов

· По наличию ворот в канале

-безворотные (каналы утечки) - они всегда открыты
-воротные каналы – в покое закрыты, открываются под действием раздражителей

Воротный канал имеет:

-устье
-фильтр
-ворота
-механизм управления воротами

· По механизму управления воротами

-потенциалзависимые – реагируют на изменение заряда на мембране

-хемозависимые – реагируют на химические вещества

-механочувствительные – реагируют на механическую деформацию мембраны

Насосы (активный транспорт)

-способны за счет энергии АТФ перемещать ионы и молекулы против концентрационных и электро-химических градиентов, тем самым поддерживая нужную концентрацию этих веществ в клетке

Функции клеточных мембран

1. Механическая

Поддержание морфологической целостности и автономности клеток, механическая защита клетки

2. Рецепторная

Восприятие изменений внешней и внутренней среды организма с помощью специальных структур – рецепторов

3. Межклеточное взаимодействие

Передача сигнала от одной клетки другой

4. Барьерная функция

Создание препятствий для свободного переноса веществ через нее

5. Избирательная (селективная) проницаемость

6. Транспортная функция

В совокупности с барьерной функцией формирует состав внутриклеточной среды, наиболее благоприятной для протекания метаболических реакций

 

Мембранный потенциал (МП) = Потенциал покоя (ПП) = Трансмембранная разность

Через клеточную мембрану в клетку и из нее постоянно осуществляется транспорт веществ, в том числе ионов (К, Na, Са, CI).

В результате, каких-то ионов оказывается больше снаружи клетки, а каих-то внутри нее.

В покое положительно заряженные ионы концентрируются на наружной поверхности мембраны и заряжают ее положительно, а отрицательно заряженные ионы концентрируются на внутренней поверхности, заряжая мембрану внутри отрицательно.

Т.е. мембрана оказывается поляризованной (т.е. имеется разность зарядов (потенциалов) между наружной и внутренней поверхностями мембраны).

Мембранный потенциал – наличие постоянной разности потенциалов между наружной и внутренней поверхностями мембраны.

Возникновение мембранного потенциала обусловлено:

1. Ионная ассиметрия мембраны – разная концентрация ионов внутри клетки и снаружи.

-ионы К – больше внутри клетки в 30-50 раз
-органических анионов (-) – больше внутри клетки
-ионы Na – больше вне клетки в 8-10 раз
- ионы Ca – больше вне клетки в 20 раз
- ионы CI – больше вне клетки в 50 раз

Т.о., для этих ионов направление концентрационного градиента различно:

-для К – из клетки
- для Na, Ca, Cl – в клетку

2. Различная проницаемость мембраны для различных ионов

Для каждого иона разное количество каналов на мембране либо разная активность этих каналов.

Активность канала связана с воротным механизмом.

В состоянии покоя мембрана в 25 раз более проницаема для К, чем для остальных ионов.

В покое именно для К имеются на мембране его каналы утечки (всегда открыты). Поэтому в состоянии покоя ионы К выходят из клетки через каналы утечки.

Силы движения ионов через открытый ионный канал:

1. Химическая движущая сила - определяет разность концентраций снаружи и внутри клетки.

2. Электрическая движущая сила – зависит от заряда на мембране.