Возбудимость клеток. Потенциал покоя. Потенциал действия.

Некоторые клетки организма животных обладают свойством возбудимости. Возбудимость — это способность клетки реагировать на раздражение изменением потенциала мембраны. В состоянии покоя клетка обладает трансмембранной разностью потенциалов — в клетке находится много ионов калия, а снаружи — много натрия. Потенциал покоя поддерживается за счёт разной проницаемости ионов, а также активного транспорта против градиента концентраций. На внутренней стороне мембраны отрицательный заряд, на наружной — положительный.

При действии на возбудимую клетку электрическим импульсом возникает потенциал действия. ПД — это самовосстанавливающаяся волна электрохимической активности, сопровождающаяся перезарядкой мембраны. Он служит для быстрой передачи сигнала на большие расстояния по нервным и мышечным волокнам. Крупным открытием, связанным с возбуждением клеток, стали результаты экспериментов Ходжкина и Хаксли на гигантском аксоне кальмара. Ученые обнаружили, что при деполяризации трансмембранный потенциал растёт, меняет знак на противоположный и достигает значения, похожего на равновесный электрохимический потенциал ионов натрия. Также оказалось, что если удалить натрий из среды, то ПД не возникает. Эти факты свидетельствуют о ключевой роли ионов натрия в образовании ПД.

С помощью метода фиксации потенциала (система с обратной связью, позволяющая скачкообразно менять потенциал мембраны до любого уровня и поддерживать его таковым) Ходжкин и Хаксли измеряли ионный ток, проходящий через мембрану. Опыты показали, что деполяризация связана с ранним входящим током натрия. При действии импульса кратковременно открываются многочисленные натриевые каналы, в следствие чего натрий входит в клетку и это приводит к увеличению потенциала внутри клетки. Фаза реполяризация происходит за счёт медленно нарастающего выходного тока калия. Калий выходит из клетки и мембранный

потенциал падает. В этот период активно работает Na/K- атфаза и выкачивает натрий из клетки. В итоге, клетка возвращается в состояние покоя.

На основе своих экспериментов и вычислений Ходжкин и Хаксли составили математическую модель, описывающую механизм потенциала действия. С помощью этой модели была создана компьютерная программа для измерения трансмембранного потенциала, варьирую величину, длительность импульса и т.п.