Причины формирования мембранного потенциала

ионная асимметрия – в состоянии относительного физиологического покоя внутри клеткипреобладают ионы К+ и анионы органических соединений, снаружи – катионы Na+ и анионы Cl-;

избирательной проницаемости мембраны для ионов – в состоянии покоя клеточная мембрана проницаема для ионов К+, хуже для Cl-, почти не проницаема для Na+ и совсем не проницаема для анионов органических соединений.

Пассивный транспорт ионов через клеточную мембрану – происходит по градиенту концентрации, без затрат энергии, путём простой диффузии. Ионы К+ по градиенту концентрации выходят из клетки, вынося с собой положительный заряд на наружную поверхность мембраны, при этом внутренняя поверхность заряжается отрицательно по отношению к наружной.

В это же время ионы Cl- поступают по градиенту концентрации внутрь клетки, внося «–» заряд на внутреннюю поверхность, при этом наружная поверхность заряжается положительно по отношению к внутренней.

Такое состояние клетки называется поляризацией (т.е. клеточная мембрана поляризована).

Поляризация

возникновение разности потенциалов между наружной и внутренней поверхностью клеточной мембраны.

На поляризацию клеточной мембраны затрачивается незначительное количество ионов, поэтому остаётся неравномерность концентрации ионов и продолжается их диффузия.

В определённый момент времени на наружной поверхности клеточной мембраны возникает избыток «+» заряда, а на внутренней – избыток «–». Это приводит к возникновению сил, противоположных силам диффузии. Это силы электростатического взаимодействия (отталкивания).

Когда уравновешиваются силы диффузии и электростатического взаимодействия, наступает электрохимическое равновесие.

Электрохимическое равновесие обеспечивает поддержание ионной асимметрии и сохранение постоянной величины мембранного потенциала.

Т.к. мембранный потенциал в большинстве клеток формируется преимущественно за счет ионов калия, его называют равновесным калиевым концентрационно-электрохимическим потенциалом.

Активный транспорт ионов через клеточную мембрану осуществляется при помощи специальных молекул-переносчиков против градиента концентрации, с затратой энергии.

Наиболее изучен белок-переносчик Na+/K+- АТФ-аза или Na+/K+ насос, который обеспечивает транспорт ионов Na+ из клетки, а ионов K+ – внутрь клетки, расходуя при этом энергию АТФ.

Активация Na+/K+насоса происходит при изменении заряда клеточной мембраны, т.е. постоянно.

Его значение заключается в поддержании ионной асимметрии и постоянной величины мембранного потенциала покоя.