Tegevuspotentsiaali ja membraani määratlus

Aktsioonipotentsiaal hõlmab kiiret muutust ergastava raku membraanipotentsiaalis, mis levib kiiresti üle selle. Aktsioonipotentsiaalid on teabe edastamise põhimehhanism närvisüsteemis ja igat tüüpi lihastes.

Kõik funktsioonid, mida meie närvisüsteem täidab, lihaste kokkutõmbumine, mis võimaldab meil liikuda, ja südamelöögid, mis võimaldavad vere kandmist kõigisse meie keha rakkudesse, mida korraldavad elektrilised signaalid, mis levivad läbi kudede kaasatud.

Membraani potentsiaal

Puhtalt füüsilisest vaatenurgast võime elementidest mõelda nii, nagu oleksid need väikesed akud. Ekstratsellulaarses ja rakusiseses keskkonnas on elektrilaengud, mis erinevad kontsentratsioonid põhjustavad elektriliste potentsiaalide erinevust kogu membraani ulatuses rakk. Loodud elektrokeemiline gradient põhjustab mitmeid rakus esinevaid elektrilisi nähtusi.

Ioonid, mis on rakkude membraanipotentsiaali määramisel eriti olulised, on naatriumiioon (Na⁺) ja kaaliumiioon (K⁺). Keskmine Na kontsentratsioon

⁺ rakuvälises keskkonnas on see 142 mEq/l, samas kui intratsellulaarses keskkonnas on selle kontsentratsioon vaid 14 mEq/l. Teisest küljest on K kontsentratsioon⁺ väljaspool rakku on see 4 mEq/l ja raku sees ligikaudu 140 mEq/l.

Nende kahe iooni kontsentratsioonide erinevus rakuvälises ja intratsellulaarses keskkonnas tekitab rakumembraani elektrilise potentsiaali erinevuse. Siiski on ka teisi tegureid, mis seda mõjutavad. Rakumembraan on K-ioonile paremini läbilaskev⁺st see ioon pääseb sellest kergemini läbi. On ioonikanaleid, mida nimetatakse kaaliumi lekkekanaliteks, mis võimaldavad K-ioonide läbimist⁺ raku seest väljapoole. Need võimaldavad ka mõnel Na^+ ioonil välja pääseda, kuigi need kanalid on kaaliumile ligikaudu 100 korda läbilaskvamad.

Teine element, mis mängib membraanipotentsiaali kujunemisel olulist rolli, on Na pump.^+- k⁺. See on valk, mis kasutab ATP-d pideva 3 Na iooni pumba tootmiseks⁺ rakust välja ja 2 K iooni⁺ sissepoole, põhjustades seega positiivsete laengute suuremat kuhjumist rakuvälises keskkonnas. Kui kõik need mehhanismid toimivad koos, tekib närvikiududes membraani netopotentsiaal ligikaudu -90 mV. Potentsiaalsuse väärtus on raku sisemuse suhtes, see tähendab, et potentsiaal on rakusiseses keskkonnas negatiivsem.

tegevuspotentsiaal

Aktsioonipotentsiaal saab alguse normaalse negatiivse membraanipotentsiaali järsust muutusest. kuni positiivse potentsiaalini ja lõpeb peaaegu sama kiire muutusega tagasi potentsiaali suunas negatiivne. Aktsioonipotentsiaali tekitamiseks ja sellele järgnevaks taastumiseks on vaja pingepõhised naatriumikanalid ja pingepõhised kaaliumikanalid. Need on ioonkanalid, mis avanevad ja sulguvad sõltuvalt membraanipotentsiaali väärtusest teatud hetkel.

Aktsioonipotentsiaal algab raku puhkeolekust ja selle membraanipotentsiaalist tüüpilise väärtusega -90 mV. Selles faasis öeldakse, et membraan on "polariseeritud". Teatud tingimustel muutub membraan ootamatult Na-ioonidele väga läbilaskvaks.⁺, nii, et need hakkavad liikuma raku sisemuse poole ja potentsiaal hakkab muutuma positiivsemaks.

Kui potentsiaal jõuab väärtuseni, mis võib olla vahemikus -70 kuni -50 mV, avanevad pingepõhised naatriumikanalid ja toimub kiire rohkemate Na-ioonide liikumine.⁺ rakusisese söötme suunas. Selles faasis võib membraani läbilaskvus naatriumile suureneda kuni 5000 korda ja potentsiaal membraan saavutab väärtused, mis võnguvad vahemikus + 35 kuni + 40 mV, siis öeldakse, et membraan on "depolariseeritud". Pingega juhitav naatriumikanal jääb avatuks mõneks kümnendikuks sekundiks ja sulgub siis.

Kui membraanipotentsiaal jõuab 0 mV-ni, hakkavad avanema pingepõhised kaaliumikanalid, mis võimaldavad K-ioonide voolu.⁺ raku väliskülje suunas. Kuid kaaliumikanalite hilinenud avanemise tõttu avanevad need täielikult, kui naatriumikanalid hakkavad sulguma. Mõlema sündmuse kombinatsioon põhjustab membraanipotentsiaali kiire taastumise puhkeväärtuseni -90 mV, selles faasis öeldakse, et toimub "repolarisatsioon".