Поляризация клетки это

Гиперполяризация – Мое Здоровье

Поляризация клетки это

В любом учебнике, где есть раздел о нервной системе, можно посмотреть, как устроена нервная система, из каких отделов она состоит. Это объясняют и в учебниках по анатомии, и в учебниках по физиологии… Да и на этом сайте есть подобные материалы: смотри, например, раздел Спинной мозг.

Но вот как всё это работает?

Вот в чём главный вопрос!

фильм о работе нейрона демонстрирует внешние события, отражающие работу нейрона.

Хорошо известно, что для своей работы нервные клетки пользуются электричеством и обмениваются именно электрическими сигналами в виде нервных импульсов. И для начала неплохо было бы узнать, откуда нервные нервные клетки берут для этого электричество!

На этот вопрос – о возникновении электрических зарядов в нервных клетках  – даётся ответ в разделе: _1 Мембранный потенциал покоя

После того, как мы поняли, откуда на мембране берутся электрические потенциалы, можно попытаться понять, в чём же заключается работа нервных клеток. Как они пользуются этими электрическими потенциалами и электрически заряженными частицами – ионами?

Нервная система очень сложна. И нервные клетки, из которых она состоит, – это тоже непростые образования!

И всё же можно выделить самое главное в их работе. Мы попробуем разобраться, чем же они занимаются и что они делают главным образом.

Что умеют делать нервные клетки?

Говоря “нервные клетки”, обычно имеют в виду нейроны. И это несмотря на то, что к нервным клеткам относятся ещё и глиальные клетки, или глия (смотри: Нейроны и глия в гиппокампе), и клеточные сенсорные рецепторы. Но их всё же следует рассматривать отдельно. Так что мы тоже вслед за остальными будем называть именно нейроны “нервными клетками”, используя эти термины как синонимы.

Определение понятия “нейрон”

Нейрон с функциональной точки зрения — это электрохимический динамический преобразователь напряжения с пороговым принципом срабатывания, имеющий гетерохронные электрохимические входы и синхронные химические выходы, обладающие индивидуальной пластичностью. © 2016 Сазонов В.Ф.  © 2016 kineziolog.su.

Основные задачи нейрона

Если сформулировать задачи нейрона кратко и образно, то получится всего 3 главные задачи.

1. Восприятие возбуждения.

Происходит восприятие воздействия со стороны других нейронов или сенсорных рецепторов. Воздействие – это химический выброс медиаторов и их связывание с мембранными рецепторами нейрона. Нейрон должен воспринять подходящие (т.е. адекватные) для него химические сигналы (медиаторы) своими воспринимающими молекулярными мембранными рецепторами.

Как правило, эти рецепторы сосредоточены в воспринимающих отделах его синапсов – на постсинаптических (иногда их называют также субсинаптическими) участках мембраны. Воспринимающий отдел нейрона – дендриты с синапсами, а точнее – с постсинаптическими мембранами.

Результат восприятия возбуждения – возникновение на мембране воспринимающего нейрона локального электрического потенциала.

2. Проведение возбуждения.

Проведение возбуждения – это движение возбуждения от места его возникновения до места передачи, т.е. от пресинаптического окончания дендрита до постсинаптического окончания аксона.

Для этого требуется рождение нервного импульса на основе локального возбуждающего потенциала и движение этого нервного импульса по мембране нейрона до постсинаптического окончания аксона, где будет происходить химический выброс медиатора.

Таким образом, воздействие на нейрон происходит на одном его участке (обычно на пресинаптическом окончании дендрита), но за счёт проведения это возбуждение оказывается на другом конце нейрона – на окончаниях аксона.

3. Передача возбуждения.

Передача возбуждения – это химический выброс медиатора из окончаний аксона. За счёт выброса медиатора осуществляется воздействие со стороны одного нейрона на другой нейрон (или иные клетки).

Нейрон должен оказать химическое воздействие на свои мишени: это другие нейроны, мышечные клетки или железистые клетки. Для этого он выделяет химические управляющие вещества (медиаторы или модуляторы) из окончаний своего передающего отростка – аксона.

Передающие окончания заканчиваются пресинаптическими мембранами, через которые нейрон и выделяет свои управляющие вещества.

Итак, нейрон должен воспринимать химические воздействия на своей воспринимающей части, проводить возбуждение в виде нервного импульса и оказывать химическое воздействие своими управляющими веществами на свои мишени с помощью своей передающей части. Для связи между собой разных частей нейрона служат нервные импульсы, пробегающие от воспринимающей части нейрона (дендритных окончаний) к его передающей части (аксонным окончаниям).

