Membranpotential

Allt liv kommer från havet. Därför finns det förhållanden i kroppen som bygger på dessa ursprungliga livsvillkor. Detta betyder att vitala byggstenar i organismen är salter. De möjliggör alla fysiologiska processer, är en del av organen och bildar joner i vattenlösning. Natrium och kaliumklorid är de dominerande salterna i cellerna. I jonform är de drivkraften för proteinfunktioner, bestämmer de osmotiskt aktiva komponenterna mellan cellens inre och yttre förhållanden och orsakar elektriska potentialer. En sådan är membranpotentialen.

Vad är membranpotentialen?

Alla celler har egenskapen att utveckla en membranpotential. En membranpotential förstås vara den elektriska spänningen eller potentialskillnaden mellan utsidan och insidan av ett cellmembran. När koncentrerade elektrolytlösningar i ett membran separeras från varandra och konduktiviteten i membranet för joner finns, uppstår en membranpotential.

Biologiska processer i kroppen är extremt komplexa. Membranpotentialen spelar en avgörande roll, särskilt för muskel- och nervceller, liksom för alla sensoriska celler. I alla dessa celler är processen i vila. Cellerna aktiveras endast av en viss stimulans eller excitation och spänningen ändras. Förändringen sker från vilopotentialen och återgår till den. I detta fall talar man om en depolarisering.

Detta är minskningen av membranpotentialen på grund av elektriska, kemiska eller mekaniska effekter. Spänningsförändringen sker som en impuls, vidarebefordras längs membranet, överför information i hela organismen och möjliggör kommunikation mellan de enskilda organen, i nervsystemet och med miljön.

Funktion & uppgift

Cellen i människokroppen är exciterbar och består av natriumjoner i den mån de är extracellulära. Få natriumjoner förekommer intracellulärt. Obalansen mellan insidan och utsidan av cellen skapar en negativ membranpotential.

Membranpotentialer är alltid negativt laddade och har konstanta och karakteristiska värden i de enskilda celltyperna. De mäts med mikroelektroder, varav den ena leder inuti cellen och den andra är placerad som en referenselektrod i det extracellulära utrymmet.

Orsaken till en membranpotential är skillnaden i koncentration av jonerna. Detta innebär att elektrisk spänning byggs upp över membranet, även om nettofördelningen för positiva och negativa joner är densamma på båda sidor. En membranpotential skapas eftersom cellens lipidskikt gör det möjligt för joner att ackumuleras på membranytan, men inte kan tränga igenom icke-polära områden. Cellmembranet har otillräcklig konduktivitet för jonerna. Detta skapar ett högt diffusionstryck. Inte bara som en helhet, varje cell har elektrisk konduktivitet. Diffusionstrycket leder sedan till passagen från cytoplasma.

Så snart en kaliumjon flyter ut under dessa förhållanden förloras positiv laddning i cellen.Den inre membranytan laddas därför negativt för att skapa balans. Detta skapar en elektrisk potential. Detta ökar med varje byte av sidan av jonerna. Detta reducerar i sin tur membranets koncentrationsgradient och som ett resultat kaliumets diffusionstryck. Utflödet avbryts och en jämvikt skapas igen.

Nivån på en membranpotential skiljer sig från cell till cell. Som regel uppträder cellen negativt på utsidan av cellen och varierar i storleksordning mellan (-) 50 mV till (-) 100 mV. I glatta muskelceller uppstår i sin tur mindre membranpotentialer på (-) 30 mV.

Så snart cellen expanderar, vilket är fallet i muskel- och nervceller, skiljer sig membranpotentialen också rumsligt. Där fungerar det främst som förökning och signalöverföring, medan det möjliggör informationsbearbetning i sensoriska celler. Det senare sker i samma form i det centrala nervsystemet.

I mitokondrier och kloroplaster är membranpotentialen en energisk koppling mellan energimetabolismens processer. Joner transporteras mot spänningen. En mätning är svår under sådana förhållanden, särskilt om den ska ske utan mekaniska, kemiska eller elektriska störningar.

Andra tillstånd uppträder på utsidan av cellen, dvs i den extracellulära vätskan. Det finns inga proteinmolekyler där, varför förhållandet är omvänt. Proteinmolekylerna har en hög konduktivitet, men kan inte passera membranväggen. Positiva kaliumjoner strävar alltid efter att balansera koncentrationen. Detta skapar en passiv transport av molekylerna i den extracellulära vätskan.

Denna process fortsätter tills den elektriska laddningen som har byggts upp är i jämvikt igen. I detta fall finns det en Nernst-potential. Detta innebär att en potential kan beräknas för alla joner, eftersom storleken beror på koncentrationsgradienten på båda sidor av membranet. När det gäller kalium är storleken (-) 70 till (-) 90 mV under fysiologiska förhållanden, och för natrium runt (+) 60 mV.

Sjukdomar och sjukdomar

Nivån på membranpotentialen kännetecknar den allmänna hälsan hos cellerna. En frisk cell är i storleksordningen (-) 70 till (-) 90 mV. Energiflödet är starkt, cellen är starkt polariserad. 50 procent av den subtila energin används för polarisering. Membranpotentialen är därför hög.

Det ser annorlunda ut med en sjuk cell. På grund av lågenergiområdet behöver den subtil energi från sin miljö. På så sätt svänger den antingen horisontellt eller svänger åt vänster. Membranpotentialen för dessa celler är mycket låg, liksom cellvibrationen. Cancerceller t.ex. B. har bara en storlek på (-) 10 mV. Känsligheten för infektion är därför mycket hög.