bioelektriniai potencialai

bioelektriniai potencialai: 1 – spyglinis, 2 – plokščiasis

bioelektrniai potenciãlai (bio… + elektra), visų gyvų ląstelių membranos yra įelektrintos, t. y. tarp vidinio ir išorinio membranų paviršiaus yra tam tikra įtampa – potencialų skirtumas, kuris dar vadinamas membraniniu potencialu. Vidinė membranos pusė turi neigiamą krūvį, išorinė – teigiamą. Įvairių rūšių ląstelių membraninis potencialas svyruoja nuo –15 iki –90 mV. Jį galima nustatyti mikroelektrodais ar optiniu registracijos būdu. Membraninį potencialą nulemia netolygus jonų pasiskirstymas abipus membranos. Ląstelės vidinėje terpėje yra daug anijonų, t. y. stambių organinių junginių (baltymų, aminorūgščių), įvairių makromolekulių, kuriems membrana nepralaidi (neskvarbieji jonai). Be jų, ląstelėje yra daug K⁺ ir mažai Na⁺, Ca²⁺ bei Cl^–, kuriems ląstelės membrana daugiau ar mažiau pralaidi (skvarbieji jonai). Tarpląstelinėje terpėje yra daug Na⁺, Ca²⁺, Cl^– ir mažai K⁺. Tokį skirtingą skvarbiųjų jonų pasiskirstymą abipus ląstelės membranos lemia selektyvus membranos pralaidumas jonams. Membranoje yra vadinamieji lėtieji ir greitieji jonų kanalai, kuriais juda skvarbieji jonai. Tai baltyminės struktūros, perveriančios membraną. Ramybės metu membrana lengvai praleidžia K⁺ ir blogai Na⁺. Dėl koncentracijos ir elektrocheminio gradiento K⁺ difunduoja iš ląstelės, Na⁺ ir Cl^– – į ląstelę. Pastovią šių jonų koncentraciją abipus membranos palaiko vadinamasis Na⁺–K⁺ siurblys. Tai fermentinė sistema, kuri, naudodama ATP energiją, perneša K^{+[errsubsup=" "]}į ląstelę, o Na⁺ – iš ląstelės. Daugiau Cl^– patekti į ląstelę trukdo viduje esantys anijonai. Dėl stiprios elektrostatinės sąveikos nedidelė jonų dalis lieka su nekompensuotu krūviu. Nekompensuoti anijonai išsidėsto prie vidinio membranos paviršiaus ir sukuria neigiamą krūvį. Membranos išoriniame paviršiuje kaupiasi nekompensuoti katijonai, todėl čia susidaro teigiamas krūvis. Membranos potencialas priklauso nuo K⁺ ir iš dalies nuo Na⁺ bei Cl^–. Paveikus membraną mechaniniais, cheminiais ar elektriniais dirgikliais, padidėja membranos pralaidumas Na⁺, todėl membraninis potencialas sumažėja. Jeigu dirgiklis pakankamai stiprus, potencialas sumažėja iki kritinio lygio, atsidaro Na⁺ elektriniai joniniai kanalai (greitieji). Na⁺ dėl koncentracijos gradiento gausiai plūsta į ląstelę, įvyksta depoliarizacija ir polių inversija. Greitieji Na⁺ kanalai užsidaro. Per depoliarizaciją K⁺ difuzija iš ląstelės pamažu greitėja ir, baigiantis depoliarizacijai, kai atsidaro K⁺ elektriniai joniniai kanalai (greitieji), suintensyvėja. Jos pabaigoje užsidaro greitieji Na⁺ kanalai, įsijungia Na⁺–K⁺ siurblys, atkuriama ankstesnė joninė būklė ir ramybės potencialas. Trumpalaikiai membranos laidumo jonams padidėjimai ir sumažėjimai formuoja veikimo potencialą, vadinamą spygliniu, kuris yra vienas pagrindinių informacijos perdavimo organizme būdų. Veikimo potencialas išsilaiko nuo 2 iki 200 ms. Ilgai išsilaikantys veikimo potencialai vadinami plokščiaisiais (susidaro širdyje, lygiuosiuose raumenyse). Dirgikliui veikiant receptorius, juose generuojasi dažnesnė ar retesnė, ilgesnė ar trumpesnė veikimo potencialų serija, kuri nervais patenka į smegenis. Panašiai perduodama informacija ir iš smegenų į raumenis bei liaukas, todėl raumenys traukiasi, liaukos intensyviau arba lėčiau gamina sekretą.

2082