Таким образом, нейрон должен выделять свои управляющие вещества в нужное время, в нужном месте, в нужном количестве и нужном качестве. И сам нейрон, в свою очередь, должен воспринимать управляющие воздействия, направленные на него. Если что-то из перечисленного не получится, то нужного воздействия от такого нейрона или вообще не будет, или оно будет не эффективным.

Нервные клетки имеют определённый набор ключевых реакций:

1. Формирование и поддержание мембранного потенциала покоя. Этим обеспечивается возбудимость нейронов.

2. Формирование локальных потенциалов. Этим обеспечивается подпороговое возбуждение нейронов.

3. Генерация потенциала действия и нервного импульса. Этим обеспечивается переход от аналогового к цифровому кодированию информации нейронами.

4. Секреция нейротрансмиттеров (медиаторой и модуляторов). Этим обеспечивается передача возбуждения на другие клетки.

5. Изменение своего внутриклеточного обмена и биосинтеза. Этим обеспечивается пластичность и адаптация нейронов.

6. Изменение своих клеточных структур и свойств. Этим обеспечивается пластичность нейронов.

7 Формирование новых структур, например, новых синапсов. Этим обеспечивается пластичность нервных связей.

8. Движение нервного импульса по мембране нейрона. Этим обеспечивается проведение возбуждения нейронами.

  1. Мембранный потенциал покоя, т.е. разность электрических потенциалов между внутренней и наружной сторонами мембраны, нейроны поддерживают на уровне в среднем -70 мВ и тратят на это до 75% всей своей энергии, полученной за счёт питания.

  2. Подпороговое изменение электрического состояния своей мембраны (локальный потенциал). Это проявляется в увеличении возбудимости или, наоборот, в уменьшении возбудимости (торможении).

  3. Деполяризация – это уменьшение электроотрицательности нервной клетки.

    Можно сказать, что электрический потенциал мембраны при этом “ползёт вверх”, в сторону нуля.

    Деполяризация означает возбуждение клетки, деполяризованная клетка – более возбудима, т.е. чувствительна к возбуждению.

    Как правило, деполяризацию и улучшение возбудимости нервной клетки производит входящий в неё натрий (положительно заряженные ионы натрия). Хочешь вызвать деполяризацию – впусти в клетку натрий!

    Важно отметить, что термин “деполяризация” означает именно утрату поляризации. При этом электрический заряд мембраны уменьшается и стремится к нулю. Клетка с “нулевым” зарядом не поляризована.

    Если же заряд становится вместо отрицательного положительным, то это тоже означает поляризацию клетки. Только уже положительную.

    К сожалению, частенько из учебников можно ошибочно сделать вывод, что деполяризация продолжается даже выше нуля, приобретая положительное значение. Это неверно!

    Гиперполяризация – это увеличение электроотрицательности нервной клетки.

    Термин “гиперполяризация” означает “сверхполяризацию”. При этом электрический заряд мембраны “ползёт вниз”, т.е. удаляется от нуля.

    Гиперполяризация означает торможение клетки, она становится менее возбудимой, т.е. слабо чувствительной к возбуждению.

    Как правило, гиперполяризацию можно вызвать двумя способами:

    1) запустить в нервную клетку отрицательно заряженные ионы хлора,

    2) выпустить из нервной клетки дополнительное количество положительно заряженных ионов калия.

    Хочешь вызвать гиперполяризацию и ухудшить возбудимость нервной клетки – запусти в неё хлор или выпусти из неё калий!

  4. Порождение нервного импульса (потенциала действия). Смотри: Потенциал действия и нервный импульс

  5. Когда деполяризация мембраны достигает определённого критического уровня, то происходит резкий скачок электрического напряжения от отрицательного к положительному и обратно к отрицательному. В этом процессе участвуют ионные каналы мембраны и перемещение ионов натрия и калия.

    Важно отметить, что после того как этот процесс начался в одном месте, он, как пожар, охватит всю мембрану нейрона и пробежит по всем его отросткам. Это и есть нервный импульс – распространяющееся возбуждение.

    Часто в качестве синонима для нервного импульса используют термин “потенциал действия”. Однако следует помнить, что понятие “потенциал действия” относится только к электрическому процессу, т.е.

    отражает лишь часть более общего понятия, такого как “нервный импульс”.

