Δυναμικό μεμβράνης

Όλη η ζωή προέρχεται από τη θάλασσα. Ως εκ τούτου, υπάρχουν συνθήκες στο σώμα που βασίζονται σε αυτές τις αρχικές συνθήκες διαβίωσης. Αυτό σημαίνει ότι τα ζωτικά δομικά στοιχεία του οργανισμού είναι άλατα. Επιτρέπουν όλες τις φυσιολογικές διεργασίες, αποτελούν μέρος των οργάνων και σχηματίζουν ιόντα σε υδατικό διάλυμα. Το χλωριούχο νάτριο και το κάλιο είναι τα κυρίαρχα άλατα στα κύτταρα. Σε ιοντική μορφή είναι η κινητήρια δύναμη για τις λειτουργίες των πρωτεϊνών, προσδιορίζουν τα οσμωτικά ενεργά συστατικά μεταξύ των εσωτερικών και εξωτερικών συνθηκών των κυττάρων και προκαλούν ηλεκτρικά δυναμικά. Ένα τέτοιο είναι το δυναμικό της μεμβράνης.

Ποιο είναι το δυναμικό της μεμβράνης;

Όλα τα κύτταρα έχουν την ιδιότητα ανάπτυξης δυναμικού μεμβράνης. Ως δυναμικό μεμβράνης νοείται η ηλεκτρική τάση ή η διαφορά δυναμικού μεταξύ του εξωτερικού και του εσωτερικού μιας κυτταρικής μεμβράνης. Όταν τα συμπυκνωμένα διαλύματα ηλεκτρολυτών μιας μεμβράνης διαχωρίζονται το ένα από το άλλο και υπάρχει η αγωγιμότητα στη μεμβράνη για τα ιόντα, εμφανίζεται ένα δυναμικό μεμβράνης.

Οι βιολογικές διεργασίες στο σώμα είναι εξαιρετικά περίπλοκες. Το δυναμικό της μεμβράνης παίζει καθοριστικό ρόλο, ειδικά για τα μυϊκά και νευρικά κύτταρα, καθώς και για όλα τα αισθητήρια κύτταρα. Σε όλα αυτά τα κύτταρα η διαδικασία βρίσκεται σε ηρεμία. Τα κύτταρα ενεργοποιούνται μόνο με ένα συγκεκριμένο ερέθισμα ή διέγερση και η τάση αλλάζει. Η αλλαγή πραγματοποιείται από το δυναμικό ανάπαυσης και επιστρέφει σε αυτό. Σε αυτήν την περίπτωση, μιλάμε για μια αποπόλωση.

Αυτή είναι η μείωση του δυναμικού της μεμβράνης λόγω ηλεκτρικών, χημικών ή μηχανικών επιδράσεων. Η αλλαγή τάσης λαμβάνει χώρα ως ώθηση, μεταδίδεται κατά μήκος της μεμβράνης, μεταδίδει πληροφορίες σε ολόκληρο τον οργανισμό και επιτρέπει την επικοινωνία μεταξύ των επιμέρους οργάνων, στο νευρικό σύστημα και με το περιβάλλον.

Λειτουργία & εργασία

Το κύτταρο στο ανθρώπινο σώμα είναι διεγερτικό και αποτελείται από ιόντα νατρίου στο βαθμό που είναι εξωκυτταρικά. Λίγα ιόντα νατρίου υπάρχουν ενδοκυτταρικά. Η ανισορροπία μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού του κυττάρου δημιουργεί αρνητικό δυναμικό μεμβράνης.

Τα δυναμικά των μεμβρανών είναι πάντα αρνητικά φορτισμένα και έχουν σταθερές και χαρακτηριστικές τιμές στους επιμέρους τύπους κυττάρων. Μετράται με μικροηλεκτρόδια, ένα από τα οποία οδηγεί μέσα στο κελί και το άλλο βρίσκεται ως ηλεκτρόδιο αναφοράς στον εξωκυτταρικό χώρο.

Η αιτία ενός δυναμικού μεμβράνης είναι η διαφορά στη συγκέντρωση των ιόντων. Αυτό σημαίνει ότι η ηλεκτρική τάση συσσωρεύεται κατά μήκος της μεμβράνης, ακόμη και αν η καθαρή κατανομή θετικών και αρνητικών ιόντων είναι η ίδια και στις δύο πλευρές. Ένα δυναμικό μεμβράνης δημιουργείται επειδή το λιπιδικό στρώμα του κυττάρου επιτρέπει στα ιόντα να συσσωρεύονται στην επιφάνεια της μεμβράνης, αλλά δεν μπορούν να διεισδύσουν μέσω μη πολικών περιοχών. Η κυτταρική μεμβράνη έχει ανεπαρκή αγωγιμότητα για τα ιόντα. Αυτό δημιουργεί υψηλή πίεση διάχυσης. Όχι μόνο ως σύνολο, κάθε κύτταρο έχει ηλεκτρική αγωγιμότητα. Η πίεση διάχυσης οδηγεί στη συνέχεια στο πέρασμα από το κυτόπλασμα.

