Mehanizmy_vozniknoveniya_elektricheskih_potencialov_na_kletochnyh-_1_

1.

Механизмы возникновения
электрических потенциалов на
клеточных мембранах
Краткий обзор: как структура мембраны, ионные градиенты и белковые
«машины» создают и поддерживают электрические потенциалы — основу
нервной и мышечной активности, транспорта веществ и сигнализации.

2.

Cell membrane
olipid
and membrane lipid ]
Glycoprotein
[ carbohydrate chain and protein
Globule
Что такое мембранный потенциал?
Основы и значение
Мембранный потенциал — разность электрических потенциалов между
внутренней и внешней сторонами плазматической мембраны. Возникает из
неравномерного распределения ионов (Na+, K+, Cl-, Ca2+) и избирательной
проницаемости мембраны. Важен для: передачи сигналов, транспорта и
регуляции метаболизма.
Transmembrs
Integral prote
egral protein
Cholesterol

3.

Липидный бислой и
его роль в создании
барьера
Двухслойный фосфолипидный слой образует
фундаментальную физическую преграду для
заряженных частиц. Он делает мембрану
плохо проводящей для ионов, что позволяет
ионным каналам и насосам контролировать
поток ионов.
Г идрофобное ядро ограничивает
пассивный перенос ионов.
Подвижность липидов влияет на
распределение белков и локальные
потенциалы.
Мембранные микрообласти (rafts)
концентрируют каналы/рецепторы.

4.

Ионоселективные каналы:
«воротники» для ионов
Каналы — белковые поры, обеспечивающие быстрый, избирательный
пассивный транспорт ионов по электрическим и химическим градиентам. Типы
каналов:
ш
Натриевые (Na+) — деполяризация
Открываются быстро при деполяризации; ключевые в начале потенциала
действия.
Калиевые (K+) — реполяризация
Открываются позже, возвращая мембрану к отрицательному
потенциалу.
\|/
ъз
Кальциевые (Ca2+) — сигнализация
Стартуют каскады секреции, сокращения и генной экспрессии.

5.

Натрий-калиевый насос: двигатель
градиентов
Активный мембранный транспортер, использующий ATP для перемещения Na+
наружу и K+ внутрь (обычно 3 Na+ : 2 K+). Создаёт и поддерживает градиенты
концентраций, необходимый для мембранного потенциала и вторичных переносов.
Поддерживает отрицательный внутренний потенциал.
Обеспечивает осмотическую стабильность клетки.
Ключевой в восстановлении после потенциала действия.

6.

Равновесный потенциал Нернста:
теоретическая основа
Нернст даёт потенциал, при котором электрическая сила уравновешивает
химический градиент для одного типа иона:
Е = (RT / zF) • 1п([вне]/[внутри])
Практическое значение: сравнение потенциала Нернста для К+, Na+, Cl
объясняет направление их тока и вклад в мембранный потенциал.

7.

8.

тепгЛклпе pufenbfll
Потенциал покоя
динамическое
равновесие
Потенциал покоя — стабильная разность
потенциалов в покоящейся клетке (обычно 60...-90 мВ в нейронах). Формируется за
счёт:
Высокой проницаемости для K+
(утечные каналы).
Активной работы Na+/K+ насосов.
Неравного вклада разных ионов —
суммарный результат
электрохимических сил.
□ Небольшие изменения
проницаемости приводят к
значительным сдвигам
потенциала.

9.

otential Along an Axon
Потенциалы действия: передача
сигналов
Короткие, резкие изменения мембранного потенциала, распространяющиеся по
мембране. Фазы:
01
02
1. Деполяризация 2. Пик и инактивация
Открытие Na+ каналов -» быстрый Na+ каналы инактивируются; K+ вход Na+.
начинает выходить.
03
3. Реполяризация и гиперполяризация
K+ ток и восстановление насосом возвращение к покою.
Скорость проведения зависит от миелинизации и диаметра аксона.

10.

Роль электрических потенциалов в
клеточных функциях
Нервная проводимость: кодирование и передача информации.
Мышечное сокращение: потенциал действия запускает высвобождение Ca2+ и
сокращение.
Секреция: деполяризация запускает экзоцитоз нейромедиаторов и гормонов.
Транспорт веществ: электрохимические градиенты питают вторичный активный
транспорт.
Нарушения потенциалов приводят к патологиям: аритмии, эпилепсия, мышечные
слабости.

11.

Заключение: ключевые выводы и
перспективы
1.
Многопластов
ал причина
2. Баланс
пассивного и
активного
Структура
Пассивные
Изучение
субклеточных
мембраны,
ионные
каналы
обеспечивают
электрических
полей, роли
градиенты и
белковые
быстрый ток,
активные насосы
мембранных
липидов и новых
транспортеры
поддерживают
модулей каналов
совместно
формируют
градиенты
долгосрочно.
откроет
терапевтические
потенциалы.
1
3. Научные
горизонты
возможности.
-
Р екомендуемые следующие шаги: экспериментальные измерения
потенциалов, моделирование электрохимических сетей и исследование
патофизиологии ионных нарушений.