    Нервный импульс – это волна взаимосвязанных структурных, химических и электрических процессов, пробегающая по мембране нейрона.

    Потенциал действия – это резкое скачкообразное изменение электрического заряда мембраны с отрицательного на положительный и обратно на отрицательный.

  6. Выброс специального химического вещества, влияющего на состояние других нервных клеток. Эти вещества называются нейротрансмиттерами (нейромедиаторами и нейромодуляторами). Смотри: Медиаторы и модуляторы. Пожалуй, это и есть главная функция нейрона – выбрасывать управляющие вещества для воздействия на свои мишени.

  7. Изменение обмена веществ в данной клетке в ответ на полученный химический сигнал.

  8. Длительное изменение свойств этой клетки или её отдельных структур. Это очень важная способность живых структур, отличающая их от технических устройств! Нейроны могут видоизменять молекулы своих рабочих белков с помощью их фосфорилирования, т.е. присоединения к ним фосфорных остатков. А также могут синтезировать новые молекулярные рецепторы и встраивать их в свою мембрану.

    Это явление называется “пластическими перестройками”, а сама способность к таким перестройкам – “пластичность”. Именно пластичность нейронов и, в частности, пластичность синапсов, обеспечивает нервной системе такие важнейшие свойства, как память, научение, образование условных рефлексов.

  9. Важным свойством нейрона является его способность к формированию новых крупных структур в процессе жизнедеятельности. В отличие от механических устройств, нейроны выращивают себе новые отростки, образуют и удаляют шипики, формируют новые синаптические контакты. Эти способности нейронов также относятся к их свойству пластичности.
  10. Проведение возбуждения – это приём возбуждения на одном своём конце и передача его на другом. Именно это обычно считается наиболее важной функцией нейрона. Но, как мы с вами поняли, это было бы слишком просто!

   Проживая свою клеточную жизнь, нейроны постоянно поддерживают себя в электрически заряженном состоянии. Как они это делают, рассматривается нами в разделе: 2_1 Мембранный потенциал покоя. И при этом время от времени они изменяют свои заряды, а также время от времени делают выбросы биологически активных веществ – трансмиттеров (медиаторов и модуляторов).

Финал

Источник изображения: https://.com/doc183608877_438205454?hash=7699673c7e6de140a8&dl=511f143…

Итак, на фоне поддержания своего постоянного электрического заряда (потенциала покоя) нейроны претерпевают деполяризацию и гиперполяризацию, порождают нервные импульсы (потенциалы действия), выделяют нейротрансмиттеры (медиаторы и модуляторы), изменяют свой обмен веществ (метаболизм), или же на долгий срок изменяют свои свойства, используя свою способность к пластичности.

В этом и заключается их клеточная работа на благо всего организма.

А теперь я раскрою вам самую главную тайну о работе нейронов…

Если раньше считалось, что главная работа нейронов – это производство нервных импульсов, то теперь акценты сместились.

работа нейронов – это производство и выделение химических управляющих веществ – нейротрансмиттеров (медиаторов и модуляторов). Именно с помощью своих нейротрансмиттеров нейроны управляют друг другом и всем организмом!

А электрохимические нервные импульсы лишь согласуют эту химическую активность нейронов во времени.

Вот какую великую тайну работы нервных клеток вы постигли вместе со мной.

Источник: http://kineziolog.su/content/31-rabota-nervnykh-kletok

Источник: https://amhealh.ru/giperpolyarizaciya.html

Читать Нормальная физиология онлайн (полностью и бесплатно) страница 4

Поляризация клетки это

В 1949–1952 гг. А. Ходжкин, Э. Хаксли, Б. Катц создали со-временную мембранно-ионную теорию, согласно которой мембранный потенциал обусловлен не только концентрацией ионов калия, но и натрия и хлора, а также неодинаковой проницаемостью для этих ионов мембраны клетки.

Цитоплазма нервных и мышечных клеток содержит в 30 -50 раз больше ионов калия, в 8–10 раз меньше ионов натрия и в 50 раз меньше ионов хлора, чем внеклеточная жидкость. Проницаемость мембраны для ионов обусловлена ионными каналами, макромолекулами белка, пронизывающими липидный слой.

Одни каналы открыты постоянно, другие (потенциалозависимые) открываются и закрываются в ответ на изменения МП. Потенциалозависимые каналы подразделяются на натриевые, калиевые, кальциевые и хлорные.

