Potenziale di azione: fisiologia

Il potenziale di membrana

Nell’ambiente esterno alla cellula la differenza di potenziale è nulla perché il liquido extracellulare è isopotenziale. Nel momento in cui un elettrodo penetra all’interno si misura una differenza di potenziale (tra l’interno e l’esterno). Il potenziale di membrana è un fenomeno locale della membrana. (Se considerassimo tutte le cariche negative e tutte le cariche positive presenti sia all’interno che all’esterno della cellula, la loro somma sarebbe nulla.)

La differenza di potenziale elettrico esiste solo tra i due lati della membrana, per questo è detto potenziale transmembranario. La membrana agisce come separatore di cariche, una specie di condensatore. Il doppio strato lipidico, ottimo isolante, funziona come dielettrico, separatore di cariche e il liquido extracellulare e intracellulare funzionano come armature, in quanto conducono bene la corrente elettrica.

È al livello intracellulare che le nostre cellule sono quasi sempre cariche negativamente (rispetto al versante extracellulare). Per convenzione per l’interno della cellula si usa il segno meno in quanto è un ambiente elettronegativo, l’ambiente esterno è elettropositivo. Questa polarizzazione elettrica della membrana cellulare viene usata secondo molteplici modalità per trasmettere segnali e per trasportare sostanze lungo il campo elettrico.

Trasportando una carica da un lato all’altro viene compiuto un lavoro, dato dalla differenza di potenziale per la carica. Il potenziale di membrana è un potenziale di diffusione, dipende dalla diffusione selettiva di ioni attraverso la membrana. Normalmente il potenziale di membrana si trova tra -50mV e -100mV.

Equilibrio di Nerst

Consideriamo due soluzioni a differente concentrazione separate dalla membrana permeabile solo allo ione potassio. Nell’ambiente interno abbiamo una soluzione a concentrazione 1M di KCl e nell’ambiente esterno una concentrazione 0,1M di KCl. Il K+ per la legge della diffusione tenderà spontaneamente a spostarsi dall’ambiente interno, dove è concentrato maggiormente, all’ambiente esterno, dove è presente in concentrazione minore. Lo ione Cl-, invece, rimane nell’ambiente interno perché non può passare attraverso la membrana. Questo processo termina quando viene raggiunta la condizione di equilibrio. Sul lato esterno della membrana noteremo un accumulo di cariche positive, mentre sul lato interno della membrana avremo un accumulo di cariche negative.

Il potenziale di membrana che si misura in questa condizione è detto potenziale di equilibrio o potenziale di Nerst, e viene definito dalla legge di Nerst.

Considerazioni sull'ATPasi

[Il testo relativo all'ATPasi continua qui.]