Διαμεμβρανικά δυναμικά

Εισαγωγή

Το διαμεμβρανικό δυναμικό περιγράφει την ηλεκτρική τάση μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού της κυτταρικής μεμβράνης. Δημιουργείται από την ανομοιόμορφη κατανομή των ιόντων και είναι απαραίτητο για πολλές βιολογικές διεργασίες.

Ανάπτυξη του διαμεμβρανικού δυναμικού

1. Κατανομή ιόντων

Εσωτερικός χώρος: Υψηλή συγκέντρωση ιόντων καλίου (K⁺), πολλές αρνητικά φορτισμένες πρωτεΐνες.
Εξωτερικός χώρος: Υψηλή συγκέντρωση ιόντων νατρίου (Na⁺) και ιόντων χλωρίου (Cl-).

2. Διαπερατότητα των μεμβρανών

Η κυτταρική μεμβράνη είναι ημιπερατή και περιέχει ειδικούς διαύλους ιόντων. Το κάλιο ρέει κατά προτίμηση έξω από το κύτταρο, καθιστώντας το εσωτερικό του κυττάρου πιο αρνητικό.

3. Αντλία νατρίου-καλίου

Ένας ενεργός μηχανισμός μεταφοράς που αντλεί 3 ιόντα Na⁺ προς τα έξω και 2 ιόντα K⁺ προς το κύτταρο. Αυτό συμβάλλει στη διατήρηση του αρνητικού δυναμικού.

Τυπικές τιμές

Δυναμικό μεμβράνης ηρεμίας: περίπου -70 mV (στα νευρικά κύτταρα).
Αποπόλωση: εσωτερικό του κυττάρου γίνεται λιγότερο αρνητικό.
Υπερπόλωση: Το εσωτερικό του κυττάρου γίνεται πιο αρνητικό.

Σημασία και λειτουργία

Νευρική αγωγιμότητα: Βάση για τα δυναμικά δράσης.
Μυϊκή συστολή: Έλεγχος της μυϊκής δραστηριότητας.
Καρδιακή λειτουργία: Έλεγχος του καρδιακού ρυθμού.
Αισθητηριακές λειτουργίες: Μετατροπή των ερεθισμάτων σε ηλεκτρικά σήματα.

Σημαντικές έννοιες

Εξίσωση Goldman-Hodgkin-Katz: Υπολογισμός του δυναμικού της μεμβράνης.
Δυναμικό δράσης: Ταχεία μεταβολή του δυναμικού της μεμβράνης.
Ηλεκτροχημική βαθμίδα: Συνδυασμός χημικής και ηλεκτρικής βαθμίδας.

Σύνοψη

Το διαμεμβρανικό δυναμικό είναι απαραίτητο για την ηλεκτρική διεγερσιμότητα και την επικοινωνία στα βιολογικά συστήματα. Αποτελεί τη βάση για τη νευρική αγωγιμότητα, την κίνηση των μυών και πολλές άλλες διαδικασίες.