Μεμβρανικό δυναμικό

Οι διαφορές των συγκεντρώσεων των ιόντων στις αντίθετες πλευρές μιας κυτταρικής μεμβράνης παράγουν, συνολικά, μια διαφορά δυναμικού που ονομάζεται μεμβρανικό δυναμικό. Η μεγαλύτερη συνεισφορά σ' αυτό προέρχεται από τα ιόντα νατρίου (Na⁺) και χλωρίου (Cl ^–), τα οποία διατηρούν υψηλές εξωκυττάριες συγκεντρώσεις, και τα ιόντα καλίου (K⁺), τα οποία, παράλληλα με τα πρωτεϊνικά ανιόντα (από τις πλευρικές αλυσίδες των πρωτεϊνικών μορίων), διατηρούν υψηλές ενδοκυττάριες συγκεντρώσεις.

Το μεμβρανικό δυναμικό (ή διαμεμβρανικό δυναμικό) είναι είναι η διαφορά μεταξύ του ηλεκτρικού δυναμικού στο κυτταρόπλασμα ($V_{i}$) και του ηλεκτρικού δυναμικού στον εξωκυττάριο χώρο ($V_{o}$), δηλαδή $(V_{i}-V_{o})$. Το μεμβρανικό δυναμικό προκύπτει από την αλληλεπίδραση των ιοντικών διαύλων και των ιοντικών μεταφορέων, οι οποίοι διατηρούν διαφορετικές συγκεντρώσεις ιόντων τόσο στην ενδοκυττάρια, όσο και στην εξωκυττάρια πλευρά της μεμβράνης.

Το μεμβρανικό δυναμικό έχει δύο βασικές λειτουργίες. Πρώτον, επιτρέπει στο κύτταρο να λειτουργεί όμοια με μια μπαταρία, παρέχοντας ενέργεια για τη λειτουργία μιας πληθώρας "μοριακών συσκευών", οι οποίες είναι ενσωματωμένες στην κυτταρική μεμβράνη. Δεύτερον, οι διακυμάνσεις του χρησιμεύουν, στα ηλεκτρικά διεγέρσιμα κύτταρα (όπως οι νευρώνες), στη μετάδοση σημάτων τόσο μεταξύ διαφορετικών τμημάτων του ίδιου κυττάρου, όσο και μεταξύ διαφορετικών κυττάρων. Το άνοιγμα ή το κλείσιμο ιοντικών διαύλων σε ένα σημείο της μεμβράνης προκαλεί μια τοπική αλλαγή στο μεμβρανικό δυναμικό, γεγονός το οποίο οδηγεί στην ταχύτατη μετακίνηση φορτίων σε άλλα σημεία της μεμβράνης.

Το μεμβρανικό δυναμικό τόσο στα μη διεγέρσιμα κύτταρα, όσο και στα διεγέρσιμα κύτταρα, που βρίσκονται σε κατάσταση ηρεμίας, έχει μια σχετικά σταθερή τιμή, που ονομάζεται δυναμικό ηρεμίας. Για τους νευρώνες, τα πιο χαρακτηριστικά διεγέρσιμα κύτταρα, το δυναμικό ηρεμίας κυμαίνεται από –70 έως –80 mV. Το άνοιγμα και το κλείσιμο ιοντικών διαύλων μπορεί να επάγει μια απόκλιση του μεμβρανικού δυναμικού από το δυναμικό ηρεμίας, η οποία ονομάζεται εκπόλωση όταν το δυναμικό στο εσωτερικό του κυττάρου αυξάνεται (π.χ. από –70 mV σε –65 mV), ή υπερπόλωση όταν το δυναμικό στο εσωτερικό του κυττάρου γίνεται περισσότερο αρνητικό (π.χ. από –70 mV σε –80 mV). Στα διεγέρσιμα κύτταρα, μια επαρκώς μεγάλη εκπόλωση μπορεί να προκαλέσει ένα σύντομο γεγονός, που χαρακτηρίζεται από την έκφραση "όλα ή τίποτε" και ονομάζεται δυναμικό ενέργειας. Η δημιουργία των δυναμικών δράσης οφείλεται σε ειδικούς τύπους τασεο-ελεγχόμενων ιοντικών διαύλων.

Δείτε επίσης

• Δυναμικό ενέργειας
• Δυναμικό ηρεμίας
• Δυναμικό αναστροφής
• Κυτταρική μεμβράνη

Περαιτέρω ανάγνωση

• Alberts et al. Molecular Biology of the Cell. Garland Publishing; 4th Bk&Cdr edition (March, 2002). ISBN 0-8153-3218-1. Προπτυχιακό επίπεδο.
• Boron WF, Boulpaep EL. Medical Physiology. Elsevier Inc.; Updated Edition (2005). ISBN 1-4160-2328-3. Προπτυχιακό επίπεδο.
• Guyton, Arthur C., John E. Hall. Textbook of medical physiology. W.B. Saunders Company; 10th edition (August 15, 2000). ISBN 0-7216-8677-X. Προπτυχιακό επίπεδο.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Προσομοίωση της εξίσωσης Nernst/Goldman