Potenziale di membrana

Tutta la vita viene dal mare. Pertanto ci sono condizioni nel corpo che si basano su queste condizioni di vita originali. Ciò significa che i mattoni vitali nell'organismo sono i sali. Consentono tutti i processi fisiologici, fanno parte degli organi e formano ioni in soluzione acquosa. Il sodio e il cloruro di potassio sono i sali dominanti nelle cellule. In forma ionica, sono la forza trainante per le funzioni delle proteine, determinano i componenti osmoticamente attivi tra le condizioni interne ed esterne della cellula e causano potenziali elettrici. Uno di questi è il potenziale di membrana.

Qual è il potenziale della membrana?

Tutte le cellule hanno la proprietà di sviluppare un potenziale di membrana. Per potenziale di membrana si intende la tensione elettrica o la differenza di potenziale tra l'esterno e l'interno di una membrana cellulare. Quando le soluzioni elettrolitiche concentrate di una membrana sono separate l'una dall'altra ed è presente la conduttività nella membrana per gli ioni, si verifica un potenziale di membrana.

I processi biologici nel corpo sono estremamente complessi. Il potenziale di membrana gioca un ruolo cruciale, soprattutto per le cellule muscolari e nervose, e anche per tutte le cellule sensoriali. In tutte queste cellule il processo è a riposo. Le cellule vengono attivate solo da un certo stimolo o eccitazione e la tensione cambia. Il cambiamento avviene dal potenziale di riposo e ritorna ad esso. In questo caso si parla di depolarizzazione.

Questa è la diminuzione del potenziale di membrana a causa di effetti elettrici, chimici o meccanici. La variazione di tensione avviene come un impulso, si trasmette lungo la membrana, trasmette informazioni a tutto l'organismo e consente la comunicazione tra i singoli organi, nel sistema nervoso e con l'ambiente.

Funzione e compito

La cellula del corpo umano è eccitabile e consiste di ioni sodio in quanto extracellulari. A livello intracellulare sono presenti pochi ioni sodio. Lo squilibrio tra l'interno e l'esterno della cellula crea un potenziale di membrana negativo.

I potenziali di membrana sono sempre caricati negativamente e hanno valori costanti e caratteristici nei singoli tipi di cellule. Sono misurati con microelettrodi, uno dei quali porta all'interno della cellula e l'altro si trova come elettrodo di riferimento nello spazio extracellulare.

La causa di un potenziale di membrana è la differenza di concentrazione degli ioni. Ciò significa che la tensione elettrica si accumula attraverso la membrana, anche se la distribuzione netta di ioni positivi e negativi è la stessa su entrambi i lati. Viene creato un potenziale di membrana perché lo strato lipidico della cellula consente agli ioni di accumularsi sulla superficie della membrana, ma non possono penetrare attraverso aree non polari. La membrana cellulare ha una conduttività insufficiente per gli ioni. Questo crea un'elevata pressione di diffusione. Non solo nel suo insieme, ogni singola cella ha conducibilità elettrica. La pressione di diffusione porta quindi al passaggio dal citoplasma.

Non appena uno ione di potassio fuoriesce in queste condizioni, la carica positiva viene persa nella cellula.Questo è il motivo per cui la superficie della membrana interna è caricata negativamente per creare un equilibrio. Questo crea un potenziale elettrico. Questo aumenta con ogni cambio di lato degli ioni. Ciò a sua volta riduce il gradiente di concentrazione della membrana e, di conseguenza, la pressione di diffusione del potassio. Il deflusso viene interrotto e si crea nuovamente un equilibrio.

Il livello di un potenziale di membrana varia da cellula a cellula. Di norma, la cella si comporta in modo negativo all'esterno della cella e varia nell'ordine di grandezza tra (-) 50 mV e (-) 100 mV. Nelle cellule muscolari lisce, invece, sorgono potenziali di membrana più piccoli di (-) 30 mV.

Non appena la cellula si espande, come nel caso delle cellule muscolari e nervose, anche il potenziale di membrana differisce spazialmente. Lì serve principalmente come propagazione e trasmissione del segnale, mentre consente l'elaborazione delle informazioni nelle cellule sensoriali. Quest'ultimo avviene nella stessa forma nel sistema nervoso centrale.

Nei mitocondri e nei cloroplasti, il potenziale di membrana è un accoppiamento energetico tra i processi metabolici energetici. Gli ioni vengono trasportati contro la tensione. Una misurazione è difficile in tali condizioni, soprattutto se deve avvenire senza interferenze meccaniche, chimiche o elettriche.

Altre condizioni si verificano all'esterno della cellula, cioè nel fluido extracellulare. Non ci sono molecole proteiche lì, motivo per cui il rapporto è invertito. Le molecole proteiche hanno un'elevata conduttività, ma non possono passare la parete della membrana. Gli ioni di potassio positivi si sforzano sempre di bilanciare la concentrazione. Questo crea un trasporto passivo delle molecole nel fluido extracellulare.

Questo processo continua fino a quando la carica elettrica che si è accumulata è di nuovo in equilibrio. In questo caso c'è un potenziale Nernst. Ciò significa che è possibile calcolare un potenziale per tutti gli ioni, poiché la dimensione dipende dal gradiente di concentrazione su entrambi i lati della membrana. Nel caso del potassio, l'entità in condizioni fisiologiche è compresa tra (-) 70 e (-) 90 mV, nel caso del sodio è di circa (+) 60 mV.

Malattie e disturbi

Il livello del potenziale di membrana caratterizza la salute generale delle cellule. Una cellula sana è dell'ordine di (-) 70 a (-) 90 mV. Il flusso di energia è forte, la cellula è fortemente polarizzata. Il cinquanta percento dell'energia sottile viene utilizzato per la polarizzazione. Il potenziale di membrana è quindi elevato.

Sembra diverso con una cellula malata. A causa dell'area a bassa energia, ha bisogno di energia sottile dal suo ambiente. In tal modo, oscilla orizzontalmente o gira a sinistra. Il potenziale di membrana di queste cellule è molto basso, così come la vibrazione cellulare. Cellule cancerose ad es. B. hanno solo una magnitudo di (-) 10 mV. La suscettibilità alle infezioni è quindi molto alta.