Мембранний потенціал

Все життя походить з моря. Отже, в організмі існують умови, які будують ці первісні умови життя. Це означає, що життєво важливими будівельними блоками в організмі є солі. Вони дозволяють здійснювати всі фізіологічні процеси, входять до складу органів і утворюють іони у водному розчині. Натрій і хлорид калію є домінуючими солями в клітинах. В іонній формі вони є рушійною силою білкових функцій, визначають осмотично активні компоненти між внутрішньою клітиною і зовнішніми умовами і викликають електричні потенціали. Одним з таких є мембранний потенціал.

Який потенціал мембрани?

Всі клітини мають властивість розвивати мембранний потенціал. Під мембранним потенціалом розуміється електрична напруга або різниця потенціалів між зовнішньою і внутрішньою стороною клітинної мембрани. Коли концентровані електролітні розчини мембрани відокремлюються один від одного і присутня провідність в мембрані для іонів, виникає мембранний потенціал.

Біологічні процеси в організмі надзвичайно складні. Мембранний потенціал відіграє вирішальну роль, особливо для м'язових та нервових клітин, а також для всіх сенсорних клітин. У всіх цих клітинах процес знаходиться в спокої. Осередки активуються лише певним стимулом чи збудженням, а напруга змінюється. Зміна відбувається від потенціалу спокою і повертається до нього. У цьому випадку можна говорити про деполяризацію.

Це зниження мембранного потенціалу внаслідок електричного, хімічного або механічного впливу. Зміна напруги відбувається як імпульс, передається по мембрані, передає інформацію по всьому організму і забезпечує зв’язок між окремими органами, в нервовій системі та з навколишнім середовищем.

Функція та завдання

Клітина в організмі людини збудлива і складається з іонів натрію настільки, наскільки вони позаклітинні. Мало іонів натрію присутні внутрішньоклітинно. Дисбаланс між внутрішньою і зовнішньою клітиною створює негативний потенціал мембрани.

Мембранні потенціали завжди негативно заряджені і мають постійні та характерні значення для окремих типів клітин. Вони вимірюються мікроелектродами, один з яких веде всередину клітини, а другий розміщується як електрод відліку у позаклітинному просторі.

Причиною мембранного потенціалу є різниця концентрації іонів. Це означає, що електрична напруга накопичується по всій мембрані, навіть якщо чистий розподіл позитивних і негативних іонів однаковий з обох сторін. Мембранний потенціал створюється тому, що ліпідний шар клітини дозволяє накопичувати іони на поверхні мембрани, але не може проникати через неполярні ділянки. Клітинна мембрана має недостатню провідність для іонів. Це створює високий дифузійний тиск. Не тільки в цілому, кожна окрема клітина має електропровідність. Потім дифузійний тиск призводить до виходу з цитоплазми.

Як тільки іон калію витікає в цих умовах, в клітині втрачається позитивний заряд.Тому внутрішня поверхня мембрани заряджається негативно, щоб створити рівновагу. Це створює електричний потенціал. Це збільшується з кожною зміною сторони іонів. Це в свою чергу зменшує градієнт концентрації мембрани і, як наслідок, дифузійний тиск калію. Відтік переривається і знову створюється рівновага.

Рівень мембранного потенціалу відрізняється від клітини до клітини. Як правило, клітина поводиться негативно на зовнішню сторону комірки і змінюється в порядку величини між (-) 50 мВ до (-) 100 мВ. У клітинах гладкої мускулатури, в свою чергу, виникають менші мембранні потенціали (-) 30 мВ.

Як тільки клітина розширюється, що відбувається у м’язових та нервових клітинах, мембранний потенціал також різниться просторово. Там він служить насамперед для поширення та передачі сигналу, в той час як він дозволяє обробляти інформацію в сенсорних клітинах. Останнє відбувається в тій же формі в центральній нервовій системі.

У мітохондріях та хлоропластах мембранний потенціал є енергетичним зв’язком між енергетичними обмінними процесами. Іони транспортуються проти напруги. Вимірювання в таких умовах важко, особливо якщо воно має відбуватися без механічних, хімічних чи електричних перешкод.

Інші стани виникають у зовнішній частині клітини, тобто у позаклітинній рідині. Білкових молекул там немає, через що співвідношення зворотне. Білкові молекули мають високу провідність, але не можуть проходити через мембранну стінку. Позитивні іони калію завжди прагнуть збалансувати концентрацію. Це створює пасивний транспорт молекул у позаклітинній рідині.

Цей процес триває, поки накопичений електричний заряд знову не врівноважиться. У цьому випадку є потенціал Нернста. Це означає, що потенціал можна обчислити для всіх іонів, оскільки розмір залежить від градієнта концентрації з обох сторін мембрани. Що стосується калію, то у фізіологічних умовах величина (-) становить 70 - (-) 90 мВ, а у випадку натрію - близько (+) - 60 мВ.

Хвороби та недуги

Рівень мембранного потенціалу характеризує загальний стан здоров’я клітин. Здорова клітина знаходиться в порядку від (-) 70 до (-) 90 мВ. Потік енергії сильний, клітина сильно поляризована. П'ятдесят відсотків тонкої енергії використовується для поляризації. Тому мембранний потенціал є високим.

З хворою клітиною це виглядає інакше. Через низько енергетичну зону вона потребує тонкої енергії з навколишнього середовища. При цьому він або гойдається горизонтально, або повертається вліво. Мембранний потенціал цих клітин дуже низький, як і вібрація клітин. Ракові клітини, наприклад B. мають лише величину (-) 10 мВ. Тому сприйнятливість до інфекції дуже висока.