Toimintapotentiaalin ja kalvon määritelmä

Aktiopotentiaaliin liittyy nopea muutos virittyvän solun kalvopotentiaalissa, joka leviää nopeasti sen läpi. Toimintapotentiaalit ovat tiedonsiirron perusmekanismi hermostossa ja kaikentyyppisissä lihaksissa.

Kaikki hermostomme suorittamat toiminnot, lihasten supistukset, joiden ansiosta voimme liikkua, ja sydämenlyönti, joka mahdollistavat veren kulkeutumisen kaikkiin kehomme soluihin ohjataan sähköisillä signaaleilla, jotka etenevät kudosten läpi mukana.

Kalvopotentiaali

Puhtaasti fysikaalisesta näkökulmasta voimme ajatella kennoja ikään kuin ne olisivat pieniä akkuja. Solunulkoisessa väliaineessa ja solunsisäisessä väliaineessa on sähkövarauksia, jotka ovat erilaisia pitoisuudet johtavat sähköpotentiaalieroon kalvon poikki solu. Syntynyt sähkökemiallinen gradientti aiheuttaa useita sähköilmiöitä, joita tapahtuu solussa.

Solujen kalvopotentiaalia määritettäessä erityisen tärkeitä ioneja ovat natriumioni (Na⁺) ja kalium-ioni (K⁺). Na: n keskimääräinen pitoisuus

⁺ solunulkoisessa väliaineessa se on 142 mekv/l, kun taas solunsisäisessä väliaineessa sen pitoisuus on vain 14 mekv/l. Toisaalta K-pitoisuus⁺ kennon ulkopuolella se on 4 mEq/l ja kennon sisällä noin 140 mEq/l.

Näiden kahden ionin pitoisuuksien ero solunulkoisen ja solunsisäisen väliaineen välillä synnyttää eron sähköpotentiaalissa solukalvon läpi. On kuitenkin myös muita tekijöitä, jotka vaikuttavat tähän. Solukalvo läpäisee paremmin K-ioneja⁺eli tämä ioni voi kulkea helpommin sen läpi. On olemassa ionikanavia, jotka tunnetaan nimellä kaliumvuotokanavat, jotka mahdollistavat K-ionien kulkemisen⁺ solun sisältä sen ulkopuolelle. Ne päästävät myös joidenkin Na^+-ionien karkaamaan, vaikka nämä kanavat ovat noin 100 kertaa läpäisevämpiä kaliumille.

Toinen elementti, jolla on perustavanlaatuinen rooli kalvopotentiaalin muodostumisessa, on Na-pumppu.^+- k⁺. Se on proteiini, joka käyttää ATP: tä tuottamaan jatkuvan 3 Na-ionin pumpun⁺ ulos solusta ja 2 K ioneja⁺ sisäänpäin, mikä aiheuttaa positiivisten varausten suurempaa kertymistä solunulkoiseen väliaineeseen. Kun kaikki nämä mekanismit toimivat yhdessä, hermosäikeisiin muodostuu noin -90 mV nettokalvopotentiaali. Potentiaalin arvo on suhteessa solun sisäosaan, eli potentiaali on negatiivisempi solunsisäisessä ympäristössä.

toimintapotentiaalia

Aktiopotentiaali alkaa äkillisestä muutoksesta normaalista negatiivisesta kalvopotentiaalista. positiiviseen potentiaaliin asti ja päättyy lähes yhtä nopeaan muutokseen takaisin kohti potentiaalia negatiivinen. Aktiopotentiaalin synnyttämiseen ja sen jälkeiseen palautumiseen tarvittavat toimijat ovat jänniteriippuvaisia ​​natriumkanavia ja jänniteohjattuja kaliumkanavia. Nämä ovat ionikanavia, jotka avautuvat ja sulkeutuvat riippuen kalvopotentiaalin arvosta tietyllä hetkellä.

Aktiopotentiaali alkaa solun ollessa levossa ja sen kalvopotentiaalilla tyypillisessä -90 mV: n arvossa. Tämän vaiheen aikana kalvon sanotaan olevan "polarisoitunut". Tietyissä olosuhteissa kalvo muuttuu yhtäkkiä hyvin läpäiseväksi Na-ioneille.⁺, siten, että nämä alkavat liikkua kohti solun sisäosaa ja potentiaali alkaa muuttua positiivisemmaksi.

Jos potentiaali saavuttaa arvon, joka voi olla välillä -70 ja -50 mV, jänniteohjatut natriumkanavat avautuvat ja lisää Na-ioneja liikkuu nopeasti.⁺ kohti solunsisäistä väliainetta. Tämän vaiheen aikana kalvon natriumin läpäisevyys voi kasvaa jopa 5000-kertaiseksi ja potentiaali kalvo saavuttaa arvot, jotka värähtelevät välillä + 35 ja + 40 mV, silloin sanotaan, että kalvo on "depolarisoitunut". Jänniteohjattu natriumkanava pysyy auki muutaman kymmenen tuhannesosan sekunnin ja sulkeutuu sitten.

Kun kalvopotentiaali saavuttaa 0 mV, jänniteohjatut kaliumkanavat alkavat avautua sallien K-ionien virtauksen.⁺ solun ulkopuolelle. Kaliumkanavien viivästyneen avautumisen vuoksi ne kuitenkin avautuvat kokonaan, kun natriumkanavat alkavat sulkeutua. Molempien tapahtumien yhdistelmä saa aikaan kalvopotentiaalin nopean palautumisen -90 mV: n lepoarvoon, tässä vaiheessa sanotaan olevan "repolarisaatio".