Membraanpotentieel

Al het leven komt uit de zee. Daarom zijn er omstandigheden in het lichaam die voortbouwen op deze oorspronkelijke levensomstandigheden. Dit betekent dat vitale bouwstenen in het organisme zouten zijn. Ze maken alle fysiologische processen mogelijk, maken deel uit van de organen en vormen ionen in waterige oplossing. Natrium- en kaliumchloride zijn de dominante zouten in de cellen. In ionische vorm zijn ze de drijvende kracht voor eiwitfuncties, bepalen ze de osmotisch actieve componenten tussen het binnenste van de cel en externe condities en veroorzaken ze elektrische potentialen. Een daarvan is het membraanpotentieel.

Wat is het membraanpotentieel?

Alle cellen hebben de eigenschap een membraanpotentiaal te ontwikkelen. Onder membraanpotentiaal wordt verstaan ​​de elektrische spanning of het potentiaalverschil tussen de buitenkant en de binnenkant van een celmembraan. Wanneer geconcentreerde elektrolytoplossingen van een membraan van elkaar worden gescheiden en de geleidbaarheid in het membraan voor ionen aanwezig is, treedt een membraanpotentiaal op.

Biologische processen in het lichaam zijn buitengewoon complex. Het membraanpotentiaal speelt een cruciale rol, vooral voor spier- en zenuwcellen, maar ook voor alle sensorische cellen. In al deze cellen is het proces in rust. De cellen worden alleen geactiveerd door een bepaalde prikkel of excitatie en de spanning verandert. De verandering vindt plaats vanuit het rustpotentieel en keert ernaar terug. In dit geval spreekt men van een depolarisatie.

Dit is de afname van het membraanpotentieel als gevolg van elektrische, chemische of mechanische effecten. De spanningsverandering vindt plaats als een impuls, wordt langs het membraan doorgegeven, geeft informatie door in het hele organisme en maakt communicatie mogelijk tussen de afzonderlijke organen, in het zenuwstelsel en met de omgeving.

Functie en taak

De cel in het menselijk lichaam is prikkelbaar en bestaat uit natriumionen voor zover ze extracellulair zijn. Er zijn maar weinig natriumionen intracellulair aanwezig. Door de onbalans tussen de binnenkant en de buitenkant van de cel ontstaat een negatief membraanpotentiaal.

Membraanpotentialen zijn altijd negatief geladen en hebben constante en karakteristieke waarden in de individuele celtypen. Ze worden gemeten met micro-elektroden, waarvan er één in de cel leidt en de andere als referentie-elektrode in de extracellulaire ruimte.

De oorzaak van een membraanpotentiaal is het verschil in concentratie van de ionen. Dit betekent dat er elektrische spanning over het membraan wordt opgebouwd, zelfs als de netto verdeling van positieve en negatieve ionen aan beide zijden gelijk is. Een membraanpotentiaal wordt gecreëerd omdat de lipidelaag van de cel ionen toelaat om zich op het membraanoppervlak te verzamelen, maar niet door niet-polaire gebieden kunnen dringen. Het celmembraan heeft onvoldoende geleidbaarheid voor de ionen. Hierdoor ontstaat een hoge diffusiedruk. Niet alleen als geheel heeft elke cel een elektrische geleidbaarheid. De diffusiedruk leidt dan naar de doorgang uit het cytoplasma.

Zodra onder deze omstandigheden een kaliumion naar buiten stroomt, gaat er positieve lading verloren in de cel.Dit is de reden waarom het binnenste membraanoppervlak negatief wordt geladen om een ​​balans te creëren. Dit creëert een elektrisch potentieel. Dit neemt toe met elke verandering van kant van de ionen. Dit vermindert op zijn beurt de concentratiegradiënt van het membraan en daarmee de diffusiedruk van het kalium. De uitstroom wordt onderbroken en er ontstaat weer een evenwicht.

Het niveau van een membraanpotentiaal verschilt van cel tot cel. In de regel gedraagt ​​de cel zich negatief naar de buitenkant van de cel en varieert in de orde van grootte tussen (-) 50 mV tot (-) 100 mV. In gladde spiercellen ontstaan ​​op hun beurt kleinere membraanpotentialen van (-) 30 mV.

Zodra de cel uitzet, wat het geval is bij spier- en zenuwcellen, verschilt ook de membraanpotentiaal ruimtelijk. Daar dient het voornamelijk als voortplanting en signaaloverdracht, terwijl het informatieverwerking in de sensorische cellen mogelijk maakt. Dit laatste gebeurt in dezelfde vorm in het centrale zenuwstelsel.

In de mitochondriën en chloroplasten is de membraanpotentiaal een energetische koppeling tussen de energiestofwisselingsprocessen. Ionen worden tegen de spanning in getransporteerd. Een meting is onder dergelijke omstandigheden moeilijk, vooral als deze moet plaatsvinden zonder mechanische, chemische of elektrische interferentie.

Andere aandoeningen komen voor aan de buitenkant van de cel, d.w.z. in de extracellulaire vloeistof. Daar zijn geen eiwitmoleculen, daarom is de verhouding omgekeerd. De eiwitmoleculen hebben een hoge geleidbaarheid, maar kunnen de membraanwand niet passeren. Positieve kaliumionen streven altijd naar een evenwicht tussen de concentratie. Hierdoor ontstaat een passief transport van de moleculen in de extracellulaire vloeistof.

Dit proces gaat door totdat de opgebouwde elektrische lading weer in evenwicht is. In dit geval is er een Nernst-potentieel. Dit betekent dat voor alle ionen een potentiaal berekend kan worden, aangezien de grootte afhangt van de concentratiegradiënt aan beide zijden van het membraan. In het geval van kalium is de grootte (-) 70 tot (-) 90 mV onder fysiologische omstandigheden, en in het geval van natrium ongeveer (+) 60 mV.

Ziekten en aandoeningen

Het niveau van het membraanpotentiaal kenmerkt de algemene gezondheid van de cellen. Een gezonde cel is in de orde van grootte van (-) 70 tot (-) 90 mV. De energiestroom is sterk, de cel is sterk gepolariseerd. Vijftig procent van de subtiele energie wordt gebruikt voor polarisatie. De membraanpotentiaal is daardoor hoog.

Met een zieke cel ziet het er anders uit. Vanwege het lage-energiegebied heeft het subtiele energie uit zijn omgeving nodig. Daarbij zwaait het horizontaal of naar links. Het membraanpotentiaal van deze cellen is erg laag, evenals de celtrilling. Kankercellen b.v. B. hebben slechts een grootte van (-) 10 mV. De vatbaarheid voor infectie is daarom erg hoog.