Учебное пособие к курсу "Нейронные сети" для студентов 5 курса магистратуры

Мембрана. Мембранный потенциал.

Клеточная мембрана создает и поддерживает постоянную концентрацию веществ внутри клетки, механическую прочность клетки и транспортировку молекул и ионов в обоих направлениях. Для нервных волокон она обеспечивает проведение нервных импульсов по волокну.
Рис. Клеточная мембрана.
Мембрана состоит из двух слоев молекул липидов (жиров). Молекулы липидов содержат поляр* ную "голову" и два гидрофобных углеводородных "хвоста". Молекулы ориентированы "хвостами" внутрь мембраны. Такая конструкция оказывается стабильной и энергетически выгодной (по струк* туре она аналогична пленке мыльного пузыря). Молекулы белков взаимодействуют с такой двух* слойной структурой. Белки с гидрофобными поверхностями взаимодействуют с "хвостами" липи* дов и встраиваются в саму мембрану, а с гидрофильными — соединяются с поверхностью мембраны. По химическому составу мембраны весьма разнообразны. Толщина мембраны около 10 нм.
В состав мембраны входит множество механизмов, необходимых для работы клетки. Мы будем рассматривать только те, что имеют отношение к передаче нервных сигналов.

Натриевый насос

Внутри клетки, в цитоплазме, преобладают ионы K⁺, снаружи — Na⁺. Активный мембранный транспорт, натриевый насос, переносит K⁺ внутрь, а Na⁺ — наружу. Такой перенос происходит в на* правлении роста электрохимического потенциала и требует затрат энергии. Для работы натриевого насоса используется энергия гидролиза АТФ (аденозинтрифосфата) — основного энергетического аккумулятора клетки. Механизм переноса использует белок*носитель, обозначим его C, образую* щий комплекс с ионами на одной стороне и отщепляющий эти ионы на противоположной стороне мембраны. Ни носитель, ни комплексы CK, CФNa с ионами Na⁺, K⁺: не покидают мембрану. В итоге через мембрану проходят потоки ионов K+ и Na+, направленные: K⁺ — внутрь клетки, Na⁺ — наружу.

Рис. . Термодинамическая схема натриевого насоса.
В результате работы натриевого насоса концентрация K⁺ и Na⁺ становится неравновесной, но электрический потенциал мембраны не меняется, так как количество ионов K⁺, перенесенных внутрь клетки, совпадает с количеством ионов Na⁺, перенесенных наружу. Поэтому суммарный перенос заряда равен нулю и электрический потенциал цитоплазмы не меняется.