Membránový potenciál
Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Membránový potenciál je rozdíl elektrického potenciálu mezi dvěma stranami biologické membrány. Z fyzikálního hlediska je to vlastně napětí na polarizované semipermeabilní membráně. Vzniká jako důsledek působení elektrochemického gradientu malých iontů a protonů.
Z vlastností polopropustné membrány totiž vyplývá, že průchod většiny látek není většině případů možný volně. Volně mohou přes membránu procházet pouze ty molekuly, které jsou rozpustné v tucích, a takové molekuly, které jsou pouze slabě polarizovány (voda, močovina, glycerol, oxid uhličitý – a to pouze v místech silného zakřivení nebo při změně elektrického pole). Nabité částice mohou přes membránu projít za předpokladu, že pro ně existuje buď kanál, kterým by mohly projít, nebo specifický přenašeč.
Z toho plyne i nerovnoměrné rozdělení iontů vně a uvnitř membrány.
[editovat] Klidový membránový potenciál
Mezi vnější a vnitřní částí cytoplasmatické membrány naprosté většiny živých buněk v existuje klidový membránový potenciál, jehož hodnota je –30 až –90 mV. Rozdíly v koncentracích iontů vně a uvnitř buňky způsobí, že vnitřní povrch membrány nese záporný náboj, vnější povrch pak náboj kladný. Klidový membránový potenciál je třeba chápat jako výsledek rovnováhy, která se ustaví na základě koncentračního a elektrického gradientu jednotlivých iontů. Uvnitř buňky je značné množství bílkovin, které nemohou procházet přes membránu a které nesou záporný náboj. To je výchozí stav pro pochopení negativity vnitřku buňky.
Koncentrace iontů v extracelulárním prostoru se velmi liší od koncentrace iontů uvnitř buňky:
| Intracelulární koncentrace [mmol/l] | Extracelulární koncentrace [mmol/l] | ||
|---|---|---|---|
| Na+ | 12 | Na+ | 145 |
| K+ | 155 | K+ | 4 |
| Ca2+ | 10-8 - 10-7 | Ca2+ | 2 |
| Cl- | 4 | Cl- | 120 |
| HCO3- | 8 | HCO3- | 27 |
| bílkoviny (A-) | 155 | bílkoviny (A-) | 0 |
Důsledky jsou následující:
- Kationty jsou elektricky nuceny ke vstupu do nitra buňky.
- To je možné prakticky pouze pro K+ ionty. Na+ nemůže vzhledem k velikosti svého hydratačního obalu volně procházet „stále otevřenými“ iontovými kanály, což K+ může (má menší hydratační obal).
- Anionty (Cl-) jsou naopak negativním vnitřkem buňky odpuzovány.
- Koncentrační gradient naopak žene K+ z nitra ven.
- Aktivně je Na+ čerpán ven (3 ionty) a K+ dovnitř buňky (2 ionty) Na+/K+ATP–ázou, což elektronegativitu membrány teoreticky zvyšuje o 10 mV (kdyby toho nebylo, byla by membrána méně negativní).
Konečný klidový membránový potenciál můžeme tedy chápat jako výsledek protichůdného (nebo souhlasného) působení výše uvedených sil. Tato situace platí pro většinu buněk v organizmu. Existují však buňky, u nichž není možné hovořit o klidovém membránovém potenciálu – tedy takové, které svoji polaritu neustále mění – pacemakerové buňky. Pro ně by pak byly modifikovány výše uvedené podmínky hovořící o prostupech iontů podle elektrochemického gradientu „stále otevřenými“ iontovými kanály. Podle tohoto kritéria, tj. zda buňka mění či nemění v klidu rozdíl napětí mezi vnější a vnitřní stranou membrány, je možné buňky rozdělit na buňky zcela polarizované (většina) a buňky neúplně polarizované (pacemakerové buňky). U buněk neúplně polarizovaných je zásadní chyba hovořit o klidovém membránovém potenciálu, neboť stav, kdy je rozdíl polarity mezi vnější a vnitřní stranou membrány stabilní, u nich nikdy nenastane.
[editovat] Stanovení
Měřením membránového potenciálu je možné nepřímo sledovat fyziologické a biochemické pochody uvnitř buňky, případně její interakci s vnějším prostředím. Za podmínek rovnováhy lze ze známé koncentrace vybraného iontu (membrána pro něj musí být propustná) uvnitř a vně buňky přímo spočítat hodnotu membránového potenciálu Nernstovou rovnicí:
- Ψ = k . ln (ce/ci),
kde Ψ je membránový potenciál ve voltech, k je konstanta závislá na teplotě a na náboji daného iontu; druhý výraz v rovnici je přirozený logaritmus podílu extracelulární a intracelulární koncentrace iontu. Konstanta k je definována vztahem k = R T/z F, kde R je univerzální plynová konstanta, T je absolutní teplota, z je valence iontu a F Faradayova konstanta.

