Darbības potenciāla un membrānas definīcija

Eņģelis Zamora Ramiress
Fizikas grāds

Darbības potenciāls ietver straujas izmaiņas membrānas potenciālā uzbudināmā šūnā, kas ātri izplatās pa to. Darbības potenciāls ir informācijas pārraides pamatmehānisms nervu sistēmā un visu veidu muskuļos.

Visas funkcijas, ko veic mūsu nervu sistēma, muskuļu kontrakcija, kas ļauj mums kustēties, un sirdsdarbība, kas ļauj asinīm nogādāt visas mūsu ķermeņa šūnas, tiek organizēti ar elektriskiem signāliem, kas izplatās caur audiem iesaistīti.

Membrānas potenciāls

No tīri fiziskā viedokļa mēs varam domāt par šūnām tā, it kā tās būtu mazas baterijas. Ekstracelulārajā vidē un intracelulārajā vidē ir elektriskie lādiņi, kas atšķiras koncentrācija izraisa elektrisko potenciālu starpību visā membrānā šūna. Radītais elektroķīmiskais gradients izraisa vairākas elektriskās parādības, kas notiek šūnā.

Joni, kas ir īpaši svarīgi, nosakot šūnu membrānas potenciālu, ir nātrija jons (Na⁺) un kālija jonu (K⁺). Vidējā Na koncentrācija⁺ ekstracelulārajā vidē tā ir 142 mEq/l, savukārt intracelulārajā vidē tā ir tikai 14 mEq/l. No otras puses, koncentrācija K

Šo divu jonu koncentrāciju atšķirība starp ekstracelulāro un intracelulāro vidi rada elektriskā potenciāla atšķirību visā šūnas membrānā. Tomēr ir arī citi faktori, kas to ietekmē. Šūnu membrāna ir vairāk caurlaidīga K jonam⁺, tas ir, šis jons var vieglāk iziet cauri. Ir jonu kanāli, kas pazīstami kā kālija noplūdes kanāli, kas nodrošina K jonu pāreju⁺ no šūnas iekšpuses uz tās ārpusi. Tie arī ļauj izkļūt dažiem Na^+ joniem, lai gan šie kanāli ir aptuveni 100 reizes labāk caurlaidīgi kālijam.

Vēl viens elements, kam ir būtiska loma membrānas potenciāla veidošanā, ir Na sūknis.^+- k⁺. Tas ir proteīns, kas izmanto ATP, lai ražotu nepārtrauktu 3 Na jonu sūkni⁺ ārā no šūnas un 2 K jonus⁺ uz iekšu, tādējādi izraisot lielāku pozitīvo lādiņu uzkrāšanos ārpusšūnu vidē. Kad visi šie mehānismi darbojas kopā, nervu šķiedrās veidojas neto membrānas potenciāls aptuveni -90 mV. Potenciāla vērtība ir saistīta ar šūnas iekšpusi, tas ir, potenciāls ir negatīvāks intracelulārajā vidē.

darbības potenciāls

Darbības potenciāls sākas ar pēkšņām izmaiņām no parastā negatīvā membrānas potenciāla. līdz pozitīvam potenciālam un beidzas ar gandrīz tikpat straujām pārmaiņām atpakaļ uz potenciālu negatīvs. Darbības potenciāla ģenerēšanai un pēc tam atjaunošanai nepieciešamie dalībnieki ir no sprieguma atkarīgi nātrija kanāli un ar spriegumu saistīti kālija kanāli. Tie ir jonu kanāli, kas atveras un aizveras atkarībā no membrānas potenciāla vērtības noteiktā brīdī.

Darbības potenciāls sākas ar šūnu miera stāvoklī un ar tās membrānas potenciālu pie tipiskās vērtības -90 mV. Šajā fāzē tiek uzskatīts, ka membrāna ir "polarizēta". Noteiktos apstākļos membrāna pēkšņi kļūst ļoti caurlaidīga Na joniem.⁺, tādā veidā, ka tie sāk virzīties uz šūnas iekšpusi un potenciāls sāk kļūt pozitīvāks.

Ja potenciāls sasniedz vērtību, kas var būt no -70 līdz -50 mV, ar spriegumu atkarīgie nātrija kanāli atveras un notiek strauja vairāk Na jonu kustība.⁺ pret intracelulāro vidi. Šajā fāzē membrānas caurlaidība pret nātriju var palielināties līdz 5000 reizēm un potenciāls membrāna sasniedz vērtības, kas svārstās starp + 35 un + 40 mV, tad tiek teikts, ka membrāna ir "depolarizēts". Sprieguma nātrija kanāls paliek atvērts dažas sekundes desmit tūkstošdaļas un pēc tam aizveras.

Kad membrānas potenciāls sasniedz 0 mV, sāk atvērties ar spriegumu saistīti kālija kanāli, ļaujot plūst K joniem.⁺ virzienā uz šūnas ārpusi. Tomēr kālija kanālu aizkavētas atvēršanas dēļ tie pilnībā atveras, kad nātrija kanāli sāk aizvērties. Abu notikumu kombinācija izraisa ātru membrānas potenciāla atjaunošanos līdz miera vērtībai -90 mV, šajā fāzē tiek teikts, ka notiek "repolarizācija".