Membranski potencial

Vse življenje prihaja iz morja. Zato v telesu obstajajo razmere, ki gradijo na teh prvotnih življenjskih pogojih. To pomeni, da so vitalni gradniki v organizmu soli. Omogočajo vse fiziološke procese, so del organov in tvorijo ione v vodni raztopini. Natrijev in kalijev klorid sta prevladujoči soli v celicah. V ionski obliki so gonilna sila beljakovinskih funkcij, določajo osmotsko aktivne komponente med celico v notranjosti in zunanjimi pogoji ter povzročajo električne potenciale. Eden takšnih je membranski potencial.

Kakšen je membranski potencial?

Vse celice imajo lastnost razvijanja membranskega potenciala. Pod membranskim potencialom se razume električna napetost ali potencialna razlika med zunanjo in notranjo stranjo celične membrane. Ko se koncentrirane raztopine membrane elektrolitov ločijo med seboj in je prisotna prevodnost v membrani za ione, pride do membranskega potenciala.

Biološki procesi v telesu so izredno zapleteni. Membranski potencial ima odločilno vlogo, zlasti za mišične in živčne celice, pa tudi za vse senzorične celice. V vseh teh celicah je postopek v mirovanju. Celice se aktivirajo le z določenim dražljajem ali vzbujanjem in napetost se spreminja. Sprememba poteka od potenciala počitka in se vanjo vrne. V tem primeru se govori o depolarizaciji.

To je zmanjšanje membranskega potenciala zaradi električnih, kemičnih ali mehanskih vplivov. Sprememba napetosti poteka kot impulz, se prenaša vzdolž membrane, prenaša informacije v celotnem organizmu in omogoča komunikacijo med posameznimi organi, v živčnem sistemu in z okoljem.

Funkcija in naloga

Celica v človeškem telesu je vznemirljiva in je sestavljena iz natrijevih ionov, kolikor so zunajcelični. Manj natrijevih ionov je prisotnih znotrajcelično. Neravnovesje med notranjo in zunanjo celico ustvarja negativen membranski potencial.

Membranski potenciali so vedno negativno nabiti in imajo v posameznih vrstah celic stalne in značilne vrednosti. Merimo jih z mikroelektrodami, od katerih ena vodi znotraj celice, druga pa se nahaja kot referenčna elektroda v zunajceličnem prostoru.

Vzrok za membranski potencial je razlika v koncentraciji ionov. To pomeni, da se električna napetost nabere po membrani, tudi če je neto porazdelitev pozitivnih in negativnih ionov na obeh straneh enaka. Membranski potencial je ustvarjen, ker lipidni sloj celice omogoča, da se ioni kopičijo na površini membrane, vendar ne morejo prodreti skozi nepolarna območja. Celična membrana ima premalo prevodnosti za ione. To ustvarja visok difuzijski tlak. Ne samo kot celota, vsaka posamezna celica ima električno prevodnost. Difuzijski tlak nato vodi v prehod iz citoplazme.

Takoj, ko v teh pogojih izteče kalijev ion, se v celici izgubi pozitiven naboj.Notranja površina membrane se zato napolni negativno, da se ustvari ravnovesje. Tako nastane električni potencial. Ta se poveča z vsako spremembo strani ionov. To pa zmanjšuje koncentracijski gradient membrane in posledično difuzijski tlak kalija. Odtok se prekine in znova se ustvari ravnotežje.

Raven membranskega potenciala se razlikuje od celice do celice. Praviloma se celica obnaša zunaj celice in se spreminja v vrstnem redu med (-) 50 mV do (-) 100 mV. V celicah gladkih mišic pa nastajajo manjši membranski potenciali (-) 30 mV.

Takoj, ko se celica razširi, kar velja za mišične in živčne celice, se tudi membranski potencial prostorsko razlikuje. Tam služi predvsem kot širjenje in prenos signala, hkrati pa omogoča obdelavo informacij v senzoričnih celicah. Slednje se zgodi v enaki obliki v centralnem živčnem sistemu.

V mitohondrijih in kloroplastih je membranski potencial energijska sklop med energijskimi presnovnimi procesi. Ioni se prevažajo proti napetosti. V takih pogojih je merjenje težko, zlasti če poteka brez mehanskih, kemičnih ali električnih motenj.

Ostala stanja se pojavijo v zunanjosti celice, to je v zunajcelični tekočini. Molekul beljakovin tam ni, zato je razmerje obratno. Proteinske molekule imajo visoko prevodnost, vendar ne morejo preiti membranske stene. Pozitivni kalijevi ioni si vedno prizadevajo za uravnoteženje koncentracije. Tako nastane pasiven transport molekul v zunajcelični tekočini.

Ta postopek se nadaljuje, dokler se električni naboj spet ne uravnoteži. V tem primeru obstaja potencial Nernsta. To pomeni, da je mogoče izračunati potencial za vse ione, saj je velikost odvisna od gradienta koncentracije na obeh straneh membrane. Pri kaliju je jakost v fizioloških pogojih (-) 70 do (-) 90 mV, pri natriju pa okoli (+) 60 mV.

Bolezni in bolezni

Raven membranskega potenciala označuje splošno zdravje celic. Zdrava celica je v razponu od (-) 70 do (-) 90 mV. Pretok energije je močan, celica je močno polarizirana. Petdeset odstotkov subtilne energije se porabi za polarizacijo. Membranski potencial je torej velik.

Z obolelo celico je videti drugače. Zaradi nizkoenergijskega območja potrebuje subtilno energijo iz svojega okolja. Pri tem se zasuka vodoravno ali zavije v levo. Membranski potencial teh celic je zelo nizek, prav tako tudi vibracija celic. Rakne celice, npr. B. imajo le magnitudo (-) 10 mV. Dovzetnost za okužbo je zato zelo velika.