В состоянии физиологического покоя мембрана нервных клеток в 25 раз более проницаема для ионов калия, чем для ионов натрия.

Таким образом, согласно обновленной мембранной теории асимметричное распределение ионов по обе стороны мембраны и связанное с этим создание и поддержание мембранного потенциала обусловлено как избирательной проницаемостью мембраны для различных ионов, так и их концентрацией по обе стороны от мембраны, а более точно величину мембранного потенциала можно рассчитать по формуле.

Поляризация мембраны в покое объясняется наличием открытых калиевых каналов и трансмембранным градиентом концентраций калия, что приводит к выходу части внутриклеточного калия в окружающую клетку среду, т. е. к появлению положительного заряда на наружной поверхности мембраны.

Органические анионы – крупномолекулярные соединения, для которых мембрана клетки непроницаема, создают на внутренней поверхности мембраны отрицательный заряд. Поэтому чем больше разница концентраций калия по обе стороны от мембраны, тем больше его выходит и тем выше значения МП.

Переход ионов калия и натрия через мембрану по их концентрационному градиенту в конечном итоге должен был бы привести к выравниванию концентрации этих ионов внутри клетки и в окружающей ее среде.

Но в живых клетках этого не происходит, так как в клеточной мембране имеются натрий-калиевые насосы, которые обеспечивают выведение из клетки ионов натрия и введение в нее ионов калия, работая с затратой энергии.

Они принимают и прямое участие в создании МП, так как за единицу времени ионов натрия выводится из клетки больше, чем вводится калия (в соотношении 3:2), что обеспечивает постоянный ток положительных ионов из клетки. То что выведение натрия зависит от наличия метаболической энергии, доказывается тем, что под действием динитрофенола, который блокирует метаболические процессы, выход натрия снижается примерно в 100 раз. Таким образом, возникновение и поддержание мембранного потенциала обусловлено избирательной проницаемостью мембраны клетки и работой натрий-калиевого насоса.

Изменения мембранного потенциала. Пороговые и подпороговые раздражители

Если раздражать нейрон через электрод, находящийся в цитоплазме, кратковременными импульсами деполяризующего электрического тока различной величины, то, регистрируя через другой электрод изменения мембранного потенциала, можно наблюдать следующие биоэлектрические реакции: электротонический потенциал, локальный ответ и потенциал действия (рис.1). Если наносятся раздражения, величина которых не превышает 0,5 величины порогового раздражения, то деполяризация мембраны наблюдается только во время действия раздражителя. Это пассивная электротоническая деполяризация (электротонический потенциал). Развитие и исчезновение электротонического потенциала происходит по экспоненте и определяется параметрами раздражающего тока, а также свойствами мембраны (ее сопротивлением и емкостью). Во время развития электротонического потенциала проницаемость мембраны для ионов практически не изменяется.

Локальный ответ.

При увеличении амплитуды подпороговых раздражений от 0,5 до 0,9 пороговой величины развитие деполяризации мембраны происходит не прямолинейно, а по S-образной кривой. Деполяризация продолжает нарастать и после прекращения раздражения, а затем сравнительно медленно исчезает. Этот процесс получил название локального ответа.

Локальный ответ имеет следующие свойства:

1. возникает при действии подпороговых раздражителей;

2. находится в градуальной зависимости от силы стимула (не подчиняется закону “все или ничего”); локализуется в месте действия раздражителя и не способен к распространению на большие расстояния;

3. может распространяться лишь локально, при этом его амплитуда быстро уменьшается;

4. локальные ответы способны суммироваться, что приводит к увеличению деполяризации мембраны. В период развития локального ответа возрастает поток ионов натрия в клетку, что повышает ее возбудимость.

Локальный ответ является экспериментальным феноменом, однако по перечисленным выше свойствам он близок к таким явлениям, как процесс местного нераспространяющегося возбуждения и возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП), который возникает под влиянием деполяризующего действия возбуждающих медиаторов.

Потенциал действия

Потенциал действия (ПД) возникает на мембранах возбудимых клеток под влиянием раздражителя пороговой или сверхпороговой величины, который увеличивает проницаемость мембраны для ионов натрия. Ионы натрия начинают входить внутрь клетки, что приводит к уменьшению величины мембранного потенциала – деполяризации мембраны.

При уменьшении МП до критического уровня деполяризации открываются потенциалозависимые каналы для натрия и проницаемость мембраны для этих ионов увеличивается в 500 раз (превышая проницаемость для ионов калия в 20 раз).

