Modelul Hodgkin-Huxley

ACTIVITATEA ELECTRICA A MEMBRANEI CELULARE

IV. 1. Bioelectrogeneza

Acest fenomen se refera la producerea de electricitate în organismele vii. Producerea de sarcini electrice si aparitia unor fenomene electrice în tesuturile vii reprezinta una din manifestarile fundamentale ale vietii celulelor.

În urma proceselor metabolice care au loc în celula rezulta distributii asimetrice a ionilor de semne contrare care determina generarea unor diferenza de potential electric numite potentiale biologice sau biopotentiale. Existenta acestor diferente de potential determina la rândul lor deplasari ale sarcinilor electrice care constitue adevarati curenti electrici numiti biocurenti.

Diferentele de potential electric exista atât în timpul repausului celular (potential de repaus), cât si în timpul activitatii celulei (potential de actiune). Existenta potentialului de repaus constitue o noua dovada ca materia vie nu se gaseste niciodata într-o stare de repaus absolut. Chiar într-o celula vie în repaus, aparent inactiva, au loc permanente modificari biochimice si bioelectrice.

Bioelectrogeneza se prezinta sub doua aspecte:

1. mentinerea unei anumite stari electrice (stare caracteristica);

2. schimbari ale acestei stari electrice, ca raspuns la schimbarile factorilor de mediu.

Substanta din care sunt alcatuite organismele vii se caracterizeaza, ca orice substanta, prin anumiti parametri electrici: rezistenta electrica, impedanta, capacitate electrica etc. Valorile acestor parametrii electrici variaza în functie de starea functionala a sistemului viu.

Privita sub aspectul manifestarilor electrice, materia vie se arata deosebit de unitara. Toate celulele vii, în conditii de repaus prezinta diferente de potential între exteriorul si interiorul celulei. De asemenea, toate celulele vii îsi manifesta starea de activitate si prin generarea unor fenomene electrice. Daca se sectioneaza un muschi sau un nerv si se asaza câte un electrod pe fiecare dintre cele doua suprafete, si electroizii se leaga la un galvanometru sensibil, se constata diferemte de potential foarte mici. Suprafata intacta apare pozitiva, în timp ce suprafata de sectiune apare negativa. Aceasta diferenta de potential se numeste tensiune de leziune sau de demarcatie (potential de leziune). Tensiunea de leziune este de 30-50 mV în cazul muschiului si de 20-40 mV în cazul nervului. Aceasta tensiune de leziune se realizeaza la nivelul membranei celulare.

VI. 2. Confirmarea experimentala a modelului Hodgkin-Huxley

Modelul Hodgkin-Huxley explica în mod stralucit potentialul de actiune prin electrodifuzia pasiva a ionilor Na+ si K+, el nu face nici o referire explicita la caile prin care aceste particule purtatoare de sarcina traverseaza membrana. În mod clasic, existau doua modele de transport transmembranar: transportorii (carriers) si porii, diferiti din punct de vedere al selectivitatii, dependentei de concentratie a saturatiei fluxurilor si cuplajului stoichiometric al numarului de molecule transportate. Un transportor era asemanat cu un ferryboat, difuzând înainte si înapoi prin membrana, încarcat cu molecule mici legate stereospecific de anumite situsuri, iar un por era privit ca un tunel îngust, umplut cu apa, permeabil pentru câtiva ioni si molecule suficient de mici pentru a se strecura prin el.

Ideea ca ionii si apa traverseaza membrana pe cai specifice denumite canale este atribuita unui fiziolog din secolul 19, Ernst Brücke. Pe baza experimentelor de osmoza cu membrane de vezica urinara, el a presupus, în 1843, existenta unor canale înguste, având peretii tapetati cu molecule de apa, prin care trece un flux de apa si ioni. Printr-o extraordinara intuitie, el ofera si prima estimare realista a diametrului acestor canale: ele sunt atât de înguste încât nu permit însiruirea transversala a trei molecule de apa.