mekanism
för de allra flesta lösningarna skiljer sig intracellulära och extracellulära koncentrationer. Som ett resultat är det ofta en drivkraft för rörelsen av lösningsmedel över plasmamembranet. Riktningen för denna drivkraft innefattar två komponenter: koncentrationsgradienten och den elektriska gradienten. När det gäller koncentrationsgradienten kommer ett lösningsmedel att flytta från ett område där det är mer koncentrerat till ett separat område med lägre koncentration., När det gäller den elektriska gradienten kommer en laddad lösning att flytta från ett område med liknande laddning mot ett separat område med motsatt laddning. Alla lösningar påverkas av koncentrationsgradienter, men endast laddade lösningar påverkas av elektriska gradienter.
i avsaknad av andra krafter kommer en lösning som kan korsa ett membran att göra det tills det når jämvikt. För en icke-laddad lösning kommer jämvikt att äga rum när koncentrationen av den lösningen blir lika på båda sidor av membranet., I detta fall är koncentrationsgradienten den enda faktorn som ger en drivkraft för förflyttning av icke-laddade lösningar. För laddade lösningar måste emellertid både koncentrations-och elektriska gradienter beaktas, eftersom båda påverkar drivkraften. En laddad lösning sägs ha uppnått elektrokemisk jämvikt över membranet när dess koncentrationsgradient är exakt lika och motsatt den för dess elektriska gradient., Det är viktigt att notera att när detta inträffar betyder det inte att koncentrationerna för den lösningen kommer att vara desamma på båda sidor av membranet. Under elektrokemisk jämvikt för en laddad lösning finns det vanligtvis fortfarande en koncentrationsgradient, men en elektrisk gradient orienterad i motsatt riktning negerar den. Under dessa förhållanden fungerar den elektriska gradienten för en given laddad lösning som en elektrisk potentiell skillnad över membranet. Värdet av denna potentiella skillnad representerar jämviktspotentialen för den laddade lösningen.,
under fysiologiska förhållanden når jonerna som bidrar till vilomembranpotentialen sällan elektrokemisk jämvikt. En orsak till detta är att de flesta joner inte fritt kan korsa cellmembranet eftersom det inte är permeabelt för de flesta joner. Till exempel är Na+ en positivt laddad jon som har en intracellulär koncentration av 14 mM, en extracellulär koncentration av 140 mM och ett jämviktspotentialvärde på +65 MV., Denna skillnad innebär att när insidan av cellen är 65 MV högre än den extracellulära miljön, kommer Na+ att vara i elektrokemisk jämvikt över plasmamembranet. Dessutom är K+ en positivt laddad jon som har en intracellulär koncentration av 120 mM, en extracellulär koncentration av 4 mM och en jämviktspotential av -90 mV; detta innebär att K+ kommer att vara i elektrokemisk jämvikt när cellen är 90 MV lägre än den extracellulära miljön.
i viloläge har plasmamembranet liten permeabilitet för både Na+ och K+., Permeabiliteten för K+ är emellertid mycket större på grund av närvaron av k+ – läckagekanaler inbäddade i plasmamembranet, vilket gör att k+ kan diffundera ut ur cellen ner sin elektrokemiska gradient. På grund av denna förbättrade permeabilitet ligger K+ nära elektrokemisk jämvikt, och membranpotentialen ligger nära K+ jämviktspotentialen för -90 MV. Cellmembranet i vila har en mycket låg permeabilitet för Na+, vilket innebär att Na+ är långt ifrån elektrokemisk jämvikt och membranpotentialen är långt ifrån na+ jämviktspotentialen på +65 MV.,
jämviktspotentialerna för Na+ och K+ representerar två ytterligheter, med cellens vilomembranpotential som faller någonstans däremellan. Eftersom plasmamembranet i vila har en mycket större permeabilitet för K+, är vilomembranpotentialen (-70 till -80 MV) mycket närmare jämviktspotentialen för K+ (-90 mV) än för Na+ (+65 MV)., Denna faktor tar upp en viktig punkt: ju mer permeabelt plasmamembranet är för en given Jon, desto mer kommer Jon att bidra till membranpotentialen (den totala membranpotentialen kommer att ligga närmare jämviktspotentialen för den ”dominera” Jonen).
Na+ och K+ når inte elektrokemisk jämvikt. Även om en liten mängd Na+ – joner kan komma in i cellen och K+ – joner kan lämna cellen via K+ – läckagekanaler, använder Na+/K+ – pumpen ständigt energi för att behålla dessa gradienter., Denna pump spelar en stor roll för att upprätthålla den joniska koncentrationsgradienten genom att utbyta 3 Na + joner från insidan av cellen, för varje 2 K+ joner som förs in i cellen. Vi måste betona att även om denna pump inte ger ett betydande bidrag till laddningen av membranpotentialen, är det avgörande för att upprätthålla de joniska gradienterna i Na+ och K+ över membranet. Vad som genererar vilande membranpotential är K + som läcker från insidan av cellen till utsidan via läcka K + kanaler och genererar en negativ laddning i insidan av membranet vs utsidan., I vila är membranet ogenomträngligt för Na+, eftersom alla Na+ – kanaler är stängda.