В результате проникновения ионов натрия в цитоплазму и их взаимодействия с анионами разность потенциалов на мембране исчезает, а затем происходит перезарядка клеточной мембраны (инверсия заряда, овершут) – внутренняя поверхность мембраны заряжается положительно по отношению к наружной (на 30 – 50 мВ), после чего закрываются натриевые каналы и открываются потенциалозависимые калиевые каналы. В результате выхода калия из клетки начинается процесс восстановления исходного уровня мембранного потенциала покоя – реполяризация мембраны. Если такое повышение проводимости для калия предотвратить введением тетраэтиламмония, который избирательно блокирует калиевые каналы, мембрана реполяризуется гораздо медленнее. Натриевые каналы можно блокировать тетродотоксином и разблокировать последующим введением фермента проназы, который расщепляет белки.

Таким образом, в основе возбуждения (генерации ПД) лежит повышение проводимости мембраны для натрия, вызываемое ее деполяризацией до порогового (критического) уровня.

В потенциале действия различают следующие фазы:

1. Предспайк – процесс медленной деполяризации мембраны до критического уровня деполяризации (местное возбуждение, локальный ответ).

2. Пиковый потенциал, или спайк, состоящий из восходящей части (деполяризация мембраны) и нисходящей части (реполяризация мембраны).

3. Отрицательный следовой потенциал – от критического уровня деполяризации до исходного уровня поляризации мембраны (следовая деполяризация).

4. Положительный следовой потенциал – увеличение мембранного потенциала и постепенное возвращение его к исходной величине (следовая гиперполяризация).

Изменения возбудимости при возбуждении

При развитии потенциала действия происходят фазные изменения возбудимости ткани (рис. 2). Состоянию исходной поляризации мембраны (мембранный потенциал покоя) соответствует нормальный уровень возбудимости. В период предспайка возбудимость ткани повышена.

Эта фаза возбудимости получила название повышенной возбудимости (первичной экзальтации). В это время мембранный потенциал приближается к критическому уровню деполяризации, поэтому дополнительный стимул, даже если он меньше порогового, может довести мембрану до критического уровня деполяризации.

В период развития спайка (пикового потенциала) идет лавинообразное поступление ионов натрия внутрь клетки, в результате чего происходит перезарядка мембраны и она утрачивает способность отвечать возбуждением на раздражители даже сверхпороговой силы.

Эта фаза возбудимости получила название абсолютной рефрактерности (абсолютной невозбудимости). Она длится до конца перезарядки мембраны и возникает в связи с тем, что натриевые каналы инактивируются.

После окончания фазы перезарядки мембраны возбудимость ее постепенно восстанавливается до исходного уровня – фаза относительной рефрактерности.

Она продолжается до восстановления заряда мембраны, достигая величины критического уровня деполяризации.

Так как в этот период мембранный потенциал покоя еще не восстановлен, то возбудимость ткани понижена и новое возбуждение может возникнуть только при действии сверхпорогового раздражителя.

Снижение возбудимости в фазу относительной рефрактерности связано с частичной инактивацией натриевых каналов и активацией калиевых. Периоду отрицательного следового потенциала соответствует повышенный уровень возбудимости (фаза вторичной экзальтации).

Так как мембранный потенциал в эту фазу ближе к критическому уровню деполяризации по сравнению с состоянием покоя (исходной поляризацией), то порог раздражения снижен и новое возбуждение может возникнуть при действии раздражителей подпороговой силы.

Источник: https://mir-knig.com/read_227109-4

Биоэлектрические явления в живых тканях. Потенциал покоя

Поляризация клетки это
Оглавление по разделу: «Лекции по нормальной физиологии»

При создании данной страницы использовалась лекция по соответствующей теме, составленная Кафедрой Нормальной физиологии БашГМУ

В 1949-1952 гг. Ходжкин, Хаксли и Катц модифицировали существовавшие ранее теории и экспериментально обосновали основные положения мембранно-ионной теории.

Согласно этой теории возникновение МП (мембранного потенциала) обусловлено:

  • Разной концентрацией ионов калия, натрия, кальция и хлора внутри клетки и во внеклеточной среде.
  • Разной проницаемостью мембраны клеток для этих ионов в покое и при возбуждении.

Состояние покоя — это такое состояние, когда отсутствует раздражающее действие на организм. Это состояние относительное, т.к. абсолютный покой не совместим с жизнью.

