Οι ιόντες κινούνται μέσω διαύλων μεμβράνης, σχηματίζοντας διαφορά φορτίου μεταξύ δύο διαμερισμάτων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα δυναμικό (ή τάση) κατά μήκος της μεμβράνης. Πώς και γιατί?


Απάντηση 1:

Οχι.

Τα ιόντα κινούνται διαμέσου διαύλων μεμβράνης σχηματίζοντας έτσι ιοντικά ρεύματα.

Τόσο τα ενδοκυτταρικά όσο και τα εξωκυτταρικά διαλύματα, όπως παραμένουν ουδέτερα - η αρχή ηλεκτροναυτικότητας.

Αμέσως, ένα τοπικό φορτίο μπορεί να είναι ελαφρώς μεταβαλλόμενο, αλλά η παγκόσμια φόρτιση σε μια φυσιολογικά σχετική χρονική κλίμακα παραμένει μηδενική σε όλα τα διαλύματα aqueus.

Τώρα, αυτό που πραγματικά επηρεάζεται από τα ιοντικά ρεύματα είναι η τοπική κατανομή των φορτίων στη γειτνίαση της μεμβράνης. Αυτή η τοπική κατανομή δημιουργεί δυνητική διαφορά μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής πλευράς της μεμβράνης (διαφορά δυναμικού = τάση)

Το (ενδοκυτταρικό) μεμβρανικό δυναμικό δεν είναι μηδέν επειδή υπάρχουν αρκετά ιόντα τα οποία η συγκέντρωση διατηρείται ενεργά σταθερά από τις αντλίες. Επομένως, αντί για καθαρή χημική ισορροπία, δηλαδή οι ενδοκυτταρικές συγκεντρώσεις είναι ίσες με τις εξωκυτταρικές, υπάρχει ηλεκτροχημική. Σημαίνει ότι δεν υπάρχει καθαρό ρεύμα, αλλά η τάση δεν είναι μηδέν.

Υπάρχουν δύο βασικές έννοιες στην ηλεκτροχημεία για να κατανοήσουμε το δυναμικό ηρεμίας μιας κυτταρικής μεμβράνης: το δυναμικό Nernst (ισορροπία Nernst) και την ισορροπία Goldman-Hodgkin-Katz (εξίσωση).


Απάντηση 2:

Τα ιόντα αντλούνται μέσω της μεμβράνης με αντλίες ή ενεργούς μεταφορείς. Αυτά είναι αυτά που παράγουν το δυναμικό. Οι αντλίες τροφοδοτούνται μέσω των συνηθέστερων ATP, NAD (P) H ή μερικών άλλων κυψελοειδών νομισμάτων. Αυτές με τη σειρά τους προέρχονται από οργανικά μεγαλύτερα μόρια που φιλοξενούν χημική ενέργεια ή φαγητό. Το παραγόμενο δυναμικό συνηθίζεται στη συνέχεια μέσω ενός καναλιού που συνδέεται με κάποιες άλλες πρωτεΐνες κινητήρων ή στην περίπτωση των νευρώνων (μια εξαίρεση στην βιολογία), η αλλαγή του δυναμικού είναι ο τελικός στόχος. Οι πρωτεΐνες του κινητήρα στη συνέχεια χρησιμοποιούνται για να οδηγήσουν κάποιες άλλες αντιδράσεις.

Έτσι το βλέπετε; Πώς και γιατί? Αυτός είναι ουσιαστικά ένας πολύ περίπλοκος τρόπος για τη μετάφραση της χημικής ενέργειας που αποθηκεύεται στο τρόφιμο σε κυψελοειδή νομίσματα και στη συνέχεια μεταφράζεται σε άλλες μορφές αποθηκευτικών και κινητών κυψελοειδών νομισμάτων ή άλλων πραγματικών κυτταρικών δράσεων σε μοριακό επίπεδο.


