Membránový potenciál

Membránový potenciál (přesněji napětí) je elektrický potenciál vnitřní strany buněčné membrány vztažený k potenciálu na vnějším povrchu buňky.

V klidu převažuje na vnitřní straně cytoplazmatické membrány záporný náboj, proto je ve většině buněk číselná hodnota potenciálu membrány řádově okolo −70 mV (závisí na typu buňky a daném orgánu).

V průběhu času se může membránový potenciál specificky měnit, čímž může přenášet informace.

Membrána je složená z fosfolipidů, takže není možné, aby jí volně procházela většina biologicky významných látek → z toho plyne nerovnoměrné rozložení iontů vně a uvnitř membrány.

Při podráždění nervové buňky dojde ke změně rozložení iontů.

Co je potenciál a napětí?

Elektrický potenciál je schopnost elektrického pole působit na jednotkový náboj. Zjednodušeně řečeno můžeme říct, že je to míra působení elektrického pole v daném místě na elektron. Čím silnější je elektrické pole, tím intenzivněji bude na elektron působit. Čím dále od zdroje pole je elektron, tím méně pole působí. Je definován jako práce, kterou by bylo potřeba vykonat, abychom v elektrickém poli přesunuli jednotkový náboj z místa s definovaným nulovým potenciálem do zkoumaného místa.

Pro lepší pochopení lze použít příklad gravitačního potenciálu Země. Je to v podstatě potenciální energie Ep tělesa o hmotnosti 1 kg. Problémem je jenom definice bodu s nulovým potenciálem. Obvykle se pro obecné fyzikální principy používá jako bod s nulovým potenciálem místo nekonečně vzdálené od Země (kde již zemská gravitace nepůsobí). Pro výpočet potenciální energie však používáme jako místo s nulovým potenciálem povrch Země. Pokud použijeme druhou definici, vidíme, že funguje tvrzení, že je gravitační potenciál roven energii, která je potřeba k přenesení tělesa o hmotnosti 1 kg z místa o nulovém potenciálu (povrch Země) na dané místo.

Čím by byla hmotnost Země vyšší, tím vyšší gravitační potenciál by v daném místě byl (gradient potenciálu je vyjádřen gravitačním zrychlením). Pokud definujeme bod s nulovým potenciálem jako bod v nekonečnu, vidíme, že se otočí znaménko, protože směr pohybu je opačný.

Za místo s nulovým potenciálem je u ostatních veličin obvykle brán nekonečně vzdálený bod, u elektrického pole většinou povrch Země. V případě elektrického potenciálu vnitřní strany membrány se však z historických souvislostí za místo s nulovým potenciálem pokládá vnější povrch buňky.

Napětí je obecně řečeno rozdíl potenciálů dvou bodů. V případu membránového potenciálu jsou však pojmy napětí na membráně a membránový potenciál synonyma – potenciál je určen vůči vztažnému bodu na vnějším povrchu buňky, jehož potenciál je definovaný jako 0 V. Je tedy shodný jako napětí – rozdíl potenciálů obou stran membrány.

V závislosti na působení sil (kladný nebo záporný náboj v daném místě) se mění znaménka potenciálu. Pokud převažuje na vnitřní straně záporný náboj, membránový potenciál bude záporný a naopak. Proto je třeba rozlišovat zvětšování (× zmenšování) napětí (tedy zvětšování rozdílu obou potenciálů) a zvyšování (× snižování) potenciálu (což může, ale nemusí být vykládáno jako posunování ke kladnějším hodnotám, tedy častěji snižování rozdílu).

Podmínky vzniku a určující faktory

Pro vznik membránového potenciálu musí být splněno několik základních požadavků, mezi něž patří intaktní semipermeabilní membrána, funkční buňka a dostatek energie.

Aktuální hodnota membránového potenciálu závisí především na:

• aktuální selektivní propustnosti membrány pro různé ionty,
• intra- a extracelulární koncentraci iontů, pro které je membrána propustná (tzn. transmembránovém koncentračním gradientu),
• nedifuzibilních aniontech uvnitř buňky (proteiny),
• efektu Na⁺/K⁺ATPasy.

Membránový potenciál se výrazně mění i při velmi malých množstvích iontů, proto i při velkých změnách potenciálu nelze téměř pozorovat změnu iontových koncentrací.

Rozdělení membránových potenciálů

Membránové potenciály můžeme dělit podle vlastností membrány na:

• pasivní:
  • klidový membránový potenciál (KMP, syn. resting potential RP),
  • postsynaptické potenciály (PSP):
    • excitační (EPSP) - glutamát,
    • inhibiční (IPSP) - GABA;
• aktivní:
  • Akční potenciál (AP).

Aktivní vlastnost membrány znamená, že se vzruch po membráně šíří pomocí napěťově řízených kanálů.

Klidový membránový potenciál

 Podrobnější informace naleznete na stránce Klidový membránový potenciál.

KMP je potenciál na membráně všech buněk lidského těla v klidovém stavu. Je daný dynamickou rovnováhou toku iontů dovnitř a vně buňky. Jeho hodnota je závislá především na koncentracích K⁺ iontů a pohybuje se okolo −70 mV.

Postsynaptické potenciály

 Podrobnější informace naleznete na stránce Postsynaptické potenciály.

PSP jsou potenciály vzniklé okolo synapse následkem otevření specifických chemicky řízených iontových kanálů působením neurotransmiteru. Jejich šíření probíhá s dekrementem – jeho síla se s přibývající vzdáleností od zdroje podráždění snižuje.

Akční potenciál

 Podrobnější informace naleznete na stránce Akční potenciál (fyziologie).

AP vzniká pouze na buňkách obsahujících napěťově řízené iontové kanály, díky nimž se změna napětí na membráně šíří bez dekrementu.

Odkazy

Související články

• Akční potenciál
• Akční potenciál versus postsynaptický potenciál
• Význam akčního a postsynaptického potenciálu
• Goldmanova rovnice

Zdroje

TROJAN, Stanislav a Stanislav TROJAN, et al. Lékařská fyziologie. 4. vydání. Praha : Grada, 2003. 772 s. ISBN 80-247-0512-5.