Деятельное состояние — это изменение состояния организма, возникающее под действием факторов внешней среды.

Раздражимость — это способность организма отвечать на действие раздражающих факторов изменением его структурных и функциональных свойств.

Возбудимость

Возбудимость — способность ткани отвечать на раздражение специализированной реакцией — возбуждением. Возбудимость является одной из форм раздражимости.

Возбудимыми тканями называются такие ткани, клетки которых способны в ответ на раздражение генерировать специфическую реакцию — возбуждение.

Возбуждение — это специализированная ответная реакция живого объекта на действие раздражителя, проявляющаяся в изменениях его определенных параметров.

К возбудимым тканям относятся:

  • нервная,
  • мышечная,
  • железистая.

Признаки возбуждения:

Общие признаки возбуждения (присущи всем возбудимым тканям):

  • Изменение уровня обменных процессов в тканях;
  • Выделение различных видов энергии — тепловой, электрической.

Специфические признаки возбуждения (характерны для определенного вида тканей):

  • Мышечная ткань — сокращение,
  • Железистая — выделение секрета,
  • Нервная — генерация и проведение нервного импульса.

Невозбудимыми являются:

  • эпителиальная,
  • соединительная ткани.

Минуточку внимания! На сайте работает «Ночная тема». Нажмите на в меню сайта, чтобы перейти на темную цветовую схему.

Физиологические свойства возбудимых тканей

Основными свойствами всех возбудимых тканей являются:

  • возбудимость,
  • проводимость,
  • лабильность.

Лабильность (функциональная подвижность) — это способность ткани реагировать на различные воздействия с определенной скоростью, то есть способность воспроизводить определенную частоту раздражения.

Мерой лабильности является наибольшее число ответных реакций, которыми возбудимая ткань способна реагировать за единицу времени в соответствии с частотой приложенных к ней раздражений.

Проводимость — это способность ткани и клетки передавать возбуждение.

Раздражение — это процесс воздействия на живую ткань агентов внешней по отношению к этой ткани среды.

Раздражитель — это причина, способная вызвать ответную реакцию.

Классификация раздражителей

По природе:

  • физические,
  • химические,
  • физико-химические,
  • биологические.

По биологическому значению раздражители делятся на 2 группы:

  • Адекватные — раздражители, к воздействию которых ткани в процессе эволюции приспособлены в наибольшей степени.
  • Неадекватные — раздражители, к воздействию которых возбудимые ткани специально не приспособлены.

Состав плазматической мембраны

  • Липиды (в основном фосфолипиды),
  • Белки (гликопротеины),
  • Углеводы (мукополисахариды).

Липиды очень плотно упакованы в мембране, между ними нет практически никаких расстояний, поэтому мембрана плохо пропускает воду, практически непроницаема для ионов и других крупных молекул.

Белковые молекулы могут быть погружены в слой липидов с внеклеточной или с цитоплазматической стороны, либо могут целиком пронизывать мембрану.

Если белки прикреплены к поверхности мембраны, их называют периферическими. С внутренней стороны это будут белки-ферменты, а с наружной — белки-рецепторы.

Если белки пронизывают всю толщу мембраны клеток, то их называют интегральными или трансмембранными.

Такие белки образуют структуры, обеспечивающие движение ионов через мембрану.

Если белки образуют стенки поры, сквозь которую путем простой диффузии проходят ионы, то это ионные каналы.

Если трансмембранные белки перекачивают ионы против концентрационного и электрического градиентов, то это ионные насосы.

Все каналы, имеющиеся в живых тканях, можно разделить на 2 типа:

  • первый тип — каналы покоя, которые спонтанно открываются и закрываются без всяких внешних воздействий;
  • второй тип — gate-каналы (воротные каналы) — в покое они закрыты и открываются под действием раздражителей.

Ионные каналы:

  • неспецифические (каналы утечки, всегда открыты),
  • специфические (селективные), обладающие способностью пропускать только определенные ионы при изменении заряда на мембране или действии химических веществ.

Транспорт веществ

Транспорт частиц через каналы является жизненно важным для клеток процессом.

Обычно транспорт веществ делят на пассивный (без затраты энергии), т.е. транспорт веществ по концентрационному, осмотическому и электрохимическому градиентам и активный (с затратой энергии).

