Definicja potencjału czynnościowego i błony

Potencjał czynnościowy obejmuje szybką zmianę potencjału błony pobudliwej komórki, która szybko się w niej rozprzestrzenia. Potencjały czynnościowe są podstawowym mechanizmem przekazywania informacji w układzie nerwowym i we wszystkich typach mięśni.

Wszystkie funkcje wykonywane przez nasz układ nerwowy, skurcze mięśni, które pozwalają nam się poruszać i bicie serca umożliwiają dotarcie krwi do wszystkich komórek naszego ciała, są sterowane przez sygnały elektryczne, które rozchodzą się w tkankach zaangażowany.

Potencjał błonowy

Z czysto fizycznego punktu widzenia możemy myśleć o komórkach jak o małych bateriach. W ośrodku zewnątrzkomórkowym i ośrodku wewnątrzkomórkowym występują ładunki elektryczne, które są różne stężenia powodują różnicę potencjałów elektrycznych na błonie komórka. Wygenerowany gradient elektrochemiczny powoduje kilka zjawisk elektrycznych zachodzących w komórce.

Jony, które są szczególnie istotne przy określaniu potencjału błonowego komórek, to jon sodu (Na

⁺) i jon potasu ( K⁺). Średnie stężenie Na⁺ w pożywce pozakomórkowej wynosi 142 mEq/l, podczas gdy w pożywce wewnątrzkomórkowej tylko 14 mEq/l. Z kolei stężenie K⁺ na zewnątrz celi wynosi 4 mEq/l, a wewnątrz celi około 140 mEq/l.

Różnica w stężeniach tych dwóch jonów między środowiskiem zewnątrzkomórkowym i wewnątrzkomórkowym generuje różnicę potencjału elektrycznego w poprzek błony komórkowej. Jednak są też inne czynniki, które mają na to wpływ. Błona komórkowa jest bardziej przepuszczalna dla jonu K⁺, to znaczy ten jon może łatwiej przez niego przejść. Istnieją kanały jonowe zwane kanałami wycieku potasu, które umożliwiają przejście jonów K⁺ z wnętrza komórki na zewnątrz. Pozwalają również na ucieczkę niektórych jonów Na^+, chociaż kanały te są około 100 razy bardziej przepuszczalne dla potasu.

Kolejnym elementem, który odgrywa zasadniczą rolę w tworzeniu potencjału błonowego, jest pompa Na.^+- k⁺. Jest to białko, które wykorzystuje ATP do wytwarzania ciągłej pompy 3 jonów Na⁺ z komórki i jony 2 K⁺ do wewnątrz, powodując w ten sposób większą akumulację ładunków dodatnich w ośrodku zewnątrzkomórkowym. Kiedy wszystkie te mechanizmy działają razem, we włóknach nerwowych generowany jest potencjał błonowy netto o wartości około -90 mV. Wartość bycia potencjałem odnosi się do wnętrza komórki, to znaczy potencjał jest bardziej ujemny w środowisku wewnątrzkomórkowym.

potencjał czynnościowy

Potencjał czynnościowy zaczyna się od nagłej zmiany normalnego ujemnego potencjału błonowego. aż do dodatniego potencjału i kończy się prawie równie szybką zmianą z powrotem w kierunku potencjału negatywny. Aktorami wymaganymi do wytworzenia potencjału czynnościowego i późniejszej regeneracji są kanały sodowe bramkowane napięciem i kanały potasowe bramkowane napięciem. Są to kanały jonowe, które otwierają się i zamykają w zależności od wartości potencjału błony w danym momencie.

Potencjał czynnościowy zaczyna się od spoczynku komórki i jej potencjału błonowego przy typowej wartości -90 mV. Mówi się, że podczas tej fazy membrana jest „spolaryzowana”. W pewnych warunkach membrana nagle staje się bardzo przepuszczalna dla jonów Na.⁺, w taki sposób, że zaczynają one przemieszczać się w kierunku wnętrza komórki, a potencjał zaczyna stawać się bardziej dodatni.

Jeśli potencjał osiągnie wartość, która może wynosić od -70 do -50 mV, kanały sodowe bramkowane napięciem otwierają się i następuje szybki ruch większej liczby jonów Na.⁺ w kierunku ośrodka wewnątrzkomórkowego. Podczas tej fazy przepuszczalność błony dla sodu może wzrosnąć nawet 5000 razy i potencjał membrana osiąga wartości, które oscylują między +35 a +40 mV, mówi się wtedy, że membrana jest „zdepolaryzowany”. Bramkowany napięciem kanał sodowy pozostaje otwarty przez kilka dziesiątych tysięcznych sekundy, a następnie zamyka się.

Kiedy potencjał błony osiągnie 0 mV, kanały potasowe bramkowane napięciem zaczynają się otwierać, umożliwiając przepływ jonów K.⁺ w kierunku na zewnątrz komórki. Jednak ze względu na opóźnione otwieranie kanałów potasowych otwierają się one całkowicie, gdy kanały sodowe zaczynają się zamykać. Połączenie obu zdarzeń powoduje szybki powrót potencjału błony do wartości spoczynkowej -90 mV, w tej fazie mówi się o "repolaryzacji".