pompe de ioni și gradienților transmembranar de ioni

potențialul de membrană al celulelor excitabile (neuroni, cardiomiocite) in stare neexcitată - potențial Resting. Aceasta reprezintă o diferență de potențial electric, existent pe fețele interioare și exterioare ale membranei și este în sânge cald -55--100 mV [1]. In neuroni si fibrele nervoase de obicei -70 mV.

Se produce datorită difuziei ionilor de clor încărcate negativ din mediul înconjurător în citoplasmă celulei în procesul de stabilire a un acizi organici ravnovesiya.Aniony osmotice, neutralizarea taxa ionilor de potasiu în citoplasmă nu poate ieși din celulă, dar ionii de clor, a cărui concentrație în citoplasmă este mică în comparație cu mediul difuzează în citoplasmă, atâta timp cât acestea creează o sarcină electrică începe să echilibreze gradientul concentrația lor în membrana celulară.

Pentru membrana o diferență de potențial este menținută, este necesar ca a existat o diferență în concentrație de diverși ioni în interiorul și în afara celulei.

Utilizați ecuația Nernst se poate calcula potențialul de echilibru transmembranar pentru K +. care determină valoarea PP. Dar nu odihnindu valoare potențială coincide cu EK +, deoarece implică, de asemenea, crearea de ioni de sodiu și de clorură, sau mai degrabă, potențialul lor de echilibru.

Sa demonstrat ulterior că principala contribuție la potențialul de repaus face curent exterior de potasiu, care se realizează prin intermediul proteinelor specifice Canale - canale de potasiu DC. In repaos, canalele de potasiu deschise, și canalele de sodiu sunt închise. ioni de potasiu din celule prin gradientul concentrației, creând pe partea exterioară a excesului membranei sarcinilor pozitive; în care sarcinile negative rămân pe partea interioară a membranei. Unele (mici) contribuie la stabilirea potențialului de odihnă face, de asemenea, activitatea așa-numita „pompă de potasiu-sodiu“, care este formată dintr-o enzimă specială cu membrana - ATPaza de sodiu și potasiu.

-70 mV - potențial în majoritatea neuronilor din ordinul de -60 mV în repaus. In celulele de tesut non-excitabile pe membrana are, de asemenea, o diferență de potențial este diferit pentru diferite celule și țesuturi de organisme.

Formarea potențialului de repaus

PP este format în două etape.

Primul pas: crearea minor (-10 mV) negativitatea din interiorul celulei datorită asimetrice inegale de schimb Na + K + într-un raport de 3. 2. Ca rezultat, celula paraseste tarifele mai pozitive cu sodiu decât este returnat cu potasiu. Această caracteristică funcționează pompa de sodiu-potasiu, care efectuează schimbul de ioni printr-o membrană cu costurile de energie ATP, acesta oferă electrogen.

Rezultatele activității de membrane pompe schimbatoare de ioni, în prima etapă de generare a PP sunt după cum urmează:

1. ioni Deficienta de sodiu (Na +) în celulă.

2. Un exces de ioni de potasiu (K +), în celulă.

3. Apariția potențialului electric de membrană slab (-10 mV).

Al doilea pas: crearea unui (-60 mV) negativitatea semnificativă în interiorul celulei datorită scurgerilor din ea prin ionii de membrana K +. ionii K + potasiu părăsesc celula și să scoată din el sarcini pozitive, aducând negativ la -70 mV.

Astfel, potențialul de repaus al membranei - o deficiență a sarcinilor electrice pozitive din interiorul celulei care rezultă ca urmare a scurgerii de potasiu ionilor l acțiune pozitivă și pompa de sodiu-potasiu electrogen.

pompe de ioni (pompa) - proteine ​​integrale care asigură transportul activ al ionilor împotriva unui gradient de concentrație. transportul de energie este energia de hidroliza ATP. Distinge Na + / K + pompa (evacueaza din celulă în schimbul Na + de K +), Ca ++ pompă (pompe de celule Ca ++), pompa CI- (evacueaza celule de Cl -).

Ca rezultat al pompelor de ioni sunt create și menținute de gradiente ionice transmembranare: • concentrația Na +, Ca ++, Cl - in interiorul celulei este mai mică decât în ​​afara (în fluidul intercelulară); • K + concentratie in interiorul celulelor este mai mare decât în ​​afara.

canale ionice

Canalele de ioni - proteine ​​integrale care asigură transportul pasiv al ionilor pe un gradient de concentrație. transportul energiei este diferența în concentrațiile de ioni de pe ambele părți ale membranei (gradient ionic transmembranar).

canale non-selective au următoarele proprietăți: • a trecut toate tipurile de ioni, dar permeabilitatea pentru K + ioni este considerabil mai mare decât în ​​cazul altor ioni; • sunt întotdeauna deschise.

