Opredelitev akcijskega potenciala in membrane

Angel Zamora Ramirez
Diploma iz fizike

Akcijski potencial vključuje hitro spremembo membranskega potenciala vzdražene celice, ki se hitro širi po njej. Akcijski potenciali so osnovni mehanizem za prenos informacij v živčnem sistemu in v vseh vrstah mišic.

Vse funkcije, ki jih izvaja naš živčni sistem, krčenje mišic, ki nam omogočajo gibanje, in srčni utrip, ki omogočajo, da se kri prenaša do vseh celic našega telesa, orkestrirajo električni signali, ki se širijo skozi tkiva vključeni.

Membranski potencial

S povsem fizikalnega vidika si lahko celice predstavljamo kot majhne baterije. Obstajajo električni naboji v zunajceličnem mediju in znotrajceličnem mediju, ki se razlikujeta Koncentracije povzročijo razliko električnega potenciala na membrani celica. Ustvarjeni elektrokemični gradient povzroči več električnih pojavov, ki se pojavljajo v celici.

Ioni, ki so še posebej pomembni pri določanju membranskega potenciala celic, so natrijev ion (Na⁺) in kalijev ion (K⁺). Povprečna koncentracija Na⁺ v zunajceličnem mediju znaša 142 mEq/l, medtem ko ima v znotrajceličnem mediju le 14 mEq/l. Po drugi strani pa koncentracija K

Razlika v koncentracijah teh dveh ionov med zunajceličnim in znotrajceličnim medijem povzroči razliko v električnem potencialu čez celično membrano. Na to pa vplivajo tudi drugi dejavniki. Celična membrana je bolj prepustna za ion K⁺, to pomeni, da lahko ta ion lažje prehaja skozenj. Obstajajo ionski kanali, znani kot kanali za uhajanje kalija, ki omogočajo prehod ionov K⁺ od notranjosti celice do njene zunanjosti. Omogočajo tudi uhajanje nekaterih ionov Na^+, čeprav so ti kanali približno 100-krat bolj prepustni za kalij.

Drugi element, ki igra temeljno vlogo pri nastanku membranskega potenciala, je Natrijeva črpalka.^+- k⁺. To je protein, ki uporablja ATP za proizvodnjo neprekinjenega črpanja 3 Na ionov⁺ iz celice in 2 K iona⁺ navznoter, kar povzroči večje kopičenje pozitivnih nabojev v zunajceličnem mediju. Ko vsi ti mehanizmi delujejo skupaj, se v živčnih vlaknih ustvari neto membranski potencial približno -90 mV. Vrednost potenciala je glede na notranjost celice, kar pomeni, da je potencial bolj negativen v znotrajceličnem okolju.

akcijski potencial

Akcijski potencial se začne z nenadno spremembo normalnega negativnega membranskega potenciala. do pozitivnega potenciala in se konča s skoraj enako hitro spremembo nazaj proti potencialu negativno. Akterji, ki so potrebni za generiranje akcijskega potenciala in posledično okrevanje, so napetostno odvisni natrijevi kanali in napetostno odvisni kalijevi kanali. To so ionski kanalčki, ki se odpirajo in zapirajo glede na vrednost membranskega potenciala v določenem trenutku.

Akcijski potencial se začne s celico v mirovanju in z njenim membranskim potencialom pri tipični vrednosti -90 mV. V tej fazi naj bi bila membrana "polarizirana". Pod določenimi pogoji postane membrana nenadoma zelo prepustna za Na ione.⁺, in sicer tako, da se te začnejo premikati proti notranjosti celice in potencial začne postajati bolj pozitiven.

Če potencial doseže vrednost, ki je lahko med -70 in -50 mV, se odprejo napetostno odvisni natrijevi kanali in pride do hitrega gibanja več ionov Na.⁺ proti znotrajceličnemu mediju. V tej fazi se lahko prepustnost membrane za natrij poveča do 5000-krat in potencial membrana doseže vrednosti, ki nihajo med + 35 in + 40 mV, potem rečemo, da je membrana "depolariziran". Napetostno odvisen natrijev kanal ostane odprt nekaj desettisočink sekunde in se nato zapre.

Ko membranski potencial doseže 0 mV, se začnejo odpirati napetostno odvisni kalijevi kanalčki, ki omogočajo pretok ionov K.⁺ proti zunanjosti celice. Zaradi zapoznelega odpiranja kalijevih kanalčkov pa se popolnoma odprejo, ko se natrijevi kanalčki začnejo zapirati. Kombinacija obeh dogodkov povzroči hitro povrnitev membranskega potenciala na vrednost mirovanja -90 mV, v tej fazi pravimo, da pride do "repolarizacije".