Definition av aktionspotential och membran

Aktionspotentialen innebär en snabb förändring av membranpotentialen hos en exciterbar cell som sprider sig snabbt över den. Aktionspotentialer är den grundläggande mekanismen för att överföra information i nervsystemet och i alla typer av muskler.

Alla funktioner som utförs av vårt nervsystem, sammandragningen av musklerna som gör att vi kan röra oss och hjärtslag som tillåta blod att transporteras till alla celler i vår kropp orkestreras av elektriska signaler som fortplantar sig genom vävnaderna inblandade.

Membranpotential

Ur en rent fysisk synvinkel kan vi tänka på celler som om de vore små batterier. Det finns elektriska laddningar i det extracellulära mediet och det intracellulära mediet vars olika koncentrationer resulterar i en elektrisk potentialskillnad över membranet av Cellen. Den genererade elektrokemiska gradienten ger upphov till flera av de elektriska fenomen som uppstår i cellen.

De joner som är särskilt relevanta när man bestämmer cellers membranpotential är natriumjonen (Na

⁺) och kaliumjonen (K⁺). Den genomsnittliga koncentrationen av Na⁺ i det extracellulära mediet är det 142 mekv/l medan det i det intracellulära mediet har en koncentration på endast 14 mekv/l. Å andra sidan, koncentrationen av K⁺ utanför cellen är det 4 mekv/l och inuti cellen är det ungefär 140 mekv/l.

Skillnaden i koncentrationer av dessa två joner mellan det extracellulära och intracellulära mediet genererar en skillnad i elektrisk potential över cellmembranet. Det finns dock andra faktorer som också påverkar detta. Cellmembranet är mer permeabelt för K-jonen⁺det vill säga att denna jon kan passera lättare genom den. Det finns jonkanaler som kallas kaliumläckagekanaler som tillåter passage av K-joner⁺ från insidan av cellen till utsidan av den. De tillåter också några Na^+-joner att fly, även om dessa kanaler är ungefär 100 gånger mer genomsläppliga för kalium.

Ett annat element som spelar en grundläggande roll i bildandet av membranpotentialen är Na-pumpen.^+- k⁺. Det är ett protein som använder ATP för att producera en kontinuerlig pump av 3 Na-joner⁺ ut ur cellen och 2 K-joner⁺ inåt, vilket orsakar en större ansamling av positiva laddningar i det extracellulära mediet. När alla dessa mekanismer verkar tillsammans genereras en nettomembranpotential på cirka -90 mV i nervfibrerna. Värdet av att vara potentiell är med avseende på det inre av cellen, det vill säga potentialen är mer negativ i den intracellulära miljön.

agerande potential

En aktionspotential börjar med en plötslig förändring från den normala negativa membranpotentialen. upp till en positiv potential, och slutar med en nästan lika snabb förändring tillbaka mot potentialen negativ. De aktörer som krävs för att generera en aktionspotential och återvinningen därefter är spänningsstyrda natriumkanaler och spänningsstyrda kaliumkanaler. Dessa är jonkanaler som öppnar och stänger beroende på värdet på membranpotentialen vid ett visst ögonblick.

En aktionspotential börjar med cellen i vila och med dess membranpotential vid det typiska värdet av -90 mV. Under denna fas sägs membranet vara "polariserat". Under vissa förhållanden blir membranet plötsligt mycket permeabelt för Na-joner.⁺, på ett sådant sätt att dessa börjar röra sig mot det inre av cellen och potentialen börjar bli mer positiv.

Om potentialen når ett värde som kan vara mellan -70 och -50 mV öppnas de spänningsstyrda natriumkanalerna och det sker en snabb rörelse av fler Na-joner.⁺ mot det intracellulära mediet. Under denna fas kan membranets permeabilitet för natrium öka upp till 5 000 gånger och potentialen membranet når värden som pendlar mellan + 35 och + 40 mV, det sägs då att membranet är "depolariserad". Den spänningsstyrda natriumkanalen förblir öppen i några tiotusendelar av en sekund och stängs sedan.

När membranpotentialen når 0 mV börjar spänningsstyrda kaliumkanaler att öppnas, vilket tillåter flödet av K-joner.⁺ mot utsidan av cellen. Men på grund av den fördröjda öppningen av kaliumkanalerna öppnas de helt när natriumkanalerna börjar stängas. Kombinationen av båda händelserna orsakar en snabb återhämtning av membranpotentialen till vilovärdet på -90 mV, i denna fas sägs det att det sker en "repolarisering".