Определение за потенциал на действие и мембрана

Потенциалът на действие включва бърза промяна в мембранния потенциал на възбудимата клетка, която се разпространява бързо в нея. Потенциалите за действие са основният механизъм за предаване на информация в нервната система и във всички видове мускули.

Всички функции, извършвани от нашата нервна система, свиването на мускулите, което ни позволява да се движим, и сърдечния ритъм, който позволяват на кръвта да бъде пренесена до всички клетки на нашето тяло, се управляват от електрически сигнали, които се разпространяват през тъканите участващи.

Мембранен потенциал

От чисто физическа гледна точка можем да мислим за клетките като за малки батерии. Има електрически заряди в извънклетъчната среда и вътреклетъчната среда, чиито различни концентрациите водят до електрическа потенциална разлика през мембраната на клетката. Генерираният електрохимичен градиент поражда няколко от електрическите явления, които се случват в клетката.

Йоните, които са особено важни при определяне на мембранния потенциал на клетките, са натриевият йон (Na

⁺) и калиевия йон (K⁺). Средната концентрация на Na⁺ в извънклетъчната среда е 142 mEq/l, докато във вътреклетъчната среда има концентрация само 14 mEq/l. От друга страна, концентрацията на К⁺ извън клетката е 4 mEq/l, а вътре в клетката е приблизително 140 mEq/l.

Разликата в концентрациите на тези два йона между извънклетъчната и вътреклетъчната среда генерира разлика в електрическия потенциал през клетъчната мембрана. Има обаче и други фактори, които също влияят на това. Клетъчната мембрана е по-пропусклива за K йон⁺, тоест този йон може да премине по-лесно през него. Има йонни канали, известни като канали за изтичане на калий, които позволяват преминаването на K йони⁺ от вътрешността на клетката към външната й страна. Те също позволяват на някои Na^+ йони да избягат, въпреки че тези канали са приблизително 100 пъти по-пропускливи за калий.

Друг елемент, който играе основна роля при формирането на мембранния потенциал, е Na помпата.^+- к⁺. Това е протеин, който използва АТФ, за да произведе непрекъсната помпа от 3 Na йони⁺ извън клетката и 2 K йони⁺ навътре, като по този начин причинява по-голямо натрупване на положителни заряди в извънклетъчната среда. Когато всички тези механизми действат заедно, в нервните влакна се генерира нетен мембранен потенциал от приблизително -90 mV. Стойността на потенциала е по отношение на вътрешността на клетката, тоест потенциалът е по-отрицателен във вътреклетъчната среда.

потенциал за действие

Потенциалът на действие започва с внезапна промяна от нормалния отрицателен мембранен потенциал. до положителен потенциал и завършва с почти също толкова бърза промяна обратно към потенциала отрицателен. Актьорите, необходими за генерирането на потенциал за действие и възстановяването след това, са волтаж-зависими натриеви канали и волтаж-зависими калиеви канали. Това са йонни канали, които се отварят и затварят в зависимост от стойността на мембранния потенциал в определен момент.

Потенциалът на действие започва с клетката в покой и нейния мембранен потенциал при типичната стойност от -90 mV. По време на тази фаза се казва, че мембраната е „поляризирана“. При определени условия мембраната внезапно става много пропусклива за Na йони.⁺, по такъв начин, че те започват да се движат към вътрешността на клетката и потенциалът започва да става по-положителен.

Ако потенциалът достигне стойност, която може да бъде между -70 и -50 mV, волтаж-зависимите натриеви канали се отварят и има бързо движение на повече Na йони.⁺ към вътреклетъчната среда. По време на тази фаза пропускливостта на мембраната за натрий може да се увеличи до 5000 пъти и потенциалът мембраната достига стойности, които се колебаят между + 35 и + 40 mV, тогава се казва, че мембраната е „деполяризиран“. Зависимият от напрежение натриев канал остава отворен за няколко десетхилядни от секундата и след това се затваря.

Когато мембранният потенциал достигне 0 mV, волтаж-зависимите калиеви канали започват да се отварят, позволявайки потока на K йони.⁺ към външната страна на клетката. Въпреки това, поради забавеното отваряне на калиевите канали, те се отварят напълно, когато натриевите канали започнат да се затварят. Комбинацията от двете събития предизвиква бързо възстановяване на мембранния потенциал до стойността на покой от -90 mV, в тази фаза се казва, че има "реполяризация".