Различают первично- и вторично-активный транспорт

Первично-активный транспорт ионов обеспечивается специальными ионными насосами, осуществляется с затратой энергии АТФ, против концентрационного градиента, т.е. перенос веществ происходит из меньшей концентрации через мембрану в большую концентрацию.

Вторично-активный транспорт:

  • Это вид транспорта для переноса веществ (глюкозы, аминокислот и др.) через мембрану также против градиента, но без затраты энергии.
  • Эти вещества проходят через мембрану с помощью специальных переносчиков (напр. ионов Na), на транспорт которых и затрачивается энергия, а эти вещества движутся как бы попутно.

Мембранный потенциал или потенциал покоя

В состоянии покоя между наружной и внутренней поверхностью мембраны возникает разность зарядов или потенциалов, которая в дальнейшем была названа мембранным потенциалом (МП) или потенциалом покоя (ПП).

Положительные заряды концентрируются на наружной поверхности мембраны, а отрицательные заряды — на внутренней поверхности.

Мембранный потенциал измеряется в отрицательных значениях, т.к. внутренняя поверхность мембраны заряжена отрицательно. Его величина колеблется от -60 до -90 мВ у разных клеток.

Методы измерения мембранного потенциала

В зависимости от места приложения электродов:

  • внеклеточный с помощью макроэлектродов,
  • внутриклеточный с помощью микроэлектродов.

1. Исследование ПП с помощью макроэлектродов осуществляют, прикладывая один из них к неповрежденному, а другой — к поврежденному участку ткани.

2. Микроэлетродный метод

Микроэлектрод представляет собой микропипетку диаметром 0,5 — 1 мкм, наполненную концентрированным солевым раствором (KCl). Внутри него может также находится неполяризующийся электрод — из серебра, золота или платины.

Второй электрод помещается во внеклеточную жидкость.

Оба электрода присоединяются к усилителю и осциллографу для регистрации потенциала. В момент прокалывания мембраны, осциллограф регистрирует появление отрицательного потенциала, соответствующего ПП.

1-ая причина — ионная асимметрия:

  • Ионов K находится в клетке в 30-50 раз больше, чем снаружи;
  • Ионов Na больше находится вне клетки, чем внутри нее в 8-10 раз;
  • Ионов Ca во много раз больше вне клетки;
  • Ионов Cl также больше во внеклеточной жидкости, чем внутри клетки в 50 раз;
  • Внутри клетки находится больше органических анионов по сравнению с наружной поверхностью.

Таким образом, для этих ионов направление концентрационного градиента различно!

  • Для K из клетки (из большей концентрации к меньшей);
  • Для Na, Ca и Cl в клетку.

2-ая причина, обуславливающая поляризацию мембраны:

  • различная проницаемость мембраны для различных ионов. В состоянии покоя мембрана в 25 раз более проницаема для ионов K, чем для Na, т.к. количество калиевых каналов на единицу площади мембраны намного больше, чем натриевых.
  • Поскольку концентрация ионов K в цитоплазме намного выше, чем снаружи клетки, они начинают двигаться через канал и выходят из клетки.
  • Ионы K несут положительные заряды, поэтому мембрана снаружи заряжается положительно.

Отрицательный заряд на внутренней поверхности мембраны обусловлен наличием органических анионов — крупномолекулярных соединений, которые заряжены отрицательно, и для которых мембрана непроницаема (глютамат, аспартат, органические фосфаты, сульфаты и др.)

Таким образов, на мембране формируется калиево-равновесный потенциал, т.к. уравновешиваются силы диффузии (выход K из клетки по градиенту концентрации) и электростатического взаимодействия (отталкивание выходящих ионов K положительным зарядом на наружной поверхности мембраны).

Калий является основным ионом, обеспечивающим формирование МП (ПП), что подтверждается формулой Нернста. По ней можно, зная концентрацию онов калия внутри и снаружи клетки, подсчитать величину ПП.

Натрий-калиевый насос или помпа

Для непрерывного активного переноса ионов Na и ионов K через мембрану клетки против концентрационного градиента существует Na-Л обменный насос. При каждом цикле он переносит 3 иона Na наружу и 2 иона K внутрь клетки.

Таким образом, МП представляет собой разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью мембраны клетки. Он является результатом разделения зарядов относительно клеточной мембраны, которое возникает за счет движения заряженных ионов (натрия и, преимущественно, калия) по концентрационным градиентам через ионные каналы, открытые в покое и за счет работы Na-K насоса.

