18.8: Мембранный потенциал покоя

Обзор

Относительная разница в электрическом заряде, или напряжении, между внутренней и внешней стороной клеточной мембраны, называется мембранным потенциалом. Он генерируется различиями в проницаемости мембраны к различным ионам и концентрациями этих ионов по всей мембране.

Внутренняя часть нейрона более негативна

Мембранный потенциал клетки можно измерить путем вставки микроэлектрода в клетку и сравнения заряда со эталонным электродом во внеклеточной жидкости. Мембранный потенциал нейрона в покое, то есть нейрон в настоящее время не получает или отправки сообщений является отрицательным, как правило, около -70 милливольт (мВ). Это называется потенциалом оболочек отдыха. Отрицательное значение указывает на то, что внутренняя часть мембраны относительно более отрицательна, чем внешняя , она поляризована. Потенциальный отдых является результатом двух основных факторов: селективной проницаемости мембраны и различий в концентрации ионов внутри клетки по сравнению с внешними.

Проницаемость мембраны

Клеточные мембраны избирательно проницаемы, потому что большинство ионов и молекул не могут пересечь липидный двуслой без посторонней помощи, часто из белков ионных каналов, которые охватывают мембрану. Это потому, что заряженные ионы не могут рассеиваться через незаряженный гидрофобный интерьер мембран. Наиболее распространенными внутриклеточными ионами, найденными в нервной^ткани,являются калий (K ), натрий^(Na),хлорид (Cl^-) и кальций (Ca²). Когда нейрон находится в покое, калий^(K) каналы являются основным типом ионового канала, который является открытым, что позволяет^K и мигрировать через мембрану. Эта проницаемость, вместе с большими внутриклеточными концентрациями, делают потенциал мембраны отдыха нейрона определяемым главным образом движением^K.

Насосы создают градиенты концентрации

Различия в концентрации ионов между внутри и снаружи нейронов в первую очередь из-за^{активности} натрия калия^(Naq /^K) насос-трансмембрановый белок, который непрерывно насосы три Na ионов из^клетки на каждые два K ионов он насосов дюйма Это устанавливает градиенты концентрации, с более высокой^{концентрацией} ионов Na и вне нейронов и более высокой^{концентрацией ионов} K и внутри.

Так как мембрана в первую⁺ очередь проницаема для K - в покое- из-за⁺ открытых каналов K -^K может диффузии вниз его градиент концентрации в область более низкой концентрации, из клетки. Эти положительные заряды, покидающие клетку, в сочетании с тем, что Есть много отрицательно заряженных белков внутри клетки, вызывает внутри, чтобы быть относительно более негативным.

В конце концов,⁺ внешняя диффузия К уравновешивается электростатическим отталкиванием положительных зарядов, накапливающихся за пределами клетки, и электрохимическим равновесием. Чистым эффектом является наблюдаемый отрицательный потенциал отдыха. Потенциал отдыха очень важен в нервной системе, потому что изменения в мембранном потенциале, такие как потенциал действия, являются основой для нейронной сигнализации.

Остерегайтесь рыбы Фуго

Рыбы Фуго (Pufferfish) не часто встречаются во многих меню морепродуктов за пределами Японии, отчасти потому, что они содержат мощный нейротоксин. Тетродотоксин (TTX) является очень селективным напряжением закрытого натрия блокатор канала, который является смертельным в минимальных дозах. Средняя смертельная доза (LD50) для мышей составляет 334 мкг/кг, по сравнению с 8,5 мг/кг для цианида калия. Он также служил в качестве важного инструмента в неврологии исследований. Токсин блокирует поток Na в^{клетку,} когда канал открывается. Это, таким образом, нарушает потенциал действия, но не потенциал оболочек отдыха, и может быть использован для молчания нейронной активности. Механизм его действия был продемонстрирован Тосио Нарахаси и Джоном У. Муром в Университете Дьюка, работающими над гигантским аксоном омаров в 1964 году.

Потенциал покоя мембраны разница в электрическом потенциале между внутренней и внешней стороной мембраны клетки нейронов в состоянии покоя, когда они не стимулируются. Обычно значение составляет около 70 милливольт, это означает, что внутри он более негативен. Мембраны клетки избирательно проницаемы, потому что большинство ионов и молекул не могут пассивно рассеиваться сквозь них.

Они часто требуют трансмембранные белки, такие как ионно-канальные, которые позволили бы им пройти насквозь. Когда нейрон находится в состоянии покоя, калиевые каналы являются основным типом открытых ионных каналов. Ещё один трансмембранный белок, натриево-калиевый насос, использует энергию для непрерывного перемещения натрия из клетки, и калия внутрь.

Это действие создаёт градиент концентрации с более высокой концентрацией калия внутри, чем снаружи. Сила диффузии затем заставляет ионы калия двигаться по градиенту концентрации через открытые калиевые каналы, из клетки. Движение этих положительных ионов наружу, в сочетании с отрицательно заряженными белками внутри клетки, создаёт отрицательный заряд внутри мембраны;отрицательный потенциал, когда нейрон находится в состоянии покоя.