Разность во внутренней и наружной концентрации ионов калия
Для того чтобы внутренняя концентрация ионов калия в 30 раз превышала их наружную концентрацию, понадобилось бы, чтобы разность потенциалов между отрицательно заряженным содержимым клетки и окружающей средой равнялась примерно 90 милливольт. Однако в действительности эта разность потенциалов составляет всего лишь 70 милливольт — следовательно, недостает 20 милливольт. Приходится предположить, что для достижения и поддержания тридцатикратной разности концентраций необходим какой-то дополнительный механизм «накачивания» ионов калия в клетку со скоростью, равной скорости их свободной диффузии наружу1.
Ионы натрия клетке приходится выкачивать против гораздо большего градиента потенциала — 130 милливольт, который слагается из 70 милливольт (внутренний отрицательный потенциал) и 60 милливольт (потенциал равновесия для ионов натрия) (смотрите рисунки ниже).
Ионный состав раствора внутри нервной клетки и вне ее
Ионный состав раствора внутри нервной клетки и вне ее далеко не одинаков. «Потенциал равновесия»— это разность потенциалов, которая должна была бы существовать по обе стороны мембраны нервной клетки для поддержания наблюдаемой разницы в концентрации ионов каждого типа. На самом деле разность потенциалов составляет около 70 милливольт, причем внутри клетка заряжена отрицательно. При такой разности потенциалов ионы хлора диффундируют в клетку и наружу с одинаковой скоростью; однако для поддержания необходимой клетке концентрации натрия и калия необходим дополнительный механизм (смотрите рисунок ниже).
Действие метаболического насоса
Объяснить наблюдаемые концентрации ионов калия и натрия по обе стороны мембраны нервной клетки можно действием метаболического насоса. Поскольку внутренний отрицательный потенциал на 20 милливольт меньше потенциала равновесия для ионов калия, должна была бы происходить утечка ионов калия из клетки. Однако этого не происходит благодаря действию насоса. Для ионов натрия разность потенциалов по обе стороны мембраны равна 130 милливольт; они должны двигаться в обратном направлении, поэтому здесь необходим очень мощный насос. Ионы хлора находятся в равновесии.
В отсутствие такого насоса соотношение концентраций ионов по обе стороны клеточной мембраны было бы почти обратным существующему.
В своих классических работах по изучению передачи нервных импульсов в гигантском аксоне кальмара А. Ходжкин, А. Хаксли и Б. Катц установили, что распространение импульса сопровождается резкими изменениями в проницаемости мембраны аксона.
1 А .Соломон, Насосы живой клетки, сб. «Структура и функции клетки», М., «Мир», 1964.
«Молекулы и клетки», под ред. Г.М.Франка
Читайте далее:
- Объяснения некоторых типов торможения
- Способность синапсов изменять ионную проницаемость
- Деполяризующие потенциалы
- Условия для отсутствия ВПСП
- Возникновение нервного импульса в мембране
- Опыт раздражения нерва содержащего толстые волокна, идущие от рецептора растяжения
- Тормозные синапсы
- Генерирование ТПСП
- Возникновение проницаемости мембраны для ионов калия
- Скорость распространения нервных импульсов
- Изучение нервной клетки
- Введение пипетки в нервную клетку с токопроводящей жидкостью
