Membranpotentiale

Alt liv kommer fra havet. Derfor er der forhold i kroppen, der bygger på disse originale levevilkår. Dette betyder, at vitale byggesten i organismen er salte. De muliggør alle fysiologiske processer, er en del af organerne og danner ioner i vandig opløsning. Natrium og kaliumchlorid er de dominerende salte i cellerne. I ionisk form er de drivkraften for proteinfunktioner, bestemmer de osmotisk aktive komponenter mellem celleindvendige og eksterne forhold og forårsager elektriske potentialer. Et sådant er membranpotentialet.

Hvad er membranpotentialet?

Alle celler har egenskaben af ​​at udvikle et membranpotentiale. Med et membranpotentiale forstås den elektriske spænding eller potentialeforskel mellem ydersiden og indersiden af ​​en cellemembran. Når koncentrerede elektrolytopløsninger af en membran skilles fra hinanden, og ledningsevnen i membranen for ioner er til stede, forekommer et membranpotentiale.

Biologiske processer i kroppen er ekstremt komplekse. Membranpotentialet spiller en afgørende rolle, især for muskel- og nerveceller, og også for alle sensoriske celler. I alle disse celler er processen i ro. Cellerne aktiveres kun af en bestemt stimulus eller excitation, og spændingen ændres. Ændringen finder sted fra hvilepotentialet og vender tilbage til det. I dette tilfælde taler man om en depolarisering.

Dette er faldet i membranpotentiale på grund af elektriske, kemiske eller mekaniske effekter. Spændingsændringen finder sted som en impuls, ledes langs membranen, transmitterer information i hele organismen og muliggør kommunikation mellem de enkelte organer, i nervesystemet og med miljøet.

Funktion & opgave

Cellen i den menneskelige krop er exciterbar og består af natriumioner, for så vidt de er ekstracellulære. Få natriumioner er til stede intracellulært. Ubalancen mellem cellen indvendigt og udvendigt skaber et negativt membranpotentiale.

Membranpotentialer er altid negativt ladede og har konstante og karakteristiske værdier i de enkelte celletyper. De måles med mikroelektroder, hvoraf den ene fører inde i cellen, og den anden er placeret som en referenceelektrode i det ekstracellulære rum.

Årsagen til et membranpotentiale er forskellen i koncentrationen af ​​ionerne. Dette betyder, at elektrisk spænding opbygges på tværs af membranen, selvom nettofordelingen af ​​positive og negative ioner er den samme på begge sider. Et membranpotentiale dannes, fordi cellens lipidlag tillader, at ioner samles på membranoverfladen, men ikke kan trænge gennem ikke-polære områder. Cellemembranen har utilstrækkelig ledningsevne for ionerne. Dette skaber et højt diffusionstryk. Ikke kun som en helhed, hver eneste celle har elektrisk ledningsevne. Diffusionstrykket fører derefter til passagen fra cytoplasmaet.

Så snart en kaliumion strømmer ud under disse betingelser, går positiv ladning tabt i cellen.Den indre membranoverflade lades derfor negativt for at skabe en balance. Dette skaber et elektrisk potentiale. Dette øges med hver skift af ionens side. Dette reducerer igen koncentrationsgradienten af ​​membranen og som et resultat kaliumets diffusionstryk. Udstrømningen afbrydes, og der oprettes en ligevægt igen.

Niveauet af et membranpotentiale adskiller sig fra celle til celle. Som regel opfører sig cellen negativt mod ydersiden af ​​cellen og varierer i størrelsesorden mellem (-) 50 mV til (-) 100 mV. I glatte muskelceller opstår der til gengæld mindre membranpotentialer på (-) 30 mV.

Så snart cellen udvides, hvilket er tilfældet i muskel- og nerveceller, adskiller membranpotentialet også rumligt. Der fungerer det primært som forplantning og signal transmission, mens det muliggør informationsbehandling i sensoriske celler. Det sidstnævnte sker i samme form i centralnervesystemet.

I mitokondrier og kloroplaster er membranpotentialet en energisk kobling mellem energimetaboliske processer. Joner transporteres mod spændingen. En måling er vanskelig under sådanne forhold, især hvis den skal finde sted uden mekanisk, kemisk eller elektrisk interferens.

Andre tilstande forekommer i det ydre af cellen, dvs. i den ekstracellulære væske. Der er ingen proteinmolekyler der, hvorfor forholdet vendes. Proteinmolekylerne har en høj konduktivitet, men kan ikke passere membranvæggen. Positive kaliumioner stræber altid efter at skabe balance i koncentrationen. Dette skaber en passiv transport af molekylerne i den ekstracellulære væske.

Denne proces fortsætter, indtil den elektriske ladning, der er opbygget, igen er i balance. I dette tilfælde er der et Nernst-potentiale. Dette betyder, at der kan beregnes et potentiale for alle ioner, da størrelsen afhænger af koncentrationsgradienten på begge sider af membranen. For kalium er størrelsesordenen (-) 70 til (-) 90 mV under fysiologiske forhold, og for natrium er den omkring (+) 60 mV.

Sygdomme og lidelser

Niveauet af membranpotentialet karakteriserer den generelle sundhed af cellerne. En sund celle er i størrelsesordenen (-) 70 til (-) 90 mV. Strømmen af ​​energi er stærk, cellen er stærkt polariseret. Halvtreds procent af den subtile energi bruges til polarisering. Membranpotentialet er derfor stort.

Det ser anderledes ud med en syg celle. På grund af det lavenergiområde har det brug for subtil energi fra sit miljø. Dermed svinger det enten vandret eller drejer til venstre. Membranpotentialet for disse celler er meget lavt, ligesom cellevibrationen. Kræfteceller f.eks. B. har kun en styrke på (-) 10 mV. Modtageligheden for infektion er derfor meget høj.