La respuesta más corta y ligeramente agitada a mano
Esto puede razonarse imaginando una celda que es completamente neutral por dentro y por fuera, con las mismas cargas positivas y negativas en ambos lados. Esta célula solo es permeable a una carga positiva, el potasio, que tiene más dentro de la célula que afuera.
El potasio quiere bajar su gradiente de concentración, por lo que quiere abandonar la célula. Pero en el momento en que comienza a salir de la celda, el exterior se vuelve un poco positivo con el K + extra y el interior se vuelve un poco negativo con el K + menor.
Así que ahora algunos de los K + intentarán volver a ingresar a la celda ya que las cargas positivas buscan áreas cargadas negativamente. Pero el gradiente de concentración aún se opone a eso.
Esto conduce a un potencial de membrana en reposo a medida que las fuerzas eléctricas y el gradiente de concentración se igualan. Resulta ser negativo ya que el interior es ligeramente negativo.
Como el potasio es mucho más permeable que otros iones, funciona bastante bien para que los otros iones no cambien lo suficiente como para que no sea negativo. Entonces sigue siendo negativo.
¿Qué pasaría con tu cuerpo si corrieras en Mach 10?
¿Por qué una célula B necesita una señal adicional (IL 4, 5, 6) de una célula Th2 para activarse?
¿Qué hay dentro de las celdas eléctricas?
Cuanto más larga, más aterradora de resolver, pero más fundamental y rigurosa, respuesta
Esto generará una termodinámica completa de ingeniería química para derivar el concepto de potenciales electrostáticos en reposo que surjan en cualquier caso de equilibrio electroquímico para partículas cargadas, así que tengan paciencia conmigo.
En termodinámica química, existe el concepto de minimizar la energía libre de Gibbs, un parámetro relacionado con la energía del sistema. Todos los sistemas quieren minimizar esto.
En el caso de partículas cargadas sobre el espacio, la ecuación de la energía libre de Gibbs se convierte en
G = UjNj + zeW (x) Nj – NjkT ln (C (x)),
dónde
- Uj es el potencial químico (una tendencia a interconvertirse o difundirse) para las partículas Nj de la especie j
- e es la magnitud de la carga de un electrón
- z es la valencia de la carga (K y Na obtendrían +1, Ca obtendría +2, Cl obtendría -1), Nj el mismo Nj que antes deberían cargarse todas las partículas
- W (x) es el potencial electrostático en la posición x
- k es la constante de Boltzmann, T es la temperatura y C (x) es la concentración de la partícula en la posición x. ln es para el logaritmo natural
La definición de equilibrio químico es que la energía libre de Gibbs es mínima, por lo que dG = 0 (derivada = 0 un mínimo). Además, si tomó la derivada con respecto a Nj (que termina simplemente dividiendo por Nj), este se convierte en el potencial electroquímico global, que debe ser igual en dos puntos diferentes (la igualdad del potencial electroquímico es otro componente del equilibrio).
Usando esa definición, podemos escribir la igualdad para dos diferentes ubicaciones x, usando x ‘para denotar una diferencia en la ubicación, y desechar Nj, para llegar a una ecuación de equilibrio electroquímico que varía con la distancia. Esto es
Uj + zeW (x + x ‘) + kT ln (C (x + x’)) = Uj + zeW (x) + kT ln (C (x))
Cancelar Uj, cambiar a zeW al mismo lado y ln (C) al mismo lado, obtenemos
ze (W (x + x ‘) – W (x)) = kT (ln (C (x)) – ln (C (x + x’))
Ahora bien, si hicimos nuestro x + x ‘el interior de nuestra membrana celular, y x el exterior de nuestra membrana celular (podemos hacerlo asumiendo que la membrana no es lo suficientemente gruesa como para importar) y usamos propiedades de logaritmo, puede reescribirlo como el siguiente
ze (Winside-Woutside) = kTln (Coutside / Cinside)
Haga Winside – Woutside nuestro RMP (ya que esta es nuestra diferencia de potencial a la que RMP se refiere), aísle RMP de un lado, y obtendrá
RMP = (kT / (ze)) ln (Coutside / Cinside)
Para el potasio en nuestro caso fisiológico, que será mayor en el interior que en el exterior debido a la bomba de sodio y potasio, el logaritmo se volverá negativo, por lo que el RMP para el potasio solo será negativo.
De hecho, cada vez que una cosa cargada positivamente tiene una concentración mayor dentro de alguna membrana, habrá un potencial de membrana negativo. El potasio cumple esas condiciones, y nuevamente, dado que otros iones son solo contribuyentes menores, domina el RMP real que vemos en las células.
Y es por eso que el RMP es negativo.
