Kogu elu tuleb merest. Seetõttu on kehas tingimused, mis põhinevad neil algupärastel elutingimustel. See tähendab, et elutähtsad ehitusplokid on soolad. Need võimaldavad kõiki füsioloogilisi protsesse, on osa elunditest ja moodustavad vesilahuses ioone. Naatrium- ja kaaliumkloriid on rakkudes domineerivad soolad. Ioonilisel kujul on need valkude funktsioonide liikumapanev jõud, määravad osmootselt aktiivsed komponendid raku sisemuse ja väliste tingimuste vahel ning põhjustavad elektripotentsiaali. Üks selline on membraanipotentsiaal.
Milline on membraanipotentsiaal?
Kõigil rakkudel on membraanipotentsiaali arendamise omadus. Membraanipotentsiaali all mõeldakse elektrilist pinget või potentsiaalide erinevust rakumembraani välis- ja sisekülje vahel. Kui membraani kontsentreeritud elektrolüüdilahused on üksteisest eraldatud ja membraanis on juhtivus ioonide jaoks, tekib membraanipotentsiaal.
Bioloogilised protsessid kehas on äärmiselt keerulised. Membraanipotentsiaal mängib üliolulist rolli, eriti lihas- ja närvirakkude ning ka kõigi sensoorsete rakkude jaoks. Kõigis neis rakkudes on protsess puhkeseisundis. Rakud aktiveeritakse ainult teatud stiimuli või ergutuse abil ja toimub pinge muutus. Muutus toimub puhkepotentsiaalist ja naaseb selle juurde. Sel juhul räägitakse depolarisatsioonist.
See on membraanipotentsiaali vähenemine elektriliste, keemiliste või mehaaniliste mõjude tõttu. Pingemuutus toimub impulssina, kandub edasi piki membraani, edastab teavet kogu organismis ja võimaldab sidet üksikute elundite vahel, närvisüsteemis ja keskkonnaga.
Funktsioon ja ülesanne
Inimkeha rakk on erutuv ja koosneb naatriumioonidest niivõrd, kuivõrd need on rakuvälised. Rakusiseselt esinevad vähesed naatriumioonid. Lahtri sisemise ja välimise tasakaalustamatus loob negatiivse membraanipotentsiaali.
Membraanipotentsiaalid on alati negatiivselt laetud ja neil on üksikute rakutüüpide korral püsivad ja iseloomulikud väärtused. Neid mõõdetakse mikroelektroodidega, millest üks viib raku sisemusse ja teine asub rakuvälises ruumis võrdluselektroodina.
Membraanipotentsiaali põhjus on ioonide kontsentratsiooni erinevus. See tähendab, et elektripinge koguneb üle membraani, isegi kui positiivsete ja negatiivsete ioonide netojaotus on mõlemal küljel sama. Membraanipotentsiaal luuakse, kuna raku lipiidikiht võimaldab ioonidel akumuleeruda membraani pinnale, kuid ei suuda tungida läbi mittepolaarsete alade. Rakumembraanil puudub ioonide jaoks piisav juhtivus. See loob kõrge difusioonirõhu. Mitte ainult tervikuna, on igal elemendil elektrijuhtivus. Seejärel viib difusioonirõhk tsütoplasmast väljumiseni.
Niipea kui sellistes tingimustes voolab välja kaaliumioon, kaob rakus positiivne laeng.Seetõttu on sisemise membraani pind tasakaalu loomiseks negatiivselt laetud. See loob elektrilise potentsiaali. See suureneb ioonide iga külje muutumisega. See omakorda vähendab membraani kontsentratsioonigradienti ja selle tagajärjel kaaliumi difusioonirõhku. Väljavool katkestatakse ja tasakaal taas luuakse.
Membraanipotentsiaali tase erineb rakkude kaupa. Reeglina käitub rakk lahtri väliskülje suhtes negatiivselt ja varieerub suurusjärgus vahemikus (-) 50 mV kuni (-) 100 mV. Silelihasrakkudes tekivad seevastu väiksemad membraanipotentsiaalid (-) 30 mV.
Niipea kui rakk laieneb, mis on nii lihas- ja närvirakkudes, erineb membraani potentsiaal ka ruumiliselt. Seal teenib see peamiselt levikut ja signaali edastamist, samal ajal kui see võimaldab teabe töötlemist sensoorsetes rakkudes. Viimane juhtub kesknärvisüsteemis samal kujul.
Mitokondrites ja kloroplastides on membraanipotentsiaal energiavahetusprotsesside energeetiline ühenduslüli. Ioone transporditakse pinge suhtes. Mõõtmine on sellistes tingimustes keeruline, eriti kui see peaks toimuma ilma mehaaniliste, keemiliste või elektriliste häireteta.
Muud seisundid esinevad raku välispinnal, st rakuvälises vedelikus. Seal puuduvad valgumolekulid, mistõttu suhe on vastupidine. Valgu molekulidel on kõrge juhtivus, kuid need ei pääse läbi membraaniseina. Positiivsed kaaliumioonid püüavad alati kontsentratsiooni tasakaalustada. See loob molekulide passiivse transpordi rakuvälises vedelikus.
Seda protsessi jätkatakse seni, kuni kogunenud elektrilaeng on taas tasakaalus. Sel juhul on olemas Nernsti potentsiaal. See tähendab, et potentsiaali saab arvutada kõigi ioonide jaoks, kuna suurus sõltub kontsentratsiooni gradiendist mõlemal pool membraani. Kaaliumi korral on suurusjärk (-) 70 kuni (-) 90 mV füsioloogilistes tingimustes ja naatriumi korral umbes (+) 60 mV.
Haigused ja tervisehäired
Membraanipotentsiaali tase iseloomustab rakkude üldist tervist. Tervislik rakk on suurusjärgus (-) 70 kuni (-) 90 mV. Energiavoog on tugev, rakk on tugevalt polariseeritud. Viiskümmend protsenti peenest energiast kasutatakse polarisatsiooniks. Seetõttu on membraani potentsiaal kõrge.
Haige rakuga näeb see välja teisiti. Madala energiatarbega piirkonna tõttu vajab ta oma keskkonnast peent energiat. Seejuures liigub see kas horisontaalselt või pöördub vasakule. Nende rakkude membraanipotentsiaal on väga madal, nagu ka raku vibratsioon. Vähirakud nt. B. tugevus on ainult (-) 10 mV. Seetõttu on vastuvõtlikkus nakkustele väga kõrge.
.jpg)
