Мембраналық потенциал (МП) пайда болуының физико-химиялық механизмдері.
Мембраналық потенциал (немесе тыныштық потенциал) дегеніміз – салыстырмалы физиологиялық тыныштық жағдайдағы мембрананың ішкі және сыртқы беттері арасындағы потенциалдар айырмашылығы.
МП екі түрлі себептер нәтижесінде байқалады:
мембрананың екі жақ бетіндегі иондар таралуының бірдей болмауы. Жасуша ішінде, сыртымен салыстырғанда, К+ иондары көп болады. Ал Na+ мен CI- иондары жасуша сыртында, ішіне қарағанда, көп болады. Иондардың мұндай таралуын иондық теңсіздік (асимметрия) деп атайды;
иондар үшін мембрананың таңдамалы өткізгіштігі. Тыныштық жағдайда әртүрлі иондар үшін мембрананың өткізгіштігі бірдей болмайды. Жасуша мембранасы К+ иондарын жақсы өткізеді, Na+ иондарын аздап өткізеді, ал органикалық заттарды тіпті өткізбейді.
Осы екі себептің есебінде иондар қозғалысына жағдай жасалады. Бұл қозғалыс иондар концентрациясының айырмашылығы нәтижесінде, ешқандай энергия жұмсамай, селқос тасымал – диффузия арқылы жүреді. К+ иондары жасушадан шығып, мембрананың сыртқы бетіндегі оң зарядтарды көбейтеді, ал CI- иондары жасушалар ішіне қарай селқос тасымал арқылы кіреді, осының салдарынан мембрана сыртындағы оң зарядтар одан сайын көбейеді. Мембрана бетіндегі оң зарядтардың көбеюіне, оның сыртында жинақталған Na+ иондары да үлесін қосады. Ал органикалық қосындылар жасуша ішінде болады.
Сонымен мембраналық-иондық теория (Ю. Бернштейн,1902; А. Хаксли, А. Ходжкин, Б. Кац, 1940-1952) бойынша МП пайда болуы протоплазма мен жасушааралық сүйықтықтағы иондық өлшемдестікке байланысты.Осы себепті мембрананың екі беті (ішкі, сыртқы) әртүрлі: сыртқы беті «оң», ішкі беті «теріс» зарядты болады. Жасуша мембранасының мұндай жағдайы – поляризациялық жағдай деп аталады. Иондар қозғалысы мембрана бетіндегі потенциал айырмашылығы теңдескенше жалғаса береді, яғни электрохимиялық тепе-теңдік болғанша. Бұл тепе -теңдік екі күшке тәуелді: 1) диффузия күшіне;
2) электростатикалық өзара әрекеттестік күшіне; Электрохимиялық тепе — теңдіктің маңызы: 1) иондық теңсіздікті (асимметрия) ұстап тұру (қолдау);
2) мембраналық потенциал шамасын тұрақты деңгейде ұстап тұру.
Мембраналық потенциалдың пайда болуында диффузия күші (иондар концентрациясының айырмашылығы) және электростатикалық өзара әрекеттестік күші қатынасады, сондықтан МП – концентрациялыэлектрохимиялық потенциал дел аталады. Иондық теңсіздікті (асимметрия) ұстап тұру үшін электрохимиялық тепе-теңдік жеткіліксіз болады. Жасушада басқа да механизм бар, ол натрий – калий тартқышы (Na+/ K+ — насосы). Натрий – калий тартқышы – иондарды белсенді тасымалдау механизмі болып есептеледі. Белсенді тасымал аденозинүшфосфат қышқылы (АҮФ) ыдырауынан бөлінген энергиясымен қамтамасыз етіледі. Жасуша мембранасында арнаулы тасушы жүйесі (белоктан тұратын) бар: Na+/ K+ — АҮФаза, Ca2+- АҮФаза және т.б. Мембранаға ішкі жағынан Na+иондары, АҮФ, ал сыртынан K+ иондары келеді. Жасушаға өтетін екі К+ иондарына үш Na+ иондары шығарылады. Сөйтіп, жасушаның іші теріс, ал сырты оң зарядты болып, мембрананың екі жағында потенциал айырмашылығы туады. Натрий – калий тартқышы жұмысының нәтижесінде қамтамасыз етіледі: 1) жасуша ішіндегі К+ иондарының жоғары концентрациясы, яғни тыныштық потенциалдың тұрақты шамасы;
жасуша ішіндегі Na+ иондарының төмен концентрациясы, яғни қалыпты жасуша көлемі мен осмостық жағдайы сақталып, әрекет потенциалының дамуына келтіреді;
Na+ иондарының концентрациялық градиентінің тұрақтылығы, аминқышқылдары мен қанттардың тасымалын қолдайды.
МП тіркеу осциллографиялық әдіспен жасушаға микроэлектрод енгізу арқылы жасалады. Микроэлектрод жасуша мембранасын тесіп, ішіне енген кезде осцилографтың сәулесі күрт төмен түседі де, теріс заряд көрсетеді. МП-дың деңгейі шамамен -30-90 мВ арасында болады (қаңқа ет талшықтарында -60-90 мВ, жүйке жасушаларында -50-80 мВ, бірыңғай салалы еттерде -30-70 мВ, жүрек етінде -80-90 мВ).