Membranpotensial

Membranpotensial - Forskjellen i elektrisk ladning mellom innside og utside av en celle, som skyldes forskjeller i fordeling av ioner og ladninger på innsiden og ekstracellulært utsiden. Vanligvis er membranpotensialet i planteceller fra - 50 til - 200 millivolt (mV), dvs. flere negative ioner på innsiden enn på utsiden. Membranpotensialet gir en elektrokjemisk gradient, en elektrisk gradient hvor elektrogene pumper deltar og en kjemisk konsentrasjonsgradient som skyldes diffusjon fra høy konsentrasjon til lav konsentrasjon (et diffusjonspotensial). Faste ladninger på innsiden av plasmamembranen gir et Donnan-potensial (Gibbs-Donnan-likevekt).  

Potensialet måles med mikroelektroder som lages av tynne glasskapillarrør. Med hjelp av et mikroskop plasseres elektroden i vakuolen i cellen og en referanseelektrode plasseres i det omgivende medium. Sammenhengen mellom membranpotensial og fordeling av ioner over membranen kan uttrykkes ved Nernstligningen. Ved å måle ionekonsentrasjonen for et ion på innsiden og utsiden av membranen og membranpotensialet kan man ved avvik i ionekonsentrasjoner som Nernstligningen forutsier, si noe om et ion tas aktivt opp eller blir aktivt holdt ute.

Størrelsen på membranpotensialet avhenger av kapasitansen (elektrisk kapasitet) til membranen, som kan betraktes som en kondensator med atskilte ladninger. Sammenhengen mellom ladning som akkumulerer på en side av kondensatoren og spenningen over kondensatorplatene er V=Q/C hvor V er spenning, Q er ladning i coulomb og C er en proporsjonalitetsfaktor kalt kapasitanse.Celler virker som et form for batteri. Det er en ladningsseparasjon og elektrisk potensialforskjell over membraner bestående av et dobbeltlag med fosfolipider,   tykkelse ca. 7 – 10 nanometer (nm), noe som gir svært stor spenningsforskjell per cm.  Ved en depolarisering for eksempel et aksjonspotensial så stiger membranpotensialet for eksempel fra -70 mV til -60 mV i en nervecelle, og ved en hyperpolarisering synker membranpotensialet for eksempel fra -70 mV til -80 mV. Åpning eller lukking av ionekanaler gir en endring i membranpotensialet. Når en ionekanal er åpen skjer det en statistisk diffusjon over membranen fra høy til lav konsentrasjon av ioner grunnet termisk energi. 

Hos planter er H+ATPase , Ca2+ATPase er viktige elektrogene pumper som senker membranpotensialet ved å pumpe ioner over membraner vha. energi fra ATP eller pyrofosfat (PPi, P2O74-).

En spenningsforskjell i elektrisk potensial, målt i volt (V), sier noen om evne til å frakte strøm over en motstand. Spenningsforskjellen blir målt som potensialforskjellen mellom to punkter i den elektriske kretsen, spenning kan aldri måles i ett punkt. Jo høyere spenning, desto større mengder strøm kan fraktes. Ifølge Ohms lov er V=IR, hvor V er spenning, R er mostand og I er strøm. Elektrisk strøm (I) med måleenhet ampere (A) er en strøm av ladninger

\(x = \frac{\Delta Q} {\Delta t}\)

En ampere er lik 1 coulomb ladninger per sekund (1 A = 1 C/s= 1µA/1µs)

I et batteri koblet i en elektrisk krets beveger elektronene seg fra negativ pol til den positive, men strømretningen defineres motsatt av den retningen som elektronene beveger seg.  Slik at hvis man har to atskilte ladete kondensatorplater så går den elektriske strømmen fra den positive til den negative platen

Ladningsseparasjonen gir Gibbs fri energi tilgjengelig for arbeid. Potensialforskjellen V=Q/C

Det kreves arbeid for å flytte en ladning fra et sted til et annet.

Spenningen på et sted i kretsen settes lik null, og nullpotensialet for en celle blir på utsiden av cellen . Det er en potensialforskjell mellom innside og utside av cellen. Over cellemembraner er det en gradient i spenningsfordeling, og er det stor endring i spenning over et lite område, slik som over en cellemembran, så blir det et stort elektrisk felt. Et elektrisk felt er et vektorfelt med størrelse og retning for hvert punkt i rommet. Den meget tynne cellemembranen med to lipidlag atskilt av en porøs barriere fungerer både som en kondensator (kapasitor) og motstand (resistor), kapasitanse tilsvarende ca. to mikrofarad per kvadratcentimeter (2µF/cm2).

Kapasitanse har måleenhet farad (F) (oppkalt etter Faraday) som øker med arealet, og det blir et elektrisk felt over membranen. Konduktansen over membranen er lav, men varierer når ionekanaler åpner og lukker seg.  Permeabiliteten over membranen måles som coulomb per sekund og volt (C s-1V-1 ). Et membranpotensial på 150-200 mV kan gi et elektrisk felt (elektrisk feltstyrke) på 30 millioner volt per meter, som også kan angis med måleenheten newton per coulomb (N/C), kraften som virker på en ladningsenhet. Coulombs lov angir den rettlinjete kraftvirkningen mellom to ladninger.

Publisert 4. feb. 2011 10:35 - Sist endret 27. nov. 2017 10:31