Визначення потенціалу дії та мембрани

Потенціал дії передбачає швидку зміну мембранного потенціалу збудливої ​​клітини, яка швидко поширюється по ній. Потенціали дії є основним механізмом передачі інформації в нервовій системі та у всіх типах м’язів.

Усі функції, які виконує наша нервова система, скорочення м’язів, що дозволяє нам рухатися, і серцебиття, яке дозволяють крові транспортуватися до всіх клітин нашого тіла, керуються електричними сигналами, які поширюються через тканини залучений.

Мембранний потенціал

З чисто фізичної точки зору ми можемо думати про клітини як про маленькі батарейки. Існують електричні заряди у позаклітинному середовищі та у внутрішньоклітинному середовищі, які відрізняються концентрації призводять до різниці електричних потенціалів на мембрані клітина. Створений електрохімічний градієнт викликає кілька електричних явищ, які відбуваються в клітині.

Іони, які особливо актуальні при визначенні мембранного потенціалу клітин, це іон натрію (Na⁺) та іон калію (К⁺). Середня концентрація Na

⁺ у позаклітинному середовищі він становить 142 мекв/л, тоді як у внутрішньоклітинному середовищі він