Μόλις ένα ιόν καλίου ρέει υπό αυτές τις συνθήκες, χάνεται θετικό φορτίο στο κελί.Επομένως, η εσωτερική επιφάνεια της μεμβράνης φορτίζεται αρνητικά για τη δημιουργία ισορροπίας. Αυτό δημιουργεί ηλεκτρικό δυναμικό. Αυτό αυξάνεται με κάθε αλλαγή πλευράς των ιόντων. Αυτό με τη σειρά του μειώνει τη βαθμίδα συγκέντρωσης της μεμβράνης και, ως αποτέλεσμα, την πίεση διάχυσης του καλίου. Η εκροή διακόπτεται και δημιουργείται ξανά ισορροπία.

Το επίπεδο δυναμικού μεμβράνης διαφέρει από κύτταρο σε κύτταρο. Κατά κανόνα, το κελί συμπεριφέρεται αρνητικά στο εξωτερικό του κελιού και ποικίλλει με τη σειρά μεγέθους μεταξύ (-) 50 mV έως (-) 100 mV. Στα κύτταρα των λείων μυών, με τη σειρά τους, προκύπτουν μικρότερες δυνατότητες μεμβράνης (-) 30 mV.

Μόλις το κύτταρο διαστέλλεται, όπως συμβαίνει στα μυϊκά και νευρικά κύτταρα, το δυναμικό της μεμβράνης διαφέρει επίσης χωρικά. Εκεί χρησιμεύει κυρίως ως διάδοση και μετάδοση σήματος, ενώ επιτρέπει την επεξεργασία πληροφοριών στα αισθητήρια κύτταρα. Το τελευταίο συμβαίνει με την ίδια μορφή στο κεντρικό νευρικό σύστημα.

Στα μιτοχόνδρια και στους χλωροπλάστες, το δυναμικό της μεμβράνης είναι ένας ενεργητικός σύνδεσμος μεταξύ των ενεργειακών μεταβολικών διεργασιών. Τα ιόντα μεταφέρονται έναντι της τάσης. Μια μέτρηση είναι δύσκολη υπό τέτοιες συνθήκες, ειδικά εάν πρόκειται να πραγματοποιηθεί χωρίς μηχανικές, χημικές ή ηλεκτρικές παρεμβολές.

Άλλες καταστάσεις εμφανίζονται στο εξωτερικό του κυττάρου, δηλαδή στο εξωκυτταρικό υγρό. Δεν υπάρχουν πρωτεϊνικά μόρια, γι 'αυτό η αναλογία αντιστρέφεται. Τα πρωτεϊνικά μόρια έχουν υψηλή αγωγιμότητα, αλλά δεν μπορούν να περάσουν το τοίχωμα της μεμβράνης. Τα θετικά ιόντα καλίου προσπαθούν πάντα να εξισορροπούν τη συγκέντρωση. Αυτό δημιουργεί μια παθητική μεταφορά των μορίων στο εξωκυτταρικό υγρό.

Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται μέχρις ότου το ηλεκτρικό φορτίο που έχει συσσωρευτεί ξανά σε ισορροπία. Σε αυτήν την περίπτωση υπάρχει ένα δυναμικό Nernst. Αυτό σημαίνει ότι ένα δυναμικό μπορεί να υπολογιστεί για όλα τα ιόντα, καθώς το μέγεθος εξαρτάται από τη βαθμίδα συγκέντρωσης και στις δύο πλευρές της μεμβράνης. Στην περίπτωση του καλίου, το μέγεθος είναι (-) 70 έως (-) 90 mV υπό φυσιολογικές συνθήκες και στην περίπτωση του νατρίου είναι περίπου (+) 60 mV.

Ασθένειες και παθήσεις

Το επίπεδο του δυναμικού της μεμβράνης χαρακτηρίζει τη γενική υγεία των κυττάρων. Ένα υγιές κύτταρο είναι της τάξης των (-) 70 έως (-) 90 mV. Η ροή ενέργειας είναι ισχυρή, το κελί είναι πολύ πολωμένο. Το 50% της λεπτής ενέργειας χρησιμοποιείται για πόλωση. Το δυναμικό της μεμβράνης είναι επομένως υψηλό.

Φαίνεται διαφορετικό με ένα άρρωστο κύτταρο. Λόγω της περιοχής χαμηλής ενέργειας, χρειάζεται λεπτή ενέργεια από το περιβάλλον της. Με αυτόν τον τρόπο, περιστρέφεται οριζόντια ή στρέφεται προς τα αριστερά. Το δυναμικό μεμβράνης αυτών των κυττάρων είναι πολύ χαμηλό, όπως και η δόνηση των κυττάρων. Καρκινικά κύτταρα π.χ. Β. Έχουν μόνο μέγεθος (-) 10 mV. Η ευαισθησία σε λοιμώξεις είναι επομένως πολύ υψηλή.