Membran / Ruhepotential aus der Perspektive von Ionen verstehen?

Aus dem Wikipedia-Artikel RESTING-Potenzial : „Es gibt auf beiden Seiten keinen tatsächlich messbaren Ladungsüberschuss. Das liegt daran, dass die Wirkung der Ladung auf das elektrochemische Potential enorm größer ist als die Wirkung der Konzentration, sodass eine nicht nachweisbare Änderung der Konzentration eine große Änderung des elektrischen Potentials erzeugt. "

Die Auswirkung der Ladung auf das elektrochemische Potential ist wesentlich größer als die Auswirkung der Ladung auf die Konzentration - ist dies eine allgemeine Aussage oder gilt sie in allen Fällen?

Und wenn die Ladung wichtiger ist als die Konzentration bei der Beeinflussung des elektrochemischen Potentials, warum wirkt sich eine kleine Konzentrationsänderung stark auf das Elektropotential aus? Oder bedeutet es elektrochemisches Potential? Wie auch immer, wie macht es Sinn, ist es richtig oder Unsinn und was ist die genaue Bedeutung hinter der Nachricht?

andere fragen die ich habe:

1) Was ist der Grund, warum Na+ an seinem Ort direkt über der Barriere auf der extrazellulären Seite der Membran bleibt? Diffusion? Elektrochemisches Potenzial? Elektrische Ladung.. wenn ja wegen Anziehung oder Abstoßung?

2) Wenn die Antwort der elektrochemische Gradient / das elektrochemische Potential ist, weil es versucht, sich zu einem "weniger" positiven Potential zu bewegen. Wenn es extrazellulär lokalisiert ist, ist das nicht das "große Unbekannte", wo sich Moleküle / Zellen / Proteine ​​usw. befinden in der Lage, vorbei zu schweben und es möglicherweise zu beeinflussen? Was passiert, wenn eine davon ein "WENIGER" positives Potential hat als die Membran, die Na+ derzeit anzieht?

3) Warum kann Na+ nicht für den gesamten Prozess verwendet werden, um die gleichen Spannungswechselwirkungen herzustellen, die vom Ruhe- zum Aktionspotential führen (solange diese weniger intrazellulär konzentriert waren ... wenn es um WENIGER Positivität geht ... oder umgekehrt für K + ?)?

Ich bereite mich auf die ACSM-Zertifizierungsprüfung vor, daher ist jede Hilfe willkommen.

Antworten (1)

Ah, was für ein klassisches biophysikalisches Problem.

Zunächst muss man verstehen, wie eine Membran ein Potential erhält. Die Lipiddoppelschicht ist ein großes Meer hydrophober Wechselwirkungen, die im Wesentlichen verhindern, dass Ionen überqueren. Dadurch bleiben die Na + - und K + -Konzentrationen auf der zytoplasmatischen Seite und der extrazellulären Seite konstant und unterschiedlich. Ionen können jedoch Ionenkanäle wie den K + -Kanal passieren . Es ist wichtig zu verstehen, dass in K + -Kanälen nur K + passieren kann und diese Kanäle tatsächlich selektiv gegenüber Na + sind (Antwort auf Frage 1).

Hier sind zwei Potenziale am Werk. Das erste ist ein chemisches Potential, das durch den Fluss von K + von hohem K + zu niedrigem K + erzeugt wird . Das zweite ist ein entgegenwirkendes Membranpotential, das durch ein Ladungsungleichgewicht erzeugt wird. Beachten Sie, dass der Austausch einiger Ionen a) zu einer vernachlässigbaren Änderung der Konzentration führt, dh. das chemische Potential, b) zu einer großen Änderung des Membranpotentials führen. Irgendwann sind der Ausfluss aufgrund des chemischen Potentials und der Einfluss aufgrund des Membranpotentials gleich und die Zelle erreicht ein Ruhepotential, das ansonsten als Nernstpotential oder Gleichgewichtspotential bekannt ist (technisch ein stationärer Zustand).

Wenn eine Zelle durch Schließen dieser Kanäle depolarisiert, kehrt die lokale Ladung schnell in einen Gleichgewichts- oder ungeladenen Zustand zurück.

Warum also K + statt Na + ? Für typische Zellen beträgt die extrazelluläre Konzentration von Na + 145 mM und die zytoplasmatische Konzentration 12 mM. Für K + sind es 4 mM bzw. 155 mM. Bei entsprechenden Berechnungen des Nerst-Potentials beträgt es für Na + +67 mV und für K + -98 mV. Qualitativ können wir sehen, dass dies zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen führen würde.

Die meisten dieser Informationen können von Pollard und Earnshaw's Cell Biology gefunden werden

Für alle anderen Interessierten habe ich eine umfangreiche, kostenlose Online-Ressource mit Animationen und sehr detaillierten Erklärungen gefunden, die das Thema hier anspricht: st-andrews.ac.uk/~wjh/neurotut/mempot.html
Das Ruhepotential wird nur in einem System, das nur eine Ionensorte enthält, gültig als Gleichgewichtspotential bezeichnet. Natürlich bestehen Zellumgebungen aus mehreren Ionen, sodass das Ruhepotential nicht durch ein Gleichgewichtspotential beschrieben wird, da sich das System (wie Sie sagen) eher im stationären als im Gleichgewichtszustand befindet. Ein allgemeinerer Begriff ist "Umkehrpotential", das das Potential beschreibt, bei dem der Nettostrom das Vorzeichen wechselt (z. B. von innen nach außen). Das Konzept des Umkehrpotentials vereinfacht sich zu einem Nernst-/Gleichgewichtspotential in Einzelionenfällen, deckt aber auch Mehrfachionenfälle ab.