Физико-химические механизмы возникновения потенциала покоя

Мембранный потенциал (или потенциал покоя) – это разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью мембраны в состоянии относительного физиологического покоя.

За счет этих двух факторов создаются условия для движения ионов. Это движение осуществляется без затрат энергии путем пассивного транспорта – диффузией в результате разности концентрации ионов.

Ионы К выходят из клетки и увеличивают положительный заряд на наружной поверхности мембраны, ионы Сl пассивно переходят внутрь клетки, что приводит к увеличению положительного заряда на наружной поверхности клетки.

Ионы Nа накапливаются на наружной поверхности мембраны и увеличивают ее положительный заряд. Органические соединения остаются внутри клетки. В результате такого движения наружная поверхность мембраны заряжается положительно, а внутренняя – отрицательно.

Движение ионов продолжается до тех пор, пока не уравновесится разность потенциалов на мембране, т. е. не наступит электрохимическое равновесие.

Значение электрохимического равновесия:

• поддержание ионной асимметрии;
• поддержание величины мембранного потенциала на постоянном уровне.

В возникновении мембранного потенциала участвуют сила диффузии (разность концентрации ионов) и сила электростатического взаимодействия, поэтому мембранный потенциал называется концентрационно-электрохимическим.

Для поддержания ионной асимметрии электрохимического равновесия недостаточно. В клетке имеется другой механизм – натрий-калиевый насос.

В клеточной мембране имеется система переносчиков, каждый из которых связывает три иона Nа, которые находятся внутри клетки, и выводит их наружу. С наружной стороны переносчик связывается с двумя ионами К, находящимися вне клетки, и переносит их в цитоплазму. Энергия берется при расщеплении АТФ.

Работа натрий-калиевого насоса обеспечивает: высокую концентрацию ионов К внутри клетки, т. е. постоянную величину потенциала покоя; низкую концентрацию ионов Nа внутри клетки, т. е. сохраняет нормальную осмолярность и объем клетки, создает базу для генерации потенциала действия; стабильный концетрационный градиент ионов Nа, способствуя транспорту аминокислот и сахаров.