Мембранно-ионная теория происхождения потенциала покоя (мембранного потенциала МП)

Образование МПП зависить от концентрации К⁺, Nа⁺, Са²⁺, Сl^-, и от особенности мембраны клетки. Мембрана клетки 3-х слойная. Она состоит из:

1. Наружный слой – мукополисахариды.

2. Бимолекулярный липидный слой.

3. Белковый слой.

Мембрана имеет каналы, которые обладают свойствами:

1. Селективностью (избирательностью) – подразделяются на 4 группы: натриевые, калиевые, кальциевые, хлорные. Селективность не обязательна, но предпочтительна.

2. Электровозбудимостью.

В состоянии покоя натриевые каналы все закрыты, а большинство калиевых – открыты. Эти каналы могут открываться и закрываться. Существуют каналы утечки (неспецифические), которые проницаемы для всех элементов, но более проницаемы для калия. Они всегда открыты, и ионы движутся через эти каналы по концентрационному и электрохимическому градиенту. Согласно мембранно-ионной теории наличие МПП обусловлено:

1. Неравенством концентрации ионов в клетке и вне нее.

2. Различной проницаемостью каналов для этих ионов.

К⁺ много в клетке, снаружи его мало, Nа⁺ - наоборот, много вне клетки и мало в клетке. Сl^- чуть больше снаружи клетки, чем внутри. Внутри клетки много органических анионов.

В состоянии покоя мембрана клетки проницаема только для ионов К⁺. Ионы калия в состоянии покоя постоянно выходят в окружающую среду, где высокая концентрация Nа⁺. Поэтому, в состоянии покоя, наружная поверхность мембраны заряжена положительно. Высокомолекулярные органические анионы (белки) концентрируются у внутренней поверхности мембраны и определяют ее отрицательный заряд. Они же электростатически удерживают ионы К⁺ с другой стороны мембраны. Основную роль в образовании МПП принадлежит ионам К⁺.

Несмотря на потоки ионов через каналы утечки разность концентрации ионов не выравнивается, т.е. сохраняется всегда постоянной. Этого не происходит потому, что в мембранах существуют Nа⁺ - К⁺- насосы. Они непрерывно откачивают Nа⁺ из клетки и против градиента концентрации вводят в цитоплазму К⁺. На 3 иона Nа⁺, которые выводятся из клетки, внутрь вводится 2 иона К⁺. Перенос ионов против градиента концентрации осуществляется активным транспортом (с затратой энергии).

У разных тканей мембранный потенциал характеризуется разной величиной: самый большой у мышечной ткани -80 -90 мВ, у нервной -70 мВ, у соединительной -35 -40 мВ, у эпителиальной -20мВ.

Когда внутренний заряд мембраны становится менее отрицательным наступает деполяризация мембраны.

Мембранный потенциал действия (МПД)

Под действием раздражителя пороговой силы проницаемость мембраны изменяется и возникает потенциал действия (ПД) или возбуждение. ПД – это быстрое колебание мембранного потенциала при возбуждении.

Порог раздражения – эта минимальная сила, при которой возникает минимальная ответная реакция. Для характеристики порога раздражения используется понятие реобаза (рео – ток, база – основной).

Кроме пороговых различают подпороговые раздражители, которые не могут вызвать ответной реакции, но вызывают сдвиг обмена веществ в клетке.Также существуют надрпороговые раздражители.

Возникнув, ПД распространяется вдоль мембраны, не изменяя своей амплитуды. В нем различают фазы:

1) Деполяризации:

а) медленная деполяризация;

б) быстрая деполяризация.

2) Реполяризация:

а) быстрая реполяризация;

б) медленная реполяризация (отрицательный следовой потенциал)

3) Гиперполяризация (положительный следовой потенциал).

Механизм возникновения ПД.

Под влиянием раздражителя пороговой силы мембрана клетки становится проницаема для ионов Na⁺ и он резким потоком поступает внутрь (скорость ионов Na⁺ в клетку выше, чем поток ионов К⁺ из клетки). Внутренняя сторона мембраны становится положительной, а на поверхности ионы Cl^- образуют отрицательный заряд. Смена зарядов на внутренней и наружной поверхности мембраны соответствует фазе деполяризации.

После этого Na-евые каналы закрываются и открываются К-евые каналы, которые были частично закрыты. Наблюдается восстановление МПП. Эта фаза ПД называется реполяризацией.

Основная роль в образовании ПД принадлежит ионам Na⁺.