Разделы с похожими страницами

Источник: https://medfsh.ru/teoriya/teoriya-po-normalnoy-fiziologii/lektsii-po-normalnoj-fiziologii/bioelektricheskie-yavleniya-v-zhivyh-tkanyah-potentsial-pokoya

Клеточная мембрана | Во всем виноват Эйнштейн..

Поляризация клетки это

Во множестве статей о воде упоминается отрицательные значения ОВП внутренних жидкостей организма и энергия клеточных мембран (жизненная энергия организма).

Попытаемся разобраться о чём собственно речь и понять смысл этих утверждений с научно-популярной точки зрения.

Многие понятия и описания будут даны в сокращённом виде, а более полную информацию можно получить в Википедии или по ссылкам указанным в конце статьи.

Клеточная мембрана

(Или цитолемма, или плазмалемма, или плазматическая мембрана) отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая её целостность; регулируют обмен между клеткой и внешней средой.

Клеточная мембрана настолько избирательна, что без её разрешения ни одно вещество из внешней среды не сможет даже случайно проникнуть в клетку. В клетке нет ни единой бесполезной, ненужной молекулы.

Выходы из клетки также тщательно контролируются. Работа клеточной мембраны является существенной и не допускает даже малейшей ошибки.

Внедрение вредного химического вещества в клетку, снабжение или выделение веществ в избыточном количестве или сбой выделения отходов приводит к гибели клетки.

Свободные радикалы атакуют

Барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой.

Избирательная проницаемость означает, что проницаемость мембраны для различных атомов или молекул зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств.

Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и клеточных компартментов от окружающей среды и снабжение их необходимыми веществами.

Избирательная проницаемость мембраны при пассивном транспорте обусловлена специальными каналами — интегральными белками. Они пронизывают мембрану насквозь, образовывая своего рода проход.

Для элементов K, Na и Cl есть свои каналы. Относительно градиента концентрации молекулы этих элементов движутся в клетку и из неё.

При раздражении каналы натриевых ионов раскрываются, и происходит резкое поступление в клетку ионов натрия. При этом происходит дисбаланс мембранного потенциала. После чего мембранный потенциал восстанавливается.

Каналы калия всегда открыты, через них в клетку медленно попадают ионы калия.

Транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. Транспорт через мембраны обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке оптимального pH и концентрации ионов, которые нужны для работы клеточных ферментов.

Существует четыре основных механизма для поступления веществ в клетку или вывода их из клетки наружу: диффузия, осмос, активный транспорт и экзо- или эндоцитоз. Два первых процесса носят пассивный характер, то есть не требуют затрат энергии; два последних — активные процессы, связанные с потреблением энергии.

При пассивном транспорте вещества пересекают липидный бислой без затрат энергии по градиенту концентрации путем диффузии.

Активный транспорт требует затрат энергии, так как происходит против градиента концентрации. На мембране существуют специальные белки-насосы, в том числе АТФаза, которая активно вкачивает в клетку ионы калия (K+) и выкачивают из неё ионы натрия (Na+).

Осуществление генерации и проведения биопотенциалов. С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, так как это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерацию нервного импульса.

Маркировка клетки — на мембране есть антигены, действующие как маркеры — «ярлыки», позволяющие опознать клетку. Это гликопротеины (то есть белки с присоединенными к ним разветвленными олигосахаридными боковыми цепями), играющие роль «антенн».

Из-за бесчисленного множества конфигурации боковых цепей возможно сделать для каждого типа клеток свой особый маркер. С помощью маркеров клетки могут распознавать другие клетки и действовать согласованно с ними, например, при формировании органов и тканей.

Это же позволяет иммунной системе распознавать чужеродные антигены.

Выводы

1. ОВП внутриклеточной жидкости действительно имеет отрицательный заряд

2. Энергия клеточных мембран имеет отношение к скорости передаче нервного сигнала и мнение о «подзарядке» внутриклеточной жидкости водой с ещё более отрицательным ОВП кажется мне сомнительным. Однако, если предположить что по пути до клетки вода изрядно потеряет ОВП-потенциал, то у сего утверждения появляется вполне практический смысл.

3. Нарушение работы мембраны вследствие неблагоприятной среды приводит к гибели клетки

http://www.origins.org.ua/page.php?id_story=687
http://subscribe.ru/archive/science.health.foods/200507/06070504.html

Источник: http://www.koshcheev.ru/2012/04/01/kletochnaya-membrana/

Вылечим любую болезнь
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: