Celý život pochází z moře. V těle proto existují podmínky, které staví na těchto původních podmínkách života. To znamená, že životně důležité stavební kameny v organismu jsou soli. Umožňují všechny fyziologické procesy, jsou součástí orgánů a tvoří ionty ve vodném roztoku. Sodík a draslík chlorid jsou dominantní soli v buňkách. V iontové formě řídí proteinové funkce, určují osmoticky aktivní složky mezi vnitřkem buňky a vnějšími podmínkami a způsobují elektrické potenciály. Jedním z takových potenciálů je membránový potenciál.
Jaký je membránový potenciál?
Membránový potenciál je elektrické napětí nebo potenciální rozdíl mezi vnějškem a vnitřkem a buněčná membrána. Všechny buňky mají tu vlastnost, že tvoří membránový potenciál. Membránovým potenciálem se rozumí elektrické napětí nebo rozdíl potenciálů mezi vnějškem a vnitřkem a buněčná membrána. Při koncentrovaném elektrolytu řešení membrány jsou od sebe odděleny a v membráně je vodivost pro ionty, nastává membránový potenciál. Biologické procesy v těle jsou extrémně složité. Zejména pro svalové a nervové buňky a také pro všechny senzorické buňky hraje rozhodující roli membránový potenciál. Ve všech těchto buňkách je proces v klidovém stavu. Pouze určitým stimulem nebo excitací se buňky aktivují a dojde ke změně napětí. Ke změně dochází z klidového potenciálu a vrací se k němu. V tomto případě mluvíme o depolarizaci. Jedná se o pokles membránového potenciálu v důsledku elektrických, chemických nebo mechanických účinků. Změna napětí probíhá jako impuls a je přenášena po membráně, čímž se přenášejí informace v celém organismu a umožňuje vzájemnou komunikaci jednotlivých orgánů, nervový systéma životní prostředí.
Funkce a úkol
Buňka v lidském těle je vzrušivá a skládá se z sodík ionty, pokud jsou extracelulární. Málo sodík ionty jsou přítomny intracelulárně. Nerovnováha mezi vnitřkem a vnějškem buňky má za následek negativní membránový potenciál. Membránové potenciály jsou vždy záporně nabité a mají konstantní a charakteristické veličiny v jednotlivých typech buněk. Měří se mikroelektrodami, přičemž jedna vede do vnitřku buňky a druhá je umístěna v extracelulárním prostoru jako referenční elektroda. Příčinou membránového potenciálu je rozdíl v koncentrace iontů. To znamená, že se na membráně hromadí elektrické napětí, i když je to síť distribuce kladných a záporných iontů je na obou stranách stejná. Zvyšuje se membránový potenciál, protože lipidová vrstva buňky umožňuje akumulaci iontů na povrchu membrány, ale nemohou pronikat nepolárními oblastmi. The buněčná membrána má pro ionty příliš nízkou vodivost. To má za následek vysoký difúzní tlak. Nejen jako celek má každá jednotlivá buňka elektrickou vodivost. Difúzní tlak pak vede k přenosu z cytoplazmy. Jakmile a draslík iont za těchto podmínek uniká, v buňce se ztrácí kladný náboj. V důsledku toho se povrch vnitřní membrány negativně nabije, aby vytvořil a vyvážit. Tím se vytvoří elektrický potenciál. To se zvyšuje s každou změnou stran iontů. Na druhé straně koncentrace gradient membrány klesá a s ním i difúzní tlak draslík. Odtok se tak přeruší a vytvoří se nová rovnováha. Úroveň membránového potenciálu se u jednotlivých buněk liší. Je zpravidla negativní vzhledem k vnějšku buňky a mění se v rozsahu od (-) 50 mV do (-) 100 mV. V buňkách hladkého svalstva se naopak vyvíjejí menší membránové potenciály (-) 30 mV. Jakmile se buňka roztahuje, což je případ svalových a nervových buněk, membránový potenciál se také prostorově liší. Tam slouží především jako šíření a přenos signálu, zatímco ve senzorických buňkách umožňuje zpracování informací. Ta druhá se vyskytuje ve stejné formě v centrální nervový systém. V mitochondrie a chloroplasty, membránový potenciál je energetické spojení mezi energetickými metabolickými procesy. V tomto procesu jsou ionty transportovány proti napětí. Za takových podmínek je měření obtížné, zejména pokud má probíhat bez mechanického, chemického nebo elektrického rušení. Další poměry se vyskytují v exteriéru buňky, tj. V extracelulární tekutině. Neexistují žádné bílkoviny molekuly tam je proto poměr obrácen. Ačkoli protein molekuly mají vysokou vodivost, nemohou projít stěnou membrány. Pozitivní ionty draslíku se vždy snaží vyvážit ο koncentrace. Pasivní přeprava molekuly v extracelulární tekutině. Tento proces pokračuje, dokud nahromaděný elektrický náboj není znovu v rovnováze. V tomto případě nastane Nernstův potenciál. To říká, že potenciál lze vypočítat pro všechny ionty, protože velikost závisí na koncentračním gradientu na obou stranách membrány. U draslíku je velikost za fyziologických podmínek (-) 70 až (-) 90 mV a u sodíku přibližně (+) 60 mV.
Nemoci a poruchy
Velikost membránového potenciálu charakterizuje generála zdraví buněk. Zdravá buňka má velikost (-) 70 až (-) 90 mV. Tok energie je silný a buňka je vysoce polarizovaná. Padesát procent jemné energie se používá k polarizaci. Proto je membránový potenciál vysoký. V nemocné cele je situace jiná. Energeticky chudá oblast potřebuje energii jemného materiálu ze svého prostředí. Přitom provádí buď vodorovnou oscilaci, nebo otočení doleva. Membránový potenciál těchto buněk je velmi nízký, stejně jako vibrace buněk. Rakovina buňky mají například pouze velikost (-) 10 mV. Náchylnost k infekci je proto velmi vysoká.