Απάντηση 3:

η κίνηση του ηλεκτρικού φορτίου από το εξωτερικό προς το εσωτερικό, με την κίνηση ιόντων μέσα από τους πόρους των καναλιών, μπορεί να αλλάξει τη διαφορά δυναμικού (ή την τάση) κατά μήκος της μεμβράνης και τα δυναμικά της μεμβράνης μπορούν να προκαλέσουν μετακίνηση ιόντων. Πράγματι, η διαφορά δυναμικού ορίζεται ως η εργασία που γίνεται κατά τη μετακίνηση φορτίου, π.χ. από το εξωτερικό προς το εσωτερικό. Αυτό μπορεί να συγκριθεί με την πίεση του νερού, η οποία καθορίζει πόσο νερό μετακινείται π.χ. κατά μήκος ενός σωλήνα. = τάση = πίεση, φορτίο = ποσότητα νερού, ρεύμα = γαλόνια ανά δευτερόλεπτο, αντίσταση = πόσο εύκολα κινείται το νερό, χωρητικότητα = το επιπλέον νερό που μπορεί να περιέχει ένα εύκαμπτο δοχείο όταν επεκτείνεται ως αποτέλεσμα πίεσης.

Σημειώστε, ωστόσο, ότι εάν μια μεμβράνη είναι διαπερατή σε μόνο 1 ιόν, μπορεί να υπάρξει ένα δυναμικό μεμβράνης, παρόλο που η φόρτιση έχει σταματήσει να κινείται. αυτό το δυναμικό είναι γνωστό ως το δυναμικό Nernst για το ιόν αυτό και είναι μια κατάσταση ισορροπίας χωρίς μετακίνηση καθαρών ιόντων. Η τιμή αυτής της τάσης εξαρτάται μόνο από τη σχετική συγκέντρωση ιόντων σε κάθε πλευρά της μεμβράνης. Αλλά ενώ αυτή η τάση αναπτύσσεται, μικρές ποσότητες φορτίου κινούνται διαμέσου της μεμβράνης μέσω των σχετικών διαύλων ιόντων. η πραγματική μικροσκοπική ποσότητα φορτίου που κινείται καθορίζεται από την χωρητικότητα της μεμβράνης, αν και η τάση που αναπτύσσεται δεν ισχύει.


Απάντηση 4:

η κίνηση του ηλεκτρικού φορτίου από το εξωτερικό προς το εσωτερικό, με την κίνηση ιόντων μέσα από τους πόρους των καναλιών, μπορεί να αλλάξει τη διαφορά δυναμικού (ή την τάση) κατά μήκος της μεμβράνης και τα δυναμικά της μεμβράνης μπορούν να προκαλέσουν μετακίνηση ιόντων. Πράγματι, η διαφορά δυναμικού ορίζεται ως η εργασία που γίνεται κατά τη μετακίνηση φορτίου, π.χ. από το εξωτερικό προς το εσωτερικό. Αυτό μπορεί να συγκριθεί με την πίεση του νερού, η οποία καθορίζει πόσο νερό μετακινείται π.χ. κατά μήκος ενός σωλήνα. = τάση = πίεση, φορτίο = ποσότητα νερού, ρεύμα = γαλόνια ανά δευτερόλεπτο, αντίσταση = πόσο εύκολα κινείται το νερό, χωρητικότητα = το επιπλέον νερό που μπορεί να περιέχει ένα εύκαμπτο δοχείο όταν επεκτείνεται ως αποτέλεσμα πίεσης.

Σημειώστε, ωστόσο, ότι εάν μια μεμβράνη είναι διαπερατή σε μόνο 1 ιόν, μπορεί να υπάρξει ένα δυναμικό μεμβράνης, παρόλο που η φόρτιση έχει σταματήσει να κινείται. αυτό το δυναμικό είναι γνωστό ως το δυναμικό Nernst για το ιόν αυτό και είναι μια κατάσταση ισορροπίας χωρίς μετακίνηση καθαρών ιόντων. Η τιμή αυτής της τάσης εξαρτάται μόνο από τη σχετική συγκέντρωση ιόντων σε κάθε πλευρά της μεμβράνης. Αλλά ενώ αυτή η τάση αναπτύσσεται, μικρές ποσότητες φορτίου κινούνται διαμέσου της μεμβράνης μέσω των σχετικών διαύλων ιόντων. η πραγματική μικροσκοπική ποσότητα φορτίου που κινείται καθορίζεται από την χωρητικότητα της μεμβράνης, αν και η τάση που αναπτύσσεται δεν ισχύει.