potentiaalitasapainoon

Potentiaalitasapainoon viitataan usein ionin yksittäisen elektrochemiallisen tasapainon tilaan, jossa kyseiselle ionille ei synny nettovirtaa solukalvon läpi. Tällainen tasapainopotentiaali, usein merkitty E_ion, seuraa siitä, että sähköinen gradient ja kemiallinen gradient ovat vastakkaisia ja tasapainossa. Potentiaalitasapainon käsite on tärkeä ymmärtää solujen sähköisiä ilmiöitä, kuten hermo- ja lihassolujen toimintaa.

Nernstin yhtälöllä voidaan laskea kunkin ionin tasapainopotentiaali: E_ion = (RT/zF) ln([ion] outside / [ion] inside), jossa z on ionin varaus, R gasvakio, T lämpötila ja F Faradayn vakio. Monovalenttien ionien, kuten Na+, K+ ja Cl−, tasapainopotentiaalit voidaan arvoida likimäärin käyttämällä lämpötilan arvoja; esimerkiksi 37 °C: E_ion ≈ 61,5 mV × log10([outside]/[inside]).

Todellinen solukalvon potentiaali Vm ei yleensä ole yhtä kuin yksittäisen ionin E_ion, vaan se määräytyy useiden ionien peräkkäisyyden perusteella. Goldman-Hodgkin-Katzin (GHK) yhtälö kuvaa, miten kalvon permeabiliteetit eri ioneille vaikuttavat Vm: vm on pienten ja suurempien ionien E_ionien permeabiliteettien painotettu yhdistelmä. Ionin vaikutus Vm:iin tunnetaan driving force -käsitteellä: driving force = Vm − E_ion.

Kalvon energiasta vastaavat peräteva kas. Na+/K+-ATPasi ylläpitää Na+ ja K+-gradientteja, joiden avulla E_ion-arvot pysyvät kestävänä. Esimerkkeinä: levossa Vm on usein lähellä EK, kun kalvo on K+-läpäisevä, ja toiminnan aikana Vm liikkuu kohti ENa tai EK riippuen ionikanavien avautumisesta, säätäen depolarisaatiota ja repolarisaatiota. Potentiaalitasapainon käsite auttaa ymmärtämään sekä perus- että viestintäprosesseja soluissa sekä niiden farmakologiaa.