Окружающая среда. Равновесное (безжизненное) состояние

Функции клеточной мембраны:

1. Барьерная
Вредное воздействие

2. Управление обменом веществ
Ненужное
Нужное

3. Генерация электрических сигналов

Молекула липида:
← гидрофильная головка
← гидрофобные хвосты
Амфифильность (дифильность) свойств
молекул фосфолипида

«Сэндвич» - модель строения мембран
Поверхностные белки
Поверхностные белки

Жидкомозаичная модель строения мембран
Липидная матрица + различно погруженные белки
Поверхностный
Погруженный
П/погруженный
«Ионный
канал»

Пассивный транспорт веществ через мембрану
(нейтральных молекул и ионов)
Антиградиентный самопроизвольный процесс
без энергетических затрат

Простая диффузия
Очень
медленный процесс

Уравнение Нернста – Планка:
Градиент концентрации (химического потенциала)
Градиент электрического потенциала
= Градиент электрохимического потенциала

Диффузия через канал (пору)
Пора
Белки и
липиды
Селективность
для разных ионов
Ускорение процесса

Облегченная диффузия
Диффундирующая
молекула
Молекула переносчика
(ионофора)
Растворимый в липидах
комплекс

Активный транспорт – градиентный
энергозатратный процесс
Классический пример: натрий – калиевый насос:

1. Различие концентраций ионов внутри и вне клетки
2. Возникновение потенциала покоя между
цитоплазмой и межклеточной жидкостью
(электрогенен)
Натрий – калиевый насос обеспечивает:
Локализован в клеточной мембране

Кальциевый насос:
1. Действует в мышечных клетках,
располагается в мембранах саркоплазматического
ретикулума.
2. Транспортирует внутрь цистерн
ретикулума два иона кальция при гидролизе
одной молекулы АТФ.
3. Понижает концентрацию Са2+ в
саркоплазме и обеспечивает нормальную
работу мышечных белков.
Неэлектрогенен.

Протонный насос:
Действует в митохондриях и обеспечивает
процессы клеточного дыхания.
2. Синтезирует АТФ за счет энергии
трансмембранного переноса ионов Н+ против их
их градиентов, возникающих при работе дыхательной
цепи митохондрий
Электрогенен

Основной вклад:
Уравнение Гольдмана – Ходжкина – Катца:

-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Стационарное состояние покоя мембраны:
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Электрическая аналогия:

При возбуждении изменяется разность
потенциалов между клеткой и окружающей средой:
Возникает и распространяется потенциал действия –
скачок потенциала

φi, мВ
Деполяризация
Реполяризация
Потенциал покоя
Возбуждение
Порог
возбуждения
Следовые потенциалы
Потенциал действия

Мембрана клетки возбудимой ткани
либо не отвечает на стимул,
либо отвечает с максимальным откликом
Принцип «все или ничего»:
Амплитуда потенциала действия не зависит
от порогового стимула при условии:
φс ≥ φпорог
Потенциал возбуждения =
= потенциал действия – потенциал покоя

φi, мВ

φi, мВ
Цитоплазма
МКЖ

(+) (+) (+) (+) (+)
(-) (-) (-) (-) (-)
(+) (+) (+) (+) (+)
(-) (-) (-) (-) (-)
Распространение возбуждения
Возбужденный участок
Соседний
невозбужденный участок

Миелиновая оболочка
Перехват Ранвье

Общие выводы:
Мембраны одновременно изолируют клетку
от окружающей среды и обеспечивают
обмен веществ между клеткой и средой
2. Обмен веществ осуществляется механизмами
пассивного и активного транспорта
3. Вследствие действия этих механизмов
клетка находится в неравновесном состоянии
с окружающей средой