Fagstoff

Ionestrøm og membranpotensial

Publisert: 07.11.2012, Oppdatert: 04.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut
Refleks

Nerveimpulser er elektriske signaler som skapes av ioner som beveger seg over cellemembranen. Ionene har positive eller negative ladninger og lager en spenningsforskjell mellom cellas innside og utside. Denne spenningsforskjellen kalles membranpotensialet. Det er lynraske forandringer i det elektriske potensialet som får nerveimpulser til å løpe i nervecellene.

Tversnitt av cellemembranNoen stoffer passerer fritt gjennom cellemembraner, og enkelte kan hjelpes gjennom ved bruk av energi, mens andre aldri kan passere.  

Tverrsnitt av cellemembran med proteiner, kolesterol og fosfolipider.Cellemembranens byggesteiner. 

Tverrsnitt av cellemembran med proteiner som transporterer natrium og kalium gjennom membranen.Natrium-kalium-pumpe. 

Forstørret nervecelle viser ulik ladning på inn- og utside av membranen.Hvilepotensial. 

Tverrsnitt av cellemembran og graf som viser spenningsnivået.Hvilepotensialet gjenopprettes. 

Ionestrømmer

Nerveimpulser er elektriske signaler. I motsetning til i elektriske ledninger der det er elektroner som lager strøm, skapes de elektriske nerveimpulsene av ioner som beveger seg gjennom cellemembranen i en nervecelle. Ionene, som er vannløselige og som finnes i forskjellige konsentrasjoner på utsiden og innsiden av cellemembranen, kan bare komme inn og ut av cellene gjennom ionekanaler og bæreproteiner.

Aktiv og passiv transport av ioner

Ved passiv transportPassiv transport er bevegelse av molekyler over en cellemembran uten at cella bruker energi. Gasser og noen fettløselige molekyler kan passere rett gjennom fosfolipidlaget, mens andre kun kan passere i bestemte proteinkanaler. Passiv transport foregår alltid fra høyere til lavere konsentrasjon av stoffet (med en konsentrasjonsgradient eller en spenningsgradient).Passive transportmekanismerDiffusjon skjer alltid fra høyere til lavere konsentrasjon (med stoffets konsentrasjonsgradient).Oksygen og karbondioksid diffunderer gjennom cellemembranen.Fettløselige stoffer kan løse seg i fosfolipidlaget og diffundere gjennom membranen.OsmoseVannmolekyler er så små at de i noen grad kan passere gjennom cellemembranen selv om de er polare.Vannmolekyler kan passere gjennom proteinkanaler som kalles akvaporiner (fasilitert diffusjon).Fasilitert diffusjon – proteinkanalerIoner, aminosyrer, glukose og små proteiner kan binde seg til spesialiserte proteinkanaler (transportproteiner) som dermed endrer form for å slippe molekylene gjennom. av ioner kreves det ikke energi. Det er konsentrasjonsforskjeller som får ionene til å bevege seg. Vi sier at de diffunderer fra høy til lav konsentrasjon. Dersom det kun hadde vært diffusjonskrefter i sving i cellene, hadde konsentrasjonen av ioner etter hvert blitt lik på begge sider av cellemembranen, og diffusjonen av ioner hadde stoppet opp.

Ionepumper motvirker dette ved å transportere ioner mot konsentrasjonsgradienten, altså fra steder med lav konsentrasjon til steder med høy konsentrasjon av ioner. Dette krever energi og kalles aktiv transportAktiv transport er energikrevende transport av stoffer gjennom en cellemembran. Aktiv transport foregår mot konsentrasjonsgradienten (fra lavere til høyere konsentrasjon av stoffet) eller mot ladningsgradienten (transport av ioner til den siden av membranen som har overskudd av samme ladning).Proteinpumper som Na+/K+-pumpaFor å frakte store molekyler, enkelte ioner og ulike forbindelser mot konsentrasjonsgradienten kan cella hente energi fra ATP. De spesialiserte proteinpumpene endrer form og presser stoffer gjennom ved aktiv transport.Kotransport er koblede transporter der en type molekyler/ioner som fraktes med gradienten, gir energi til å frakte en annen type molekyler/ioner mot konsentrasjonsgradienten.Endocytose og eksocytose krever bruk av energi.Når cella henter inn stoffer fra utsiden ved membranavsnøringer, kalles det endocytose.Når vesikler med innhold smelter sammen med cellemembranen og tømmes på utsiden av cella, kalles det eksocytose.. En aktiv transport av ioner opprettholder konsentrasjonsforskjeller og muliggjør passiv transport av ioner ved diffusjon.

Natrium-kalium-pumpa

I nervesystemet er natrium-kalium-pumpa spesielt viktig. Dette er en ionepumpe som aktivt transporterer natriumioner (Na+) ut av cella og kaliumioner (K+) inn i cella. Dermed opprettholder pumpa en høy konsentrasjon av kalium inni og en høy konsentrasjon av natrium utenfor cella. Pumpa drives av ATP og pumper tre natriumioner ut og to kaliumioner inn i cella for hvert ATP-molekyl som lades ut (ATP ⟺ ADP + P + energi).

You are missing some Flash content that should appear here! Perhaps your browser cannot display it, or maybe it did not initialise correctly. Download player
Membranpotensialet. Simulering med lyd.
Forfatter: Alf Jacob Nilsen
  

Membranpotensialet

Les forklaring på hva som skjer når en nerveimpuls går i en nervecelle.

Tverrsnitt av cellemembran med proteiner som transporterer natrium og kalium gjennom membranen.Natrium-kalium-pumpe.I cellemembranen finnes selektive ionekanaler. Noen transporterer bare natriumioner og kalles natriumkanaler, mens andre transporterer bare kaliumioner og kalles kaliumkanaler. Videre er noen kanaler alltid åpne og brukes til diffusjon (passiv transport), mens andre er lukket og åpnes bare når energi tilføres til aktiv transport.

Tverrsnitt av cellemembran med ladninger.Hvilepotensial.Ioner har elektrisk ladning. Natrium- og kaliumionet er begge positive, mens for eksempel kloridionet (Cl-) er negativt. Når det hele tiden transporteres ioner over cellemembranen, vil dette føre til at det er ulike mengder negative og positive ladninger utenfor og inni cellene. Dette skaper en spenningsforskjell på hver side av cellemembranen. Denne spenningsforskjellen kalles membranpotensialet.

Menbran og graf som viser spenningen.Hvilepotensialet gjenopprettes.En nervecelle som er i ro og ikke sender noe signal, har et membranpotensial på −70 mV. Dette kalles cellas hvilepotensial. Når en nerveimpuls går, forandrer membranpotensialet seg etter som ioner pumpes eller diffunderer ut og inn av cella. En typisk nerveimpuls har et membranpotensial som forandrer seg fra −70 mV til +20 mV og tilbake til −70 mV. Impulsen kan defineres som en rask forandring i membranpotensialet. skjul

Oppgaver

Generelt