5. Ионный состав цитоплазмы и межклеточной жидкости. Проницаемость клеточной мембраны для различных ионов. Разность потенциалов на мембране клетки.
Для поддержания внутреннего баланса, поступающие из внешней среды ионы должны удалятся из цитоплазмы и связываться вне клетки в нерастворимые минеральные соединения, которые не могли бы снова попасть в цитоплазму. Роль связывания ионов в цитоплазме и их транспортировки во внешнюю среду выполняют низкомолекулярные белки типа кальций-связывающих протеинов В состав цитоплазмы входят все виды органических и неорганических веществ. Например,
Натрий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, процессы осморегуляции и создании буферной системы крови.
Калий — участвует в поддержании мембранного потенциала , генерации нервного импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы.
Хлор — поддерживает электронейтральность клетки
В ней присутствуют также нерастворимые отходы обменных процессов и запасные питательные вещества. Основное вещество цитоплазмы — вода.
В интерстициальном внутритканевом пространстве между животными клеткаминаходится сложное межклеточноевещество, экстрацеллюлярный матрикс. У многихтканей, например в мышцах ипечени, матрикс заполняет только тонкие промежутки междуклетками, тогда как в другихтканях, таких, как соединительная, хрящевая икостная ткани, на межклеточный матрикс приходится большой объем и именно он выполняет основные функции . Три главных компонента межклеточного матрикса: прочныеколлагены, сетчатые адгезивныебелкии основноевещество,протеогликаны.
Клеточные мембраны обладают избирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза,аминокислоты,жирные кислоты,глицеролиионы, причем сами мембраны в известной мере активно регулируют этот процесс — одни вещества пропускают, а другие нет. Существует четыре основных механизма для поступления веществ в клетку или вывода их из клетки наружу: диффузия, осмос, активный транспорт и экзо- или эндоцитоз.
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.
В состоянии покоя внешняя поверхность клеточной мембраны имеет положительный потенциал , а внутренняя отрицательный.В момент возбуждения полярность мембраны меняется на противоположную. В результате этого между возбужденным и невозбужденным участками мембраны возникает разность потенциалов
6. Потенциал покоя клетки. Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца
Потенциал покоя - это разность электрических зарядов между внутренней и наружной сторонами мембраны, когда клетка находится в состоянии физиологического покоя. Его средняя величина составляет -60 милливольт.
Потенциал, существующий на мембранах невозбужденных клеток (потенциал покоя) обусловлен полупроницаемыми свойствами клеточной мембраны и неравномерным распределением ионов между клеткой и окружающей средой. Это распределение поддерживается механизмами активного переноса, локализованными в самой мембране.
Основной вклад в создание и поддержание потенциала покоя вносят ионы натрия, калия и хлора.
Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца:
φм=
i,o- концентрации ионов вне и внутри клетки. Потенциал покоя, рассчитанный по формуле Гольдмана-Ходжкина-Катца, составляет 60мВ со знаком минус со стороны внутриклеточного пространства.