Мембранный потенциал покоя представляет собой электрический потенциал (запас), формирующийся между наружной поверхностью мембраны клетки и внутренней стороной плазматической мембраны. Внутренняя сторона перепонки относительно наружной поверхности имеет всегда отрицательный заряд. Для клеток каждого вида потенциал покоя является величиной практически постоянной. Так, у теплокровных в волокнах скелетной мускулатуры она составляет 90 мВ, для клеток миокарда – 80, нервных клеток – 60-70. Мембранный потенциал присутствует во всех живых клетках.
В соответствии с современной теорией рассматриваемый электрический запас формируется в результате активного и пассивного передвижения ионов.
Пассивное движение происходит по градиенту концентрации, для него не требуется затрат энергии. Мембрана клеток в состоянии покоя обладает большей проницаемостью для ионов калия. В цитоплазме нервных и мышечных клеток их (ионов калия) присутствует в тридцать-пятьдесят раз больше, нежели в межклеточной жидкости. В цитоплазме ионы находятся в свободном виде и диффундируют, в соответствии с градиентом концентрации, во внеклеточную жидкость сквозь мембрану. В межклеточной жидкости они удерживаются внутриклеточными анионами на внешней поверхности перепонки.
Во внутриклеточном пространстве содержатся в основном анионы пировиноградной, уксусной, аспарагиновой и прочих органических кислот. Неорганические же кислоты содержатся в относительно небольшом количестве. Сквозь мембрану анионы проникать не могут. Они остаются в клетке. Располагаются анионы на внутренней стороне мембраны.
В связи с тем, что у анионов заряд отрицательный, а у катионов – положительный, внешняя поверхность перепонки имеет заряд положительный, а внутренняя – отрицательный.
Во внеклеточной жидкости ионов натрия в восемь-десять раз больше, нежели в клетке. Их проницаемость незначительна. Однако за счет проникновения ионов натрия в некоторой степени уменьшается мембранный потенциал. При этом имеет место и диффузия ионов хлора внутрь клетки. Содержание этих ионов в пятнадцать-тридцать раз выше во внеклеточных жидкостях. За счет их проникновения мембранный потенциал несколько возрастает. Кроме того, в перепонке существует и особый молекулярный механизм. Он обеспечивает активное продвижение ионов калия и натрия в сторону повышенной концентрации. Таким образом поддерживается ионная асимметрия.
Активное передвижение ионов является результатом функционирования калий-натриевой "помпы" (насоса). Активное перемещение из клетки ионов натрия обусловлено проникновением в клетку ионов калия. В сопряженном насосе транспорт осуществляется переносчиками, которые, в свою очередь, переносятся посредством метаболической энергии при распаде АТФ. Благодаря энергии гидролиза молекулы АТФ 2 иона калия проникают внутрь клетки, а 3 иона натрия транспортируются наружу.
В состоянии покоя в волокнах мускулатуры для обеспечения функционирования ионных насосов затрачивается до двадцати процентов клеточных энергетических ресурсов.
Под воздействием фермента аденозинтрифосфатазы происходит расщепление АТФ. Отравление нервных волокон цианидами, монойодацетатом, динитрофенолом и прочими веществами, в том числе прекращающими процессы синтеза и гликолиза АТФ, провоцирует его (АТФ) снижение в цитоплазме и прекращение функционирования "помпы".
Перепонка проницаема также и для ионов хлора (в особенности в волокнах мускулатуры). В клетках, обладающих высокой проницаемостью, ионы калия и хлора в равной степени формируют мембранный покой. При этом в прочих клетках вклад последних в указанный процесс незначителен.
