Membranpotensial

Alt liv kommer fra havet. Derfor er det forhold i kroppen som bygger på disse opprinnelige levekårene. Dette betyr at viktige byggesteiner i organismen er salter. De muliggjør alle fysiologiske prosesser, er en del av organene og danner ioner i vandig løsning. Natrium og kaliumklorid er de dominerende saltene i cellene. I ionisk form er de drivkraften for proteinfunksjoner, bestemmer de osmotisk aktive komponentene mellom celleinnvendige og ytre forhold og forårsaker elektriske potensialer. Et slikt er membranpotensialet.

Hva er membranpotensialet?

Alle celler har egenskapen til å utvikle et membranpotensial. Med et membranpotensial forstås den elektriske spenningen eller potensialforskjellen mellom utsiden og innsiden av en cellemembran. Når konsentrerte elektrolyttløsninger av en membran skilles fra hverandre og ledningsevnen i membranen for ioner er til stede, oppstår et membranpotensial.

Biologiske prosesser i kroppen er ekstremt kompliserte. Membranpotensialet spiller en avgjørende rolle, spesielt for muskel- og nerveceller, samt for alle sensoriske celler. I alle disse cellene er prosessen i ro. Cellene blir bare aktivert av en viss stimulans eller eksitasjon og det skjer en endring i spenningen. Endringen skjer fra hvilepotensialet og går tilbake til det. I dette tilfellet snakker man om en depolarisering.

Dette er reduksjonen i membranpotensialet på grunn av elektriske, kjemiske eller mekaniske effekter. Spenningsendringen skjer som en impuls, føres videre langs membranen, overfører informasjon i hele organismen og muliggjør kommunikasjon mellom de enkelte organer, i nervesystemet og med omgivelsene.

Funksjon & oppgave

Cellen i menneskekroppen er spennende og består av natriumioner så langt de er ekstracellulære. Få natriumioner er til stede intracellulært. Ubalansen mellom innsiden og utsiden av cellen skaper et negativt membranpotensial.

Membranpotensialer er alltid negativt ladet og har konstante og karakteristiske verdier i de enkelte celletyper. De måles med mikroelektroder, hvorav den ene fører inne i cellen og den andre er plassert i det ekstracellulære rommet som en referanseelektrode.

Årsaken til et membranpotensial er forskjellen i konsentrasjonen av ionene. Dette betyr at elektrisk spenning bygger seg opp over membranen, selv om nettofordelingen av positive og negative ioner er den samme på begge sider. Et membranpotensial skapes fordi lipidsjiktet i cellen lar ioner samle seg på membranoverflaten, men ikke kan trenge gjennom ikke-polare områder. Cellemembranen har utilstrekkelig konduktivitet for ionene. Dette skaper et høyt diffusjonstrykk. Ikke bare som en helhet, hver eneste celle har elektrisk ledningsevne. Diffusjonstrykket fører deretter til passering fra cytoplasma.

Så snart et kaliumion strømmer ut under disse forholdene, går positiv ladning tapt i cellen.Den indre membranoverflaten lades derfor negativt for å skape en balanse. Dette skaper et elektrisk potensial. Dette øker med hver sideveksling av ionene. Dette reduserer igjen konsentrasjonsgradienten til membranen og som et resultat diffusjonstrykket til kaliumet. Utstrømningen blir avbrutt og det skapes en likevekt igjen.

Nivået på et membranpotensial skiller seg fra celle til celle. Som regel oppfører cellen seg negativt mot utsiden av cellen og varierer i størrelsesorden mellom (-) 50 mV til (-) 100 mV. I glatte muskelceller oppstår det igjen mindre membranpotensialer med (-) 30 mV.

Så snart cellen utvider seg, som er tilfelle i muskel- og nerveceller, skiller membranpotensialet seg også romlig. Der fungerer det først og fremst som forplantning og signaloverføring, mens det muliggjør informasjonsbehandling i sensoriske celler. Det siste skjer i samme form i sentralnervesystemet.

I mitokondriene og kloroplastene er membranpotensialet en energisk kobling mellom energimetabolismeprosessene. Joner transporteres mot spenningen. En måling er vanskelig under slike forhold, spesielt hvis den skal skje uten mekanisk, kjemisk eller elektrisk forstyrrelse.

Andre forhold forekommer på utsiden av cellen, dvs. i den ekstracellulære væsken. Det er ingen proteinmolekyler der, og det er grunnen til at forholdet er reversert. Proteinmolekylene har en høy konduktivitet, men kan ikke passere gjennom membranveggen. Positive kaliumioner prøver alltid å balansere konsentrasjonen. Dette skaper en passiv transport av molekylene i den ekstracellulære væsken.

Denne prosessen fortsetter til den elektriske ladningen som har bygget seg opp er i likevekt igjen. I dette tilfellet er det et Nernst-potensial. Dette betyr at et potensial kan beregnes for alle ioner, siden størrelsen avhenger av konsentrasjonsgradienten på begge sider av membranen. For kalium er størrelsesorden (-) 70 til (-) 90 mV under fysiologiske forhold, og for natrium rundt (+) 60 mV.

Sykdommer og plager

Nivået på membranpotensialet kjennetegner den generelle helsen til cellene. En sunn celle er i størrelsesorden (-) 70 til (-) 90 mV. Strømmen av energi er sterk, cellen er sterkt polarisert. Femti prosent av den subtile energien brukes til polarisering. Membranpotensialet er derfor høyt.

Det ser annerledes ut med en syk celle. På grunn av lavenergiområdet trenger den subtile energi fra omgivelsene. Dermed svinger den enten horisontalt eller svinger seg mot venstre. Membranpotensialet til disse cellene er veldig lavt, det samme er cellevibrasjonen. Kreftceller f.eks. B. har bare en styrke på (-) 10 mV. Følsomheten for infeksjoner er derfor veldig høy.