Состояние относительного покоя клетки

Было выяснено, что мембрана нервной клетки в состоянии относительного покоя имеет отрицательный заряд – потенциал покоя.

Потенциал покоя (ПП) – это разность электрических потенциалов между наружной и внутренней сторонами клеточной мембраны. Величина ПП в нервных клетках составляет 60-80 мВ.

Согласно мембранно-ионной теории (Бернштейн, Хаксли, Катц), причиной формирования ПП является неодинаковая концентрация анионов и катионов внутри и вне клетки. Пр: концентрация ионов в клетке кальмара.

Различные ионы распределены неодинаково по обе стороны клеточной мембраны: 1) вследствие неодинаковой проницаемости клеточной мембраны для различных ионов; 2) в результате работы ионных насосов, транспортирующих ионы в клетку и из клетки, несмотря на концентрацию.

Проницаемость, проводимость клеточной мембраны – это ее способность пропускать воду и частицы заряженные и незаряженые. Проницаемость определяется факторами: 1) наличием ионных каналов с управляемым (с воротным механизмом) и неуправляемым (каналы утечки) механизмом; 2) размерами каналов и частиц; 3) растворимостью частиц в мембране (проницаема для растворимых липидов и непроницаема для пептидов). Проводимость ионов зависит от электрохимического градиента заряженных частиц (совокупности электрического и концентрационного градиентов) и от проницаемости мембраны.

Рассмотрим роль проницаемости клеточной мембраны и различных ионов в формировании ПП.

В состоянии относительного покоя живой клетки мембрана обладает проницаемостью для ионов К+ примерно в 25 раз больше чем для ионов Nа+. Ионы К+ перемещаются от большей концентрации к меньшей. Органические анионы не могут выходить из клетки. Поэтому в состоянии покоя отрицательных ионов оказывается больше внутри, чем положительных – клетка изнутри имеет отрицательный заряд. На наружной поверхности мембраны устанавливается положительный заряд.

В состоянии относительного покоя устанавливается динамическое равновесие между числом выходящих из клетки и входящих в клетку ионов К+ - когда уравновешивается концентрация и электрический градиент ионов. Устанавливается равновесный потенциал для ионов К+ (Ек = -70 мВ), для ионов Nа + (Еnа = +55 мВ).

Ионы Nа+ (немного снижают ПП, двигаясь внутрь) и CL- (немного повышают ПП, двигаясь внутрь) имеют незначительную проницаемость в состоянии покоя клетки и почти не влияют на потенциал покоя (уравновешивают действие друг друга).

Таким образом, ПП – это алгебраическая сумма не только всех зарядов ионов вне и внутри клетки, но также алгебраическая сумма отрицательных внешних и внутренних поверхностных зарядов самой мембраны.

Кроме собственно ионных механизмов формирования ПП, связанных с различной проницаемостью клеточной мембраны и диффузией ионов, имеется активный механизм поддержания градиентов концентрации различных ионов внутри и вне клетки. Это ионные насосы, в частности Nа/К – насос (помпа).

Ионный насос – это транспортная система, обеспечивающая перенос иона с непосредственной затратой энергии вопреки концентрационному и электрическим градиентам.