Definitie van actiepotentiaal en membraan

Engel Zamora Ramirez
Graad in de natuurkunde

Het actiepotentiaal omvat een snelle verandering in het membraanpotentiaal van een exciteerbare cel die zich er snel over verspreidt. Actiepotentialen zijn het basismechanisme voor het doorgeven van informatie in het zenuwstelsel en in alle soorten spieren.

Alle functies die ons zenuwstelsel uitvoert, de samentrekking van de spieren waardoor we kunnen bewegen en de hartslag daarvan ervoor zorgen dat bloed naar alle cellen van ons lichaam wordt vervoerd, worden georkestreerd door elektrische signalen die zich door de weefsels voortplanten betrokken.

Membraan potentieel

Puur natuurkundig gezien kunnen we cellen beschouwen alsof het kleine batterijen zijn. Er zijn elektrische ladingen in het extracellulaire medium en het intracellulaire medium die verschillend zijn concentraties resulteren in een elektrisch potentiaalverschil over het membraan van de cel. De gegenereerde elektrochemische gradiënt geeft aanleiding tot verschillende elektrische verschijnselen die in de cel optreden.

De ionen die vooral relevant zijn bij het bepalen van de membraanpotentiaal van cellen zijn het natriumion (Na⁺) en het kaliumion (K⁺). De gemiddelde concentratie van Na⁺ in het extracellulaire medium is het 142 mEq/l terwijl het in het intracellulaire medium een ​​concentratie heeft van slechts 14 mEq/l. Aan de andere kant, de concentratie van K⁺ buiten de cel is dat 4 mEq/l en binnen de cel ongeveer 140 mEq/l.

Het verschil in concentraties van deze twee ionen tussen het extracellulaire en intracellulaire medium genereert een verschil in elektrische potentiaal over het celmembraan. Er zijn echter nog andere factoren die hier ook invloed op hebben. Het celmembraan is beter doorlaatbaar voor het K-ion⁺, dat wil zeggen, dit ion kan er gemakkelijker doorheen gaan. Er zijn ionkanalen bekend als kaliumlekkanalen die de doorgang van K-ionen mogelijk maken⁺ van de binnenkant van de cel naar de buitenkant ervan. Ze laten ook enkele Na^+-ionen ontsnappen, hoewel deze kanalen ongeveer 100 keer beter doorlaatbaar zijn voor kalium.

Een ander element dat een fundamentele rol speelt bij de vorming van de membraanpotentiaal is de Na-pomp.^+- k⁺. Het is een eiwit dat ATP gebruikt om een ​​continue pomp van 3 Na-ionen te produceren⁺ de cel uit en 2 K ionen⁺ naar binnen, waardoor een grotere accumulatie van positieve ladingen in het extracellulaire medium ontstaat. Wanneer al deze mechanismen samenwerken, wordt in de zenuwvezels een netto membraanpotentiaal van ongeveer -90 mV gegenereerd. De waarde van potentieel zijn heeft betrekking op het inwendige van de cel, dat wil zeggen, het potentieel is negatiever in de intracellulaire omgeving.

actiepotentiaal

Een actiepotentiaal begint met een plotselinge verandering van de normale negatieve membraanpotentiaal. tot een positief potentieel, en eindigt met een bijna even snelle verandering terug naar het potentieel negatief. De actoren die nodig zijn voor het genereren van een actiepotentiaal en het herstel daarna zijn spanningsafhankelijke natriumkanalen en spanningsafhankelijke kaliumkanalen. Dit zijn ionkanalen die openen en sluiten afhankelijk van de waarde van de membraanpotentiaal op een bepaald moment.

Een actiepotentiaal begint met de cel in rust en met zijn membraanpotentiaal op de typische waarde van -90 mV. Tijdens deze fase wordt het membraan "gepolariseerd" genoemd. Onder bepaalde omstandigheden wordt het membraan plotseling zeer doorlaatbaar voor Na-ionen.⁺, op zo'n manier dat deze naar het binnenste van de cel beginnen te bewegen en het potentieel positiever begint te worden.

Als de potentiaal een waarde bereikt die kan liggen tussen -70 en -50 mV, gaan de spanningsafhankelijke natriumkanalen open en is er een snelle beweging van meer Na-ionen.⁺ naar het intracellulaire medium. Tijdens deze fase kan de doorlaatbaarheid van het membraan voor natrium tot 5.000 keer toenemen en het potentieel membraan waarden bereikt die oscilleren tussen +35 en +40 mV, men zegt dan dat het membraan "gedepolariseerd". Het spanningsafhankelijke natriumkanaal blijft enkele tienduizendsten van een seconde open en sluit dan.

Wanneer de membraanpotentiaal 0 mV bereikt, beginnen spanningsafhankelijke kaliumkanalen te openen, waardoor de stroom van K-ionen mogelijk wordt.⁺ naar de buitenkant van de cel. Door de vertraagde opening van de kaliumkanalen gaan ze echter volledig open wanneer de natriumkanalen beginnen te sluiten. De combinatie van beide gebeurtenissen veroorzaakt een snel herstel van de membraanpotentiaal naar de rustwaarde van -90 mV, in deze fase wordt gezegd dat er sprake is van een "repolarisatie".