Potencial de membrana

El potencial de membrana és la diferència de potencial elèctric a abdós costats d'una membrana que separa dos soluciones de diferent concentració d'ionés, com la membrana celular que separa l'interior i l'exterior d'una cèlula. Quan es parla de potencials de membrana, es deuria parlar de el "potencial de difusió" o "potencial d'unió líquida".

Introducció

Com a resultat de la permeabilidad selectiva de la membrana plasmática, la presència de ions o molècules en càrrega negativa que no es difonen dins de la cèlula i l'acció de vàries unitats de bomba sodi-potassi, hi ha una distribució desigual de càrregues a través de la membrana. Com a conseqüència, l'interior de la cèlula té major cantitat de càrregues negatives en comparació a l'exterior. Esta diferència de càrrega dona lloc a una diferència de potencial que es coneix com el potencial de membrana.

Fonament

En estudiar els potencials de membrana des d'un punt de vista teòric, devem conéixer:

Potencial de Nernst

El potencial de repòs d'una cèlula és produït per diferències en la concentració d'ionés dins i fòra de la cèlula i per diferències en la permeabilidad de la membrana celular als diferents ions. El potencial d'equilibri de Nernst, relaciona la diferència de potencial a abdós costats d'una membrana biològica en equilibri en les característiques relacionades en els ions del mig extern i intern i de la pròpia membrana.

Archiu:Nernst potential.png

Generació d'un potencial de membrana. Per a una explicació detallada, vore el text.

El potencial de Nernst s'establix entre dissolució separades per una membrana semipermeable com també el de les cèlules. Per eixemple, KCl (clorur de potassi), una sal, en mig acuoso es disocia en K⁺i Cl^- en relació 1:1, compensant les càrregues positives dels cationes potassi en les negatives dels aniones clorur, per lo que la dissolució serà eléctricamente neutra. D'existir una membrana biològica selectivament permeable al K⁺ en l'interior de la solució, els K⁺ difondran lliurement a un costat i a un atre de la membrana. No obstant, com hi ha més ions en el compartimento 1, inicialment fluiran més ions K⁺ de l'1 al 2 que del 2 a l'1. Com el Cl^- no pot difondre a través de la membrana, pronte hi ha un excés de càrrega positiva en el compartimento 2 i un excés de càrrega negativa en l'1. El decorregut en cada compartimento permaneix en una càrrega neutra, si be les càrregues en excés es concentren a lo llarc de la membrana. Les capes de càrrega positiva i negativa a cada costat de la membrana produïxen una diferència de potencial $V=V_1-V_2$ a través de la membrana i un camp elèctric I, que retarda el fluix de ions positius del compartimento 1 al 2 i que accelera el seu fluix del compartimento 2 a l'1.

En este sistema, despuix d'un temps s'alcançarà l'equilibri dinàmic en el que existixca un fluix de K⁺ idèntic del 2 a l'1 com de l'1 al 2. Este equilibri depén de la diferència de concentració que favorix el moviment de l'1 al 2 i de la diferència de potencial que favorix la difusió del 2 a l'1. La diferència de potencial V en l'equilibri ve donada, en funció de les concentracions $c_1$ i $c_2$ dels ions de K⁺ en els dos compartimento, per mig de:

$V=V_1-V_2=\pm 2,3\frac{kT}{e}\log \frac{c_1}{c_2}$

Est és el potencial d'equilibri de Nernst. Posseïx un valor negatiu quan la membrana és permeable als ions positius, i positiu quan lo és als aniones. Ací k és la constant de Boltzmann i la T la temperatura absoluta. La magnitut kT és proporcional a l'energia cinètica mija dels ions en solució i $\frac{kT}{e}\log \frac{c_1}{c_2}$ és proporcional al fluix net de ions per la diferència de concentració. La magnitut eV és proporcional al fluix net de ions per la diferència de potencial. Aixina, l'equació abans citada és la condició per a que estos dos fluix siguen iguals i oposts.