Membranski i akcioni potencijal

| Uvod |
Svi električni procesi u živom organizmu potiču od promjena električnog potencijala koji postoji na membranama gotovo svih ćelija. To je membranski potencijal.

Aktivan transport jona stvara razliku u njihovoj koncentraciji što izaziva difuziju jona od mjesta veće ka mjestu manje koncentracije i do stvaranja difuzionog potencijala čija se vrijednost može odrediti na osnovu Nernstove jednačine:

V1-V2 = 61 log Cu/Cs (mV)

Definiše se kao razlika između unutrašnjeg i spoljašnjeg potencijala. Važi za temperaturu čovječijeg tijela (t= 38°C), a izražava se u milivoltima (mV).

Vrijednost membranskog potencijala se od -85mV promijeni na +45mV. Taj proces se naziva depolarizacija membrane. Sa prestankom podražaja membrana se vraća u prvobitno stanje, tj. potencijal joj opet postaje -85mV i to se naziva repolarizacija membrane. Promjena potencijala membrane u toku vremena, naziva se akcioni potencijal. Svi potencijali koji nastaju u živom organizmu, nazivaju se biopotencijali, a struje koje oni izazivaju biostruje.

| Membranski potencijal i membranski transport |
Membranski potencijal postoji na ćelijskoj membrani gotovo svih ćelija. Nastaje usljed različite koncenracije jona sa obe strane ćelijske membrane, kao i različite propustljivosti ove membrane za jone. Membranski potencijal je bitan za nastanak i prenošenje nervnih impulsa, kao i za membranski transport.

Membranski potencijal izazvan difuzijom

Koncentracja jona kalijuma je intracelularno veoma visoka, dok je ekstracelularno niska. Usljed toga se javlja veliki koncentracioni gradijent i joni kalijuma prirodno teže da difunduju iz unutrašnjosti ćelije u spoljašnju sredinu. Natrijum je glavni jon ekstracelularne sredine, dok ga intracelularno ima samo u niskoj koncentraciji.  Joni natrijuma prirodno teže da difunduju u unutrašnjost ćelija.
Ćelijska membrana sadrži dosta jonskih kanala, proje svega natrijumskih i kalijumskih kroz koje se ovi joni mogu kretati. U stanju mirovanja je većina natrijumskih kanala zatvorena, a kalijumskih otvorena. Usljed toga je u mirovanju membrana oko 100 puta propustljivija za kalijum nego za natrijum. Zato će joni kalijuma napuštati ćeliju i odlaziti u spoljašnju sredinu noseći sa sobom pozitivno naelektrisanje, tako da će unutar ćelije ostati negativno naelektrisanje u višku. Joni natrijuma takođe difunduju ka unutrašnjosti ćelije noseći sa sobom pozitivno naelektrisanje, ali u dosta manjoj koncentraciji, tako da neće kompenzovati ovu razliku potencijala koja nastaje odlaskom kalijumovih jona. Treba uzeti u obizir i negativne jone, prije svega jone hlora koji se takođe mogu kretati kroz ćelijsku membranu, ali je ona u stanju mirovanja slabo propustljiva za ove jone.

Izračunavanje membranskog potencijala

Pretpostavimo da je ćelijska membrana propustljiva samo za jone kalijuma. Zbog velikog koncentracionog gradijenta oni će se kretati iz unutrašnjosti ćelije prema spolja. Joni kalijuma nose sa sobom pozitvno naelektrisanje stvarajući stanje elektropozitivnosti u spoljašnjoj sredini, a elektronegativnosti unutar ćelije. Kako pozitivni potencijal spolja raste, sada on odbija nove kalijimove jone (koji su pozitivno naelektrisani) da difunduju kroz membranu, iako postoji koncentracioni gradijent. Ovaj potencijal potreban da zaustavi dalju difuziju iznosi za kalijumove jone oko 94 mV (kod normalno debelog nervnog vlakna) sa negativošću unutar ćelijske membrane.

Pretpostavimo sada da je ćelijska membrana propustljiva samo za jone natrujuma. Pošto ja njihova koncentracija spolja veća oni teže da difunduju u unutrašnjost ćelije, noseći sa sobom pozitivno naelektrisanje. Difuzija natrijuma stvara elektropozitivnost unutar ćelije, elektrinegativnost spolja. Kako joni natrijuma sve više didfunduju javlja se membranski potencijal koji odbija nove natrijumove jone od dalje difuzije, iako postoji koncentracioni gradijent. Taj potencijal za jone natrijuma iznosi oko 61 mV, sa pozitivnošću unutar ćelijske membrane. Ovaj potencijal, potreban da se zaustavi difuzija (za natrijm i kalijum) se zove Nerstov potencijal.