Мембранный потенциал

Если мембрана, проницаема, например, только для ионов М⁺, разделяет два раствора МХ различной концентрации, то часть ионов М⁺ будет диффундировать через эту мембрану из раствора с большей концентрацией в раствор с меньшей. В результате в первом растворе возникает некоторый избыток отрицательных зарядов, а во втором – положительных. Таким образом, возникает электрохимическая разность потенциалов между растворами, разделенными мембраной, которую наз. мембранным потенциалом (j_мембр.).

Электрические потенциалы устанавливаются и на клеточных мембранах различного типа. Для отдельного проникающего иона Х разность потенциалов на мембране может быть рассчитана по уравнению Нернста:

Если имеются два проникающих иона, Na⁺ и K⁺, то мембранный потенциал определяется по уравнению Гольдмана:

где n = 1 и Р – проницаемость мембраны для иона.

Мембраны нервных клеток в покоящемся (невозбужденном состоянии примерно в 100 раз более проницаемы для ионов K⁺, чем для ионов Na⁺. Величина мембранного потенциала при 37⁰С составляет:

Е_мембр. = – 75 мВ.

Это означает, что между внутренней и внешней сторонами клеточной стенки имеется разность потенциалов, равная – 75 мВ.

Схема образования трансмембранного потенциала. Прямыми стрелками указан активный транспорт ионов, изогнутыми – обычная диффузия.

Если нервную клетку возбуждать (электрически, химически или механически), то клеточная мембрана становится более проницаемой для ионов Na⁺, чем для К⁺ (Р_Na /P_K = 12). При этом ионы натрия движутся внутрь клетки, что приводит к изменению мембранного потенциала:

Е_мембр. = 50 мВ.

Таким образом, в течение весьма короткого интервала времени (~10^-4 с) мембранный потенциал меняется от – 75 до + 50 мВ. Обращение знака заряда при движении ионов Na⁺ внутри клетки деполяризует мембрану. Непосредственно после этого изменения мембрана вновь становится проницаемой для ионов К⁺ и непроницаемой для ионов Na⁺. Повышение и падения мембранного потенциала наз. потенциалом действия. Схему образования потенциала действия и распространение нервного импульса вдоль аксона можно пояснить следующим рисунком:

В зависимости от длины аксона и других факторов типичная скорость, с которой происходит передача потенциала действия, составляет 30-150 м/с. Как только потенциал действия удаляется от точки возбуждения клетки, мембрана в этой точке вновь готова для возбуждения.

Дата добавления: 2014-11-16