Canale selective au următoarele proprietăți: • permite doar un singur tip de ioni; pentru fiecare tip de canale de ioni are propria sa natură; • poate fi într-una din cele 3 stări: închis, activat, inactivat.

permeabilitate selectivă este asigurată filtru selectiv canal selectiv, care este format dintr-un inel de atomi de oxigen încărcate negativ, care este situată în partea cea mai îngustă a canalului.

stare de canal este prevăzut mecanismul de funcționare schimbare gating, care conține cele două molecule de proteine. Aceste molecule de proteine, așa-numita activare inaktivatsionnye porți și porți, schimbarea conformației sale se pot suprapune canalului ionic.

In repaos, poarta de activare este închisă, inaktivatsionnye poarta deschisă (canal închis) (fig. 3). Acțiunea asupra semnalului deschis poarta de activare a sistemului portal și începe transportul ionilor prin canalul (canalul este activat). Atunci când o depolarizare semnificativă a membranei celulare poarta inaktivatsionnye se închide și se oprește transportul ionilor (canal inactivat). La restaurarea nivelul canalului MP revine la starea sa inițială (închis).

Mecanismul de formare a potențialului de repaus

Odihnindu potențialului de membrană este formată în principal din cauza ieșirea din K + din celule, prin canale ionice non-selective. Scurgerea de celule încărcate pozitiv ioni conduce la faptul că suprafața interioară a membranei celulare este încărcată negativ în ceea ce privește exterior.

Potențialul de membrană care rezultă din scurgerile de K +. numit „potențial de potasiu echilibru“ (CE). Acesta poate fi calculat în Nernst aliniere

în care R - este constanta universală a gazelor, T - temperatura (Kelvin), F - numărul lui Faraday [K +] nar - K + ion concentrație în afara celulei, [K +] ext - concentrația K + ioni in interiorul celulelor.

PP, de regulă, este foarte aproape de ER, dar nu exact egală cu ea. Această diferență se explică prin faptul că contribuția sa la formarea PP face:

• livrarea în celulă și Na + Cl- prin canale ionice neselectivi; in care livrarea in celula Cl- mai departe membrana hyperpolarizes și livrare Na + - l depolarizează în continuare; acești ioni contribuie la formarea de PP este scăzut, deoarece canalele de permeabilitate non-selective pentru Na + și Cl- 2,5 și de 25 de ori mai mici decât pentru K +;

• efect direct Na + electrogen / K + pompa de ioni care rezultă când pompa de ioni funcționează asimetrici (numărul transportat în celula K + ioni nu este egal cu numărul de ioni de Na + duseseră de celulă).

Acțiunea slabi (subthreshold) impulsurile de curent electric din celula dezvoltă electrotonically potențial. Electrotonically potențial (VC) - deplasare a potențialului membranei celulare cauzate de un curent electric constant. Celulele ES au un răspuns pasiv la un stimul electric; starea canalului ionic și transportul ionilor nu este schimbat. EP nu manifestă reacțiile fiziologice ale celulei. Prin urmare, EP nu este excitat.

Acțiunea de deplasare curent subliminală mai puternică are loc pe un MP prelungit - răspuns otvet.Lokalny local (N) - celule de raspuns activ la stimuli electrici, cu toate acestea, starea canalelor de ioni și ionii de transport schimbând astfel ușor. LO nu manifestă reacția celulară fiziologică observabil. LO numit excitație locală. deoarece nu se extinde de excitare a membranelor celulelor excitabile.

Pragul de acțiune și curent suprathreshold dezvoltat în potențialul de acțiune a celulelor (AP). PD este caracterizat prin aceea că valoarea celulelor MP scade foarte rapid la 0 (depolarizare), iar apoi potențialul de membrană devine o valoare pozitivă (+ 20 ... + 30 mV), m. E. Partea interioară a membranei este încărcată pozitiv în raport cu exteriorul. Apoi, valoarea MP revine rapid la nivelul inițial. depolarizare puternică a membranei celulare în timpul PD conduce la dezvoltarea unor manifestări de excitație fiziologică (contracție, secreție, și altele.). PD numit de excitație răspândire. pentru că, după ce a apărut într-o regiune a membranei, se răspândește rapid în toate direcțiile.

Mecanismul de dezvoltare a PD este, practic, aceeași pentru toate celulele excitabile. Mecanismul de cuplare electrică și manifestări fiziologice ale excitației variază pentru diferite tipuri de celule excitabile (pereche de excitație și contracție pereche de excitație și secreție).