Биологические мембраны - А. Н. Огурцов 2012

Электрогенез биомембран
Механизмы генерации потенциала действия
Генерация нервного импульса

Na⁺/K⁺-АТФазы плазматической мембраны клетки создают физиологическую высокую концентрацию К⁺ и низкую концентрацию Na⁺ в цитозоле клетки по отношению к внеклеточной среде. Перемещение ионов К по градиенту концентрации через калиевые каналы создаёт потенциал покоя на плазматической мембране (рисунок 126).

Если бы ионы натрия свободно проходили через натриевые каналы, то создаваемый ими мембранный потенциал компенсировал бы потенциал, создаваемый ионами калия (рисунок 90).

Рисунок 126 - Состояние ионных каналов плазматической мембраны в состоянии покоя

Однако большинство натриевых каналов плазматической мембраны закрыто, когда клетка покоится, поэтому энергетически выгодного (рисунок 102) перемещения Na⁺ внутрь клетки практически не происходит.

Если открыть много натриевых каналов, так, что суммарный поток ионов Na⁺ будет больше потока ионов К⁺ через открытые калиевые каналы в плазматической мембране, то в результате в клетку будет входить больше катионов, чем выходить, и цитозоль из отрицательно заряженного (в состоянии покоя) перезарядится и станет положительно заряженным относительно внеклеточной среды (рисунок 127).

Отрицательный заряд на экзоплазматической стороне мембраны в зоне деполяризации обеспечивается нескомпенсированными ионами Сl-, которые остаются снаружи клетки.

Рисунок 127 - Деполяризация мембраны при открытых натриевых каналах

Амплитуда мембранного потенциала при деполяризации близка к значению равновесного потенциала для ионов Na⁺, рассчитанному по уравнению Нернста.

Цикл мембранной деполяризации, реполяризации, гиперполяризации и возврата к потенциалу покоя длится 1-2 миллисекунды и для типичных нейронов может происходить сотни раз в секунду (рисунок 124).

Эти циклические изменения мембранного потенциала являются результатом поочерёдного открытия и закрытия сначала потенциалочувствительных натриевых каналов, а потом потенциалочувствительных калиевых каналов.