Membránový potenciál

Celý život pochádza z mora. Preto sú v tele podmienky, ktoré stavajú na týchto pôvodných životných podmienkach. To znamená, že životne dôležité stavebné kamene v organizme sú soli. Umožňujú všetky fyziologické procesy, sú súčasťou orgánov a tvoria ióny vo vodnom roztoku. Sodík a chlorid draselný sú dominantnými soľami v bunkách. V iónovej forme sú hnacou silou proteínových funkcií, určujú osmoticky aktívne zložky medzi vnútorným a vonkajším prostredím bunky a spôsobujú elektrický potenciál. Jedným takým je membránový potenciál.

Čo je to membránový potenciál?

Všetky bunky majú schopnosť rozvíjať membránový potenciál. Pod membránovým potenciálom sa rozumie elektrické napätie alebo rozdiel potenciálu medzi vonkajšou a vnútornou časťou bunkovej membrány. Keď sa koncentrované elektrolytové roztoky membrány od seba oddelia a vodivosť v membráne je prítomná pre ióny, nastane membránový potenciál.

Biologické procesy v tele sú mimoriadne zložité. Membránový potenciál hrá rozhodujúcu úlohu, najmä pre svalové a nervové bunky, ako aj pre všetky senzorické bunky. Vo všetkých týchto bunkách je proces v pokoji. Bunky sú aktivované iba určitým stimulom alebo excitáciou a nastane zmena napätia. Zmena nastáva z pokojového potenciálu a vracia sa k nemu. V tomto prípade sa hovorí o depolarizácii.

Toto je pokles membránového potenciálu v dôsledku elektrických, chemických alebo mechanických účinkov. Napätie sa mení ako impulz, prechádza pozdĺž membrány, prenáša informácie v celom organizme a umožňuje komunikáciu medzi jednotlivými orgánmi, nervovou sústavou a prostredím.

Funkcia a úloha

Bunka v ľudskom tele je excitovateľná a pozostáva z iónov sodíka, pokiaľ sú extracelulárne. Intracelulárne je prítomných iba niekoľko sodíkových iónov. Nerovnováha medzi vnútornou a vonkajšou časťou bunky vytvára negatívny membránový potenciál.

Membránové potenciály sú vždy záporne nabité a majú konštantné a charakteristické hodnoty v jednotlivých typoch buniek. Meria sa mikroelektródami, z ktorých jedna vedie vo vnútri bunky a druhá je umiestnená v extracelulárnom priestore ako referenčná elektróda.

Príčinou membránového potenciálu je rozdiel v koncentrácii iónov. To znamená, že sa cez membránu hromadí elektrické napätie, aj keď je čisté rozdelenie kladných a záporných iónov na oboch stranách rovnaké. Vytvára sa membránový potenciál, pretože lipidová vrstva bunky umožňuje akumuláciu iónov na povrchu membrány, ale nemôže preniknúť nepolárnymi oblasťami. Bunková membrána má nedostatočnú vodivosť pre ióny. To vytvára vysoký difúzny tlak. Elektrická vodivosť má každý článok nielen ako celok. Difúzny tlak potom vedie k prechodu z cytoplazmy.

Akonáhle za týchto podmienok tečie ión draslíka, bunka stratí kladný náboj.Vnútorný povrch membrány je preto nabitý negatívne, aby sa vytvorila rovnováha. To vytvára elektrický potenciál. Toto sa zvyšuje s každou zmenou strany iónov. To zase znižuje koncentračný gradient membrány a v dôsledku toho difúzny tlak draslíka. Odtok sa preruší a znova sa vytvorí rovnováha.

Úroveň membránového potenciálu sa líši od bunky k bunke. Spravidla sa bunka chová negatívne na vonkajšej strane bunky a pohybuje sa v ráde medzi (-) 50 mV až (-) 100 mV. V bunkách hladkého svalstva zase vznikajú menšie membránové potenciály (-) 30 mV.

Akonáhle sa bunka expanduje, čo je prípad svalových a nervových buniek, membránový potenciál sa tiež priestorovo líši. Tam slúži predovšetkým ako šírenie a prenos signálu, zatiaľ čo umožňuje spracovanie informácií v senzorických bunkách. Posledne menované sa vyskytuje v rovnakej forme v centrálnom nervovom systéme.

V mitochondriách a chloroplastoch je membránový potenciál energetickou väzbou medzi energetickými metabolickými procesmi. Ióny sú prenášané proti napätiu. Meranie je za takýchto podmienok náročné, najmä ak sa má uskutočniť bez mechanického, chemického alebo elektrického rušenia.

Ďalšie podmienky sa vyskytujú na vonkajšej strane bunky, t. J. V extracelulárnej tekutine. Neexistujú žiadne proteínové molekuly, a preto je pomer opačný. Proteínové molekuly majú vysokú vodivosť, ale nemôžu prejsť membránovou stenou. Pozitívne draselné ióny sa vždy snažia vyvážiť koncentráciu. To vytvára pasívny transport molekúl v extracelulárnej tekutine.

Tento proces pokračuje, kým sa elektrický náboj, ktorý sa nahromadil, opäť nenachádza v rovnováhe. V tomto prípade existuje potenciál Nernst. To znamená, že potenciál je možné vypočítať pre všetky ióny, pretože veľkosť závisí od koncentračného gradientu na oboch stranách membrány. V prípade draslíka je veľkosť (-) 70 až (-) 90 mV za fyziologických podmienok a v prípade sodíka je to približne (+) 60 mV.

Choroby a choroby

Úroveň membránového potenciálu charakterizuje všeobecné zdravie buniek. Zdravá bunka je rádovo (-) 70 až (-) 90 mV. Tok energie je silný, bunka je silne polarizovaná. Päťdesiat percent jemnej energie sa používa na polarizáciu. Membránový potenciál je preto vysoký.

Vyzerá to inak s chorou bunkou. Vzhľadom na nízkoenergetickú oblasť potrebuje zo svojho prostredia jemnú energiu. Pritom sa buď otočí vodorovne alebo sa otočí doľava. Membránový potenciál týchto buniek je veľmi nízky, rovnako ako vibrácie buniek. Rakovinové bunky, napr. B. majú iba veľkosť (-) 10 mV. Citlivosť na infekciu je preto veľmi vysoká.