Ma tean, et see võib olla rumal, kuid olen segaduses sellega, mis membraanipotentsiaal tegelikult on. Saan aru, et puhkeseisundis on membraani potentsiaal -70-80 mV. Kuid mida see täpselt tähendab ja kuidas see kõik seostub difusioonipotentsiaalideks ja tasakaalupotentsiaalideks.
Membraanipotentsiaali olemasolu on just selline: seni, kuni rakud on elus, püüavad rakud hoida oma tsütosooli väljaspool suppi, peamiselt naatriumioonide väljutamise teel. Seal on pikem lugu, kus rakud pumpavad muid ioone sisse või välja või lekivad tasakaaluhäire tõttu ioone, kuid puhkev membraanipotentsiaal pöörleb tõesti naatriumi ümber. Naatriumis on membraani tasakaalustamatus ja see sunnib naatriumi loomulikult tasakaalustama, proovides tagasi lekkida.
Olen kindel, et olete kuulnud kuulsast naatrium / kaalium ATPaasist. See väljutab naatriumioone, lastes samas vähem positiivseid ioone. Rakud on lihtsalt enim uuritud, tagades, et nende sisemised katioonivaesemad on, st negatiivselt laetud võrreldes nende keskkonnaga.
Kõik need pumbad sõltuvad ATP-st ja te teaksite ATP on peamine energiavaru. Nii kaua kui rakud elavad ja teevad ATP-d, suudavad nad säilitada seda erinevust oma sisemuses ja keskkonnas. Kui nad surevad, on ATP kadunud, pumbad seiskuvad ja puudub naatriumi tasakaalutus - puudub membraanipotentsiaal.
Difusioonipotentsiaal on kunstlik mõiste, mida kasutame mõtestamiseks membraani. Kujutame ette membraani, mis vastandub ainult naatriumi liikumisele, ja arvutame välja, kui raske on (kui palju energiat tuleb kulutada) hoida madala naatriumisisalduse asümmeetriat - väljaspool kõrgemat naatriumi olid poolläbilaskvasse membraani auk. Õnneks võime kasutada mõnda füüsikat ja matemaatikat ning arvata, et see energia sõltub naatriumi kontsentratsioonide suhtest ([Na] jagatuna [Na] välja). Tüüpiliste rakkude puhul on raku sees 150 mM Na ja raku sees 15 mM Na; füüsika ütleb meile, et Na-iooni väljahoidmiseks kulub 62 millielektronvolti, kui mõni auk on leitud.
Kui te ei anna neid 62 meV ja te ei sulge lekkimiseks uksi, naatrium ioonid lendavad sisse. Ja nii juhtub depolarisatsioonis, kui naatriumil on võimalus liikuda.
Need elektronvoltid on energia või töö ühik. Me võime mõelda mõnele viisile, kuidas seda tööd teha Na-ioonil, mis üritab sisse lekkida: kuumutage rakku, kuni ioonid ei hooli liikumissuunast, hoidke välist Na-d mõnes tihedas keemilises struktuuris jne. Kuid lihtsaim viis on rakendage elektrivälja. Kui lisate kontsentratsiooni tasakaalustamatusele 62 mV elektrilise potentsiaali elektrilise erinevuse, peatasite naatriumi voolu mõlemal viisil. Hangi natuke alla 62 mV ja Na-ioonid jätkavad oma vanu viise ja üritavad tulutult rakku lekkida. Saage natuke üle 62 mV ja naatriumi vool jõuab vastupidiselt. Püsige 62 mV peal ja saavutate tasakaalu potentsiaali : kummalgi suunal ei ole ülekaalu.
Pilt on teiste ioonide arvestamisel palju keerulisem, kuid faktid on :
Mõistmaks membraanipotentsiaali, peaksite mõistma -80mv ühikuid. Negatiivne märk on suhteline vaatleja, teie enda, raku sisemusse. Teie vaatenurgast on seestpoolt liiga palju negatiivseid ioone. Raku välisküljel on positiivsete ioonide liig.
Ioonid on mateeria nagu Na +, K +, Cl-. Kui elekter voolab läbi juhtme, voolavad elektronid liigsest negatiivsest laengust negatiivse laengu puudujäägini.Kui rakk tekitab tegevuspotentsiaali, liigutab see Na + rakust väljapoole, mis liigutab potentsiaali 0 mv-st, negatiivne. Arv -80mv või mis tahes potentsiaal, mida võib täheldada, on punkt, kus positiivsete ioonide netovoog rakust ei lahku.
Na + pumbatakse aktiivselt rakust välja, kasutades energiat. K + juhitakse passiivselt rakku lihtsa difusiooni teel, et neutraliseerida laengu tasakaalustamatust. Na + väljavoolule ja K + sissevoolule vastanduvad nende difusioonigradientid. Ioonid voolavad suurest kontsentratsioonist madalaks.
-80mv juures on Na + kontsentratsioon väljaspool rakku kõrge. Rakusisene Na + pumbatakse välja, et võidelda tagasi lekkimisega. K + kontsentratsioon on raku sees selle passiivsest difusioonist kõrge, et elektriline potentsiaal tühistada.
Füüsika, miks K + -80mv ei neutraliseeri, on selle kontsentratsiooni gradiendis. Selle gradiendi abil tõmmatakse K + rakust väljapoole ja elektriline potentsiaal juhib seda sissepoole. Rakumembraani kogu elektriline potentsiaal on -80 mv antud raku võime korral säilitada rakusisene ioonide kontsentratsioon.
Membraanipotentsiaali AKA membraani elektrokeemilist potentsiaali võib pidada aku analoogseks pingeks, mis kogeb kogu membraani.
Rakuväline külg on tavaliselt positiivne, samas kui tsütoplasma pool on tavaliselt negatiivne. See indutseerib elektrokeemilise gradiendi ioonidega, mis eelistavad konkreetset külge sõltuvalt nende laengust.
Ioonide tasakaalu saab säilitada transpordipumbad, mis "sunnivad" elektrokeemilise potentsiaali erinevust membraani potentsiaali mõlemal küljel. Kui membraan on teatud tüüpi ioonidele läbilaskev, siis toimuvad difusiooniprotsessid ioonide difundeerumisena ioonide kontsentratsioonist sõltuvalt nende eelistatud asukohta.
Wikipedia on membraani potentsiaali säilitamise funktsionaalsete eeliste kena ülevaade:
Esiteks võimaldab see rakul toimida akuna, pakkudes energiat mitmesuguste "molekulaarsete" käitamiseks seadmed "membraani sisse põimitud. Teiseks kasutatakse elektriliselt erutatavates rakkudes, näiteks neuronites ja lihasrakkudes, signaali edastamiseks raku erinevate osade vahel.
See on täiustatud kontseptsioon, nii et võib-olla selgitavad mõned videoõpetused minu sõnadest paremini. Alustage ehk siit.