Visa dzīve nāk no jūras. Tāpēc ķermenī ir apstākļi, kuru pamatā ir šie sākotnējie dzīves apstākļi. Tas nozīmē, ka dzīvībai svarīgi organismi ir sāļi. Tie nodrošina visus fizioloģiskos procesus, ietilpst orgānos un veido jonus ūdens šķīdumā. Nātrijs un kālija hlorīds ir dominējošie sāļi šūnās. Jonu formā tie ir olbaltumvielu funkciju virzītājspēks, nosaka osmotiski aktīvos komponentus starp šūnas iekšpusi un ārējiem apstākļiem un rada elektriskos potenciālus. Viens no tiem ir membrānas potenciāls.
Kāds ir membrānas potenciāls?
Visām šūnām ir īpašība attīstīt membrānas potenciālu. Ar membrānas potenciālu saprot elektrisko spriegumu vai potenciāla starpību starp šūnas membrānas ārpusi un iekšpusi. Ja membrānas koncentrētie elektrolītu šķīdumi ir atdalīti viens no otra un ir jonu vadītspēja membrānā, rodas membrānas potenciāls.
Bioloģiskie procesi organismā ir ārkārtīgi sarežģīti. Membrānas potenciālam ir izšķiroša loma, īpaši muskuļu un nervu šūnām, kā arī visām maņu šūnām. Visās šajās šūnās process ir miera stāvoklī. Šūnas tiek aktivizētas tikai ar noteiktu stimulu vai ierosmi, un notiek sprieguma izmaiņas. Pārmaiņas notiek no atpūtas potenciāla un atgriežas pie tā. Šajā gadījumā var runāt par depolarizāciju.
Tas ir membrānas potenciāla samazinājums elektriskās, ķīmiskās vai mehāniskās iedarbības dēļ. Sprieguma maiņa notiek kā impulss, tiek nodota gar membrānu, pārraida informāciju visā organismā un nodrošina saziņu starp atsevišķiem orgāniem, nervu sistēmu un ar vidi.
Funkcija un uzdevums
Šūna cilvēka ķermenī ir uzbudināma un sastāv no nātrija joniem, ciktāl tie ir ārpusšūnu. Tikai daži nātrija joni atrodas intracelulāri. Nelīdzsvarotība starp šūnas iekšpusi un ārpusi rada negatīvu membrānas potenciālu.
Membrānas potenciāls vienmēr ir negatīvi lādēts, un tam ir nemainīgas un raksturīgās vērtības atsevišķos šūnu tipos. Tos mēra ar mikroelektrodiem, no kuriem viens ved šūnas iekšpusē, bet otrs atrodas ārpusšūnu telpā kā atskaites elektrods.
Membrānas potenciāla cēlonis ir jonu koncentrācijas atšķirība. Tas nozīmē, ka visā membrānā uzkrājas elektriskais spriegums, pat ja pozitīvo un negatīvo jonu tīrais sadalījums abās pusēs ir vienāds. Tiek radīts membrānas potenciāls, jo šūnas lipīdu slānis ļauj joniem uzkrāties uz membrānas virsmas, bet nevar iekļūt caur nepolārajiem apgabaliem. Šūnas membrānai ir nepietiekama jonu vadītspēja. Tas rada augstu difūzijas spiedienu. Ne tikai kopumā, katrai šūnai ir elektriskā vadītspēja. Pēc tam difūzijas spiediens novirza no citoplazmas.
Tiklīdz šajos apstākļos izplūst kālija jons, šūnā tiek zaudēts pozitīvais lādiņš.Tāpēc iekšējās membrānas virsma tā rezultātā tiek negatīvi uzlādēta, lai izveidotu līdzsvaru. Tas rada elektrisko potenciālu. Tas palielinās ar katru jonu sānu maiņu. Tas, savukārt, samazina membrānas koncentrācijas gradientu un rezultātā kālija difūzijas spiedienu. Izeja tiek pārtraukta, un atkal tiek izveidots līdzsvars.
Membrānas potenciāla līmenis dažādās šūnās atšķiras. Parasti šūna uzvedas negatīvi attiecībā pret šūnas ārpusi un mainās lieluma secībā no (-) 50 mV līdz (-) 100 mV. No otras puses, gludās muskulatūras šūnās rodas mazāki membrānas potenciāli ar (-) 30 mV.
Tiklīdz šūna izplešas, kā tas ir muskuļu un nervu šūnās, membrānas potenciāls arī telpiski atšķiras. Tur tas galvenokārt kalpo kā signāla izplatīšana un pārraide, vienlaikus nodrošinot informācijas apstrādi maņu šūnās. Pēdējais notiek tādā pašā formā centrālajā nervu sistēmā.
Mitohondrijos un hloroplastos membrānas potenciāls ir enerģētiska saikne starp enerģijas metabolisma procesiem. Joni tiek transportēti pret spriegumu. Šādos apstākļos mērīšana ir sarežģīta, it īpaši, ja tā jāveic bez mehāniskiem, ķīmiskiem vai elektriskiem traucējumiem.
Citi apstākļi rodas šūnas ārpuses, t.i., ārpusšūnu šķidrumā. Tur nav olbaltumvielu molekulu, tāpēc attiecība tiek mainīta. Olbaltumvielu molekulām ir augsta vadītspēja, bet tās nevar iziet cauri membrānas sienai. Pozitīvi kālija joni vienmēr cenšas līdzsvarot koncentrāciju. Tas rada molekulu pasīvu transportēšanu ārpusšūnu šķidrumā.
Šis process turpinās, līdz uzkrātais elektriskais lādiņš atkal ir līdzsvarā. Šajā gadījumā pastāv Nernsta potenciāls. Tas nozīmē, ka potenciālu var aprēķināt visiem joniem, jo lielums ir atkarīgs no koncentrācijas gradienta abās membrānas pusēs. Kālija gadījumā fizioloģiskos apstākļos lielums ir no (-) 70 līdz (-) 90 mV, bet nātrija gadījumā ap (+) 60 mV.
Slimības un kaites
Membrānas potenciāla līmenis raksturo šūnu vispārējo veselību. Veselīga šūna ir no (-) 70 līdz (-) 90 mV. Enerģijas plūsma ir spēcīga, šūna ir stipri polarizēta. Piecdesmit procenti smalkās enerģijas tiek izmantoti polarizācijai. Tāpēc membrānas potenciāls ir augsts.
Ar slimu šūnu tas izskatās savādāk. Zema enerģijas patēriņa dēļ tai ir nepieciešama smalka enerģija no savas vides. To darot, tas vai nu šūpojas horizontāli, vai pagriežas pa kreisi. Šo šūnu membrānas potenciāls, tāpat kā šūnu vibrācija, ir ļoti zems. Vēža šūnas, piem. B. ir tikai (-) 10 mV. Tāpēc uzņēmība pret infekcijām ir ļoti augsta.
.jpg)
.jpg)
