Мембранний потенціал спокою

Мембранний потенціал спокою (МПС) – різниця потенціалів між зовнішньою і внутрішньою поверхнями клітинної мембрани. У стані спокою поверхня збудливих клітин електропозитивна стосовно цитоплазми. Ця різниця потенціалів величина постійна й для різних клітин коливається від -60 до -120 мВ.

Виникнення МПС обумовлене двома головними причинами:

1. Різною концентрацією йонів Са2+, Сl-, Nа+, К+усередині й зовні клітини.

2. Різною проникністю мембрани для цих йонів.

У стані спокою мембрана проникна для йонів К+ (К+-канали відкриті), слабопроникна для Nа+ (практич-

но всі Nа+-канали закриті) і непроникна для Сl- (усі канали закриті) і органічних аніонів.

Вихід К+ із клітини створює відносний дефіцит позитивних зарядів на внутрішній поверхні мембрани та їх надлишок на зовнішній поверхні.

Негативно заряджені йони цитоплазми (перш за все органічні аніони, білки, карбонат- і фосфат-йони, Сl-) концентруються біля внутрішньої поверхні мембрани, створюючи негативний потенціал. Відбувається поляризація мембрани. Надмірний вихід К+ призводить до гіперполяризації.

Різниця концентрацій Nа+ і К+ по обидва боки мембрани підтримується механізмами активного транс-

порту йонів Nа+ із клітини на зовнішню поверхню мембрани, а К+ зовні всередину клітини (проти градієнтів концентрацій з витратою енергії АТФ).

Основним компонентом Nа+-К+-насоса є фермент Nа+-К+-АТФ-аза. Макромолекулярний механізм насо- са приєднує зовні 2 йона К+, переносить їх всередину клітини, а зсередини клітини назовні транспортує 3 йони Nа+.

МПС забезпечує збудливість, тобто готовність до відповідної реакції на подразнення.

Потенціал дії

Під час дії подразника на клітину в ній відбуваються складні перетворення мікроструктур, обміну речо- вин, концентрації йонів і виникає специфічна реакція.

Потенціал дії (ПД)- це швидке коливання мембранного потенціалу при збудженні клітин подразником порогової сили.

Незначний процес переміщення йонів через канали мембрани в місці допорогового подразнення, що приводить до зміни МПС (деполяризації), називається локальною відповіддю. Його особливості:

- залежить від сили подразника

- зникає після дії подразника

- здатний до сумації

- не здатний до розповсюдження.

При збільшенні сили подразника й досягнення порогової сили заряд мембрани зменшується до крити- чного рівня деполяризації і виникає потенціал дії.

В основі розвитку ПД - зміни йонної проникності мембрани. Під дією подразника змінюється конфор- мація білкових каналів: Nа+-канали відкриваються і Nа+ лавиноподібно надходить у клітину. Надходження позитивних зарядів у клітину викликає зменшення позитивного заряду на зовнішній поверхні мембрани й

збільшення його в цитоплазмі. Спочатку різниця потенціалів зникає, а потім відбувається перезарядження мембрани. Зовнішня поверхня стає електронегативною відносно цитоплазми. Цей процес інверсії заряду зветься - деполяризація.

При досягненні максимального значення потенціалу дії (120 мВ) Nа+-канали закриваються. Рух Nа+

всередину клітини припиняється, але продовжує зростати вихід К+. Це призводить до зупинки деполяри- зації. Закінчується пік ПД і починається відновлення поляризації мембрани - реполяризація. Починають працювати Nа+-К+-насоси, викачуючи Nа+ і повертаючи К+ у клітину.

Графічно виниклий потенціал дії можна представити у вигляді піка, де висхідна частина - деполяриза-

ція, низхідна частина - реполяризация.

Слідом за піком ПД мембрана деякий час (15-30 мс) залишається частково деполяризованою. Такий стан має назву негативного слідового потенціалу або слідової деполяризації. Його походження пов'язане з залишковим струмом Nа+ у клітину й нагромадженням К+ у міжклітинних щілинах.

Надмірний вихід К+, робота Nа+-К+-насосів призводять до короткочасного (50-300 мс) зростання заряду мембрани до -93 мВ. Ця частина ПД має назву слідова гіперполяризаціяабо позитивний слідовий по-

тенціал.