Potenziale di membrana

Potenziale di membrana a riposo

La diversa distribuzione di ioni all’interno e all’esterno della membrana plasmatica genera una differenza di campi elettrici a cavallo della stessa membrana. La differenza di potenziale di tutte le cellule è sempre negativa dal lato intracellulare, anche se l’entità di questa differenza di potenziale è diversa in base al tipo di cellula. Nelle cellule eccitabili questa differenza di potenziale di membrana assume un ruolo importante perché viene utilizzata per generare dei segnali elettrici.

Le forze in gioco

• Forza chimica: è la forza dovuta a un gradiente di concentrazione
• Forza elettrica: gli ioni essendo carichi, quando si muovono modificano le cariche di membrana (gradiente elettrochimico)

Tutte le cellule presentano un potenziale di membrana (con il citoplasma negativo rispetto all’ambiente extracellulare) compreso tra -40 e -90 mV. Il più alto si registra nella fibra muscolare (-90 mV).

Da cosa dipende il potenziale elettrico di membrana?

1. Dalla diversa concentrazione degli ioni a cavallo della membrana plasmatica
2. Dalla permeabilità selettiva della membrana agli ioni (alcuni passano altri no)

Solo se sussistono queste due condizioni si riesce a generare il potenziale di membrana. In questa cellula artificiale vengono riprodotte le concentrazioni ioniche:

• All’interno della cellula K⁺ che ha come contro-ione i grossi proteinati (Pr^-)
• All’esterno della cellula Na⁺ che ha come contro-ione il Cl^-

Dal punto di vista elettrico la membrana plasmatica non è permeabile ai soluti. Questa cellula è quindi in una situazione di equilibrio elettrico ma non chimico, perché all’interno della cellula, in mancanza di una permeabilità, la quantità di carica portata dallo ione K⁺ è bilanciata dalla quantità di carica di Pr^- e la carica degli ioni sodio è bilanciata dagli ioni cloro. Dato che non si possono muovere il potenziale di membrana è pari a 0.

Cellula artificiale e cellule animali

In una cellula artificiale ma molto simile alle cellule animali: la membrana plasmatica è selettivamente permeabile solo agli ioni K⁺. Mosso dal gradiente di concentrazione lo ione tenderà ad uscire dalla cellula, ma questo movimento non può essere seguito dai grossi proteinati perché la membrana è impermeabile ad essi, quindi generano una carica negativa all’interno della membrana. Quindi a cavallo della membrana si crea una differenza di potenziale elettrico, che viene definita “potenziale di diffusione” perché dettata dalla diffusione dello ione K⁺.

Lo ione K⁺ è sotto la guida di due forze: un gradiente di concentrazione che tende a spostarlo dall’interno all’esterno della cellula, e un gradiente elettrico che tende a spostarlo dall’esterno...