Concetti Chiave
- La cellula presenta un'elevata concentrazione di ioni K+ all'interno e di ioni Na+ all'esterno, creando un gradiente di concentrazione.
- La diffusione del potassio verso l'esterno provoca un accumulo di cariche negative all'interno, generando uno squilibrio elettrico.
- Questo squilibrio elettrico aumenta fino a bilanciare la propensione del potassio a uscire con il potenziale elettrico creato dalla sua fuoriuscita.
- Una volta raggiunto l'equilibrio, gli ioni K+ sono trattenuti all'esterno dalla concentrazione, ma attratti all'interno dalla carica negativa accumulata.
- Il potenziale misurato all'interno della cellula, quando il potassio si ferma, è di circa –70 mV, indicando un equilibrio elettrochimico.
Equilibrio ionico nella cellula
C’è una sovrabbondanza di ioni Na+ all’esterno della cellula, e allo stesso tempo c’è sovrabbondanza di ioni K+ all’interno della cellula. Visto che all’interno il K+ è abbondante e dato che c’è una larga disponibilità di canali lungo la membrana, cosa deve succedere per forza? È opportuno ricordare che la membrana è estremamente permeabile a K+ e l’alto contenuto di questo ione all’interno della cellula ne provoca la diffusione verso l’esterno attraverso i canali ionici di membrana costitutivamente aperti. Il potassio attraversa i canali perché la tendenza fondamentale dei sistemi è di raggiungere un equilibrio.
Diffusione e squilibrio elettrico
Gli ioni K+ hanno carica positiva e per ogni ione potassio che lascia la cellula rimane al suo interno una carica negativa non bilanciata; pertanto, la diffusione del potassio verso l’esterno determina la negativizzazione dell’ambiente interno rispetto all’esterno. Dunque fuoriuscita di ioni K+, crea un nuovo squilibrio (ricordiamo che l’equilibrio di cariche elettriche è sia all’interno che all’esterno della membrana): bilancia il gradiente di concentrazione ma allo stesso tempo crea uno squilibrio di cariche. L’interno (citosol) sta accumulando cariche negative man mano che il potassio esce, mentre l’esterno diventa positivo.
Bilanciamento delle forze
Questo squilibrio elettrico continua a crescere fino a che la propensione del potassio all’uscita è perfettamente bilanciata dal fatto che questo movimento stia creando un potenziale elettrico. Quando queste due forze si bilanciano, si è raggiunto l’equilibrio per quanto riguarda il potassio. Da questo momento gli ioni K+ potranno essere attratti dentro dal punto di vista elettrico in quanto positivi ma allo stesso tempo trattenuti fuori dal gradiente di concentrazione. Lo squilibrio elettrico rallenta la fuoriuscita di potassio fino ad arrestarla. Quando il potassio si ferma, mettendo degli elettrodi dentro e fuori dalla cellula, si misura un potenziale che è simile a –70 mV.
Domande da interrogazione
- Qual è la distribuzione degli ioni Na+ e K+ all'interno e all'esterno della cellula?
- Cosa succede quando gli ioni K+ escono dalla cellula?
- Come si raggiunge l'equilibrio per gli ioni K+ nella cellula?
All'esterno della cellula c'è una sovrabbondanza di ioni Na+, mentre all'interno si trova una grande quantità di ioni K+. Questa differenza di concentrazione è fondamentale per il funzionamento della cellula.
La fuoriuscita di ioni K+ provoca una negativizzazione dell'ambiente interno della cellula, creando uno squilibrio elettrico poiché per ogni ione potassio che esce rimane una carica negativa non bilanciata all'interno.
L'equilibrio per gli ioni K+ si raggiunge quando la propensione all'uscita del potassio è bilanciata dal potenziale elettrico creato dallo squilibrio di cariche, portando a un potenziale misurato di circa –70 mV.
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