Potențialul de membrană: gradienți și permeabilitate

Ce măsurăm?

Potențialul de membrană este diferența de potențial electric dintre interiorul și exteriorul celulei. Prin convenție, dacă interiorul este negativ față de exterior, valoarea este negativă. Nu înseamnă că întregul citosol este un rezervor masiv de sarcină necompensată; separarea de sarcini relevantă este foarte mică și asociată membranei.

Două forțe pentru un ion

Un ion este influențat de gradientul său chimic și de câmpul electric. Potențialul de echilibru al acelui ion este valoarea la care tendințele se compensează și fluxul net printr-o cale permeabilă poate fi zero. Potențialul real al membranei rezultă din contribuția mai multor ioni și permeabilități.

Canale și pompe

Canalele permit fluxuri selective conform forței electrochimice. Pompele folosesc energie pentru a contribui la menținerea gradienților. Pompa Na⁺/K⁺ transportă, în ciclul uzual, 3 Na⁺ în afară și 2 K⁺ înăuntru. Nu trebuie confundată cu deschiderea rapidă a canalelor care produce fazele unui potențial de acțiune.

Depolarizare și repolarizare

Depolarizarea înseamnă că potențialul devine mai puțin negativ față de valoarea de plecare. Repolarizarea este revenirea către acea polarizare după abatere. În modelul neuronal clasic, schimbările rapide ale conductanțelor pentru Na⁺ și K⁺ au roluri centrale. Valorile pragului și amplitudinii nu sunt universale pentru toate celulele excitabile.

Citește un grafic numeric

Trecerea de la −70 mV la −50 mV este o depolarizare de 20 mV, chiar dacă ambele valori sunt negative. Trecerea de la −70 mV la −80 mV reprezintă hiperpolarizare.

Într-un model ohmic pentru un ion, I = g(Vm − Eion): curentul depinde de conductanță și de distanța față de potențialul său de echilibru. Formula cere o convenție de semn. Un canal deschis nu garantează un curent net dacă forța motoare este zero.

Aplică ideea

Într-un model, Vm = −70 mV și Eion = −70 mV. Conductanța pentru ion este nenulă. Ce rezultă pentru I = g(Vm − Eion)? Cum se schimbă răspunsul dacă Vm devine −50 mV?

Răspuns explicat

Inițial, diferența este zero, deci curentul net al ionului este zero în model. La −50 mV, diferența devine +20 mV, iar I = g × 20 mV. Sensul fizic al fluxului trebuie interpretat împreună cu sarcina ionului și convenția aleasă.

Continuă învățarea

Vezi aplicația De ce impulsul nervos nu circulă ca într-un fir de cupru? și continuă cu parcursul Mecanisme celulare și reglarea organismului.

Întrebări frecvente

De unde provine potențialul electric al membranei?

El rezultă din distribuția inegală a ionilor și permeabilitatea selectivă a membranei. Transportul activ contribuie la menținerea gradientelor ionice.

Pompa sodiu-potasiu produce singură întregul potențial de repaus?

Nu. Pompa menține gradiente importante și are o contribuție electrogenă, dar permeabilitățile membranei pentru diferiți ioni sunt esențiale pentru valoarea potențialului.

Ecuația Nernst descrie direct o membrană permeabilă la mai mulți ioni?

Ecuația Nernst descrie potențialul de echilibru pentru un ion. O membrană cu mai multe permeabilități necesită un model care ține cont de contribuțiile relevante.