Potencjał błony

Całe życie pochodzi z morza. Dlatego w organizmie istnieją warunki, które opierają się na tych pierwotnych warunkach życia. Oznacza to, że istotnym budulcem organizmu są sole. Umożliwiają wszystkie procesy fizjologiczne, wchodzą w skład narządów i tworzą jony w roztworze wodnym. Sód i chlorek potasu to dominujące sole w komórkach. W postaci jonowej są siłą napędową funkcji białek, określają osmotycznie aktywne składniki między wnętrzem komórki a warunkami zewnętrznymi i powodują powstawanie potencjałów elektrycznych. Jednym z nich jest potencjał błonowy.

Jaki jest potencjał błonowy?

Wszystkie komórki mają właściwość rozwijania potencjału błonowego. Potencjał błony jest rozumiany jako napięcie elektryczne lub różnica potencjałów między zewnętrzną a wewnętrzną stroną błony komórkowej. Kiedy stężone roztwory elektrolitów w membranie są oddzielane od siebie i występuje przewodnictwo w membranie dla jonów, pojawia się potencjał membrany.

Procesy biologiczne w organizmie są niezwykle złożone. Potencjał błonowy odgrywa kluczową rolę, zwłaszcza w przypadku komórek mięśniowych i nerwowych, a także wszystkich komórek czuciowych. We wszystkich tych komórkach proces przebiega w spoczynku. Komórki są aktywowane tylko przez określony bodziec lub wzbudzenie i następuje zmiana napięcia. Zmiana następuje z potencjału spoczynkowego i powraca do niego. W tym przypadku mówi się o depolaryzacji.

Jest to spadek potencjału błonowego spowodowany efektami elektrycznymi, chemicznymi lub mechanicznymi. Zmiana napięcia następuje w postaci impulsu, przekazywana jest wzdłuż błony, przekazuje informacje w całym organizmie i umożliwia komunikację pomiędzy poszczególnymi narządami, układem nerwowym i otoczeniem.

Funkcja i zadanie

Komórka w ludzkim ciele jest pobudliwa i składa się z jonów sodu, o ile są one zewnątrzkomórkowe. Niewiele jonów sodu występuje wewnątrzkomórkowo. Brak równowagi między wnętrzem a zewnętrzem komórki tworzy ujemny potencjał błonowy.

Potencjały błony są zawsze naładowane ujemnie i mają stałe i charakterystyczne wartości w poszczególnych typach komórek. Są mierzone za pomocą mikroelektrod, z których jedna prowadzi do wnętrza komórki, a druga jest umieszczona jako elektroda odniesienia w przestrzeni zewnątrzkomórkowej.

Przyczyną potencjału błonowego jest różnica w stężeniu jonów. Oznacza to, że napięcie elektryczne rośnie w poprzek membrany, nawet jeśli rozkład netto jonów dodatnich i ujemnych jest taki sam po obu stronach. Potencjał błonowy powstaje, ponieważ warstwa lipidowa komórki umożliwia gromadzenie się jonów na powierzchni membrany, ale nie może przenikać przez obszary niepolarne. Błona komórkowa ma niewystarczającą przewodność dla jonów. Powoduje to wysokie ciśnienie dyfuzyjne. Nie tylko jako całość, każda pojedyncza komórka ma przewodność elektryczną. Ciśnienie dyfuzyjne prowadzi następnie do przejścia z cytoplazmy.

Gdy tylko jon potasu wypłynie w tych warunkach, w ogniwie następuje utrata ładunku dodatniego.Dlatego wewnętrzna powierzchnia membrany zostaje w wyniku tego naładowana ujemnie, aby stworzyć równowagę. To tworzy potencjał elektryczny. Zwiększa się to z każdą zmianą strony jonów. To z kolei zmniejsza gradient stężeń membrany, aw rezultacie ciśnienie dyfuzyjne potasu. Wypływ zostaje przerwany i przywrócona zostaje równowaga.

Poziom potencjału błonowego różni się w zależności od komórki. Z reguły ogniwo zachowuje się negatywnie na zewnątrz komórki i zmienia się w rzędzie wielkości od (-) 50 mV do (-) 100 mV. Z kolei w komórkach mięśni gładkich powstają mniejsze potencjały błonowe (-) 30 mV.

Gdy tylko komórka rozszerza się, co ma miejsce w komórkach mięśniowych i nerwowych, potencjał błonowy również różni się przestrzennie. Tam służy przede wszystkim do propagacji i transmisji sygnału, a jednocześnie umożliwia przetwarzanie informacji w komórkach czuciowych. To ostatnie dzieje się w tej samej formie w ośrodkowym układzie nerwowym.

W mitochondriach i chloroplastach potencjał błonowy jest energetycznym sprzężeniem między energetycznymi procesami metabolicznymi. Jony są transportowane przeciwko napięciu. W takich warunkach pomiar jest trudny, zwłaszcza jeśli ma odbywać się bez zakłóceń mechanicznych, chemicznych lub elektrycznych.

Inne stany występują na zewnątrz komórki, tj. W płynie zewnątrzkomórkowym. Nie ma tam cząsteczek białka, dlatego stosunek jest odwrócony. Cząsteczki białka mają wysoką przewodność, ale nie mogą przejść przez ścianę membrany. Dodatnie jony potasu zawsze dążą do zrównoważenia stężenia. Powoduje to bierny transport cząsteczek w płynie zewnątrzkomórkowym.

Proces ten trwa, dopóki nagromadzony ładunek elektryczny nie znajdzie się ponownie w równowadze. W tym przypadku istnieje potencjał Nernsta. Oznacza to, że potencjał można obliczyć dla wszystkich jonów, ponieważ ich wielkość zależy od gradientu stężeń po obu stronach membrany. W przypadku potasu wielkość w warunkach fizjologicznych wynosi od (-) 70 do (-) 90 mV, w przypadku sodu około (+) 60 mV.

Choroby i dolegliwości

Poziom potencjału błonowego charakteryzuje ogólny stan zdrowia komórek. Zdrowa komórka jest rzędu (-) 70 do (-) 90 mV. Przepływ energii jest silny, ogniwo jest silnie spolaryzowane. Pięćdziesiąt procent subtelnej energii jest wykorzystywane do polaryzacji. Dlatego potencjał błonowy jest wysoki.

Inaczej wygląda to z chorą komórką. Ze względu na obszar niskoenergetyczny potrzebuje subtelnej energii z otoczenia. Robiąc to, przechyla się poziomo lub skręca w lewo. Potencjał błonowy tych komórek jest bardzo niski, podobnie jak wibracje komórki. Komórki rakowe np. B. mają tylko wielkość (-) 10 mV. Dlatego podatność na infekcje jest bardzo wysoka.