Kogu elu saab alguse merest. Seetõttu on kehas tingimused, mis toetuvad neile algsetele elutingimustele. See tähendab, et organismis on olulised ehitusmaterjalid soolad. Need võimaldavad kõiki füsioloogilisi protsesse, on osa organitest ja moodustavad vesilahuses ioone. Naatrium ja kaalium kloriid on domineerivad soolad rakkudes. Ioonsel kujul juhivad need valgu funktsioone, määravad osmootselt aktiivsed komponendid raku sise- ja välistingimuste vahel ning põhjustavad elektrilisi potentsiaale. Üks selline potentsiaal on membraanipotentsiaal.
Mis on membraanipotentsiaal?
Membraanipotentsiaal on elektriline pinge või potentsiaalide erinevus a-välise ja sisemise vahel rakumembraan. Kõigil rakkudel on omadus moodustada membraanipotentsiaal. Membraanipotentsiaali all mõistetakse elektrilist pinget või potentsiaalset erinevust a ja seestpoolt rakumembraan. Kui kontsentreeritud elektrolüüt lahendused membraanist eraldatakse üksteisest ja ioonide membraanis on juhtivus, tekib membraanipotentsiaal. Bioloogilised protsessid kehas on äärmiselt keerukad. Eriti lihas- ja närvirakkude ning ka kõigi sensoorsete rakkude puhul on membraanipotentsiaalil otsustav roll. Kõigis neis rakkudes on protsess puhkeseisundis. Ainult teatud stiimuli või ergutuse abil aktiveeritakse rakud ja toimub pingemuutus. Muutus toimub puhkepotentsiaalist ja naaseb selle juurde. Sel juhul räägime depolarisatsioonist. See on membraanipotentsiaali vähenemine elektriliste, keemiliste või mehaaniliste mõjude tõttu. Pinge muutus toimub impulsina ja edastatakse mööda membraani, edastades seega teavet kogu organismis ja võimaldades üksikutel organitel üksteisega suhelda, närvisüsteemja keskkond.
Funktsioon ja ülesanne
Inimkeha rakk on erutatav ja koosneb naatrium ioonid, kuivõrd need on rakuvälised. Vähesed naatrium ioonid esinevad rakusiseselt. Raku sise- ja väliskülgede tasakaalustamatus põhjustab membraani negatiivse potentsiaali. Membraanipotentsiaalid on alati negatiivselt laetud ning neil on üksikute rakutüüpide korral konstantsed ja iseloomulikud suurused. Neid mõõdetakse mikroelektroodidega, millest üks viib raku sisemusse ja teine asub rakuvälises ruumis võrdluselektroodina. Membraanipotentsiaali põhjus on erinevus kontsentratsioon ioonidest. See tähendab, et üle membraani koguneb elektriline pinge, isegi kui võrk jaotus positiivsete ja negatiivsete ioonide sisaldus on mõlemal pool sama. Membraanipotentsiaal koguneb seetõttu, et raku lipiidikiht võimaldab ioonidel membraani pinnale akumuleeruda, kuid nad ei pääse läbi mittepolaarsete piirkondade. The rakumembraan on ioonide jaoks liiga madal juhtivus. Selle tulemuseks on kõrge difusioonirõhk. Mitte ainult tervikuna on igal üksikul elemendil elektrijuhtivus. Seejärel viib difusioonirõhk tsütoplasmast üle. Niipea kui a kaalium ioon nendes tingimustes põgeneb, rakus kaob positiivne laeng. Seetõttu on membraani sisepind negatiivselt laetud, et luua a tasakaal. Seega moodustub elektriline potentsiaal. See suureneb ioonide iga külje muutumisel. Omakorda kontsentratsioon membraani gradient väheneb ja koos sellega ka difusiooni rõhk kaalium. Seega katkestatakse väljavool ja luuakse uus tasakaal. Membraanipotentsiaali tase on rakkudelt erinev. Reeglina on see raku väliskülje suhtes negatiivne ja varieerub suurusjärgus (-) 50 mV kuni (-) 100 mV. Silelihasrakkudes arenevad seevastu väiksemad membraanipotentsiaalid (-) 30 mV. Niipea kui rakk paisub, mis on nii lihas- kui ka närvirakkudes, erineb membraanipotentsiaal ka ruumiliselt. Seal toimib see peamiselt leviku ja signaali edastamisena, samas kui sensoorsetes rakkudes võimaldab see infot töödelda. Viimane esineb samal kujul keskel närvisüsteem. Aasta mitokondrid ja kloroplastid, on membraanipotentsiaal energeetiline sidestus energia ainevahetusprotsesside vahel. Selles protsessis transporditakse ioone vastu pinget. Sellistes tingimustes on mõõtmine keeruline, eriti kui see peaks toimuma ilma mehaaniliste, keemiliste või elektriliste häireteta. Muud suhted esinevad raku välisküljel, st rakuvälises vedelikus. Valke pole molekulid seal, mistõttu suhe on vastupidine. Kuigi valk molekulid on kõrge juhtivusega, nad ei pääse läbi membraani seina. Positiivsed kaaliumioonid püüavad seda alati teha tasakaal the,en kontsentratsioon. Seepärast tuleb molekulid rakuvälises vedelikus. See protsess kestab seni, kuni üles ehitatud elektrilaeng on jälle tasakaalus. Sel juhul tekib Nernsti potentsiaal. See kinnitab, et potentsiaali saab arvutada kõigi ioonide jaoks, kuna suurus sõltub kontsentratsiooni gradiendist membraani mõlemal küljel. Kaaliumi puhul on suurus füsioloogilistes tingimustes (-) 70 kuni (-) 90 mV ja naatriumi korral umbes (+) 60 mV.
Haigused ja häired
Membraanipotentsiaali suurus iseloomustab üldist tervis rakkudest. Tervisliku raku suurus on (-) 70 kuni (-) 90 mV. Energiavoog on tugev ja rakk on väga polariseeritud. Viiskümmend protsenti peenenergiast kulub polarisatsiooniks. Vastavalt sellele on membraani potentsiaal kõrge. Haiges kambris on olukord teine. See vajab oma keskkonda peent materiaalset energiat energiavaese piirkonna poolt. Seejuures sooritab ta kas horisontaalse võnke või vasakpöörde. Nende rakkude membraanipotentsiaal on raku vibratsiooniga väga madal. vähk näiteks rakkude suurus on ainult (-) 10 mV. Seetõttu on vastuvõtlikkus nakkustele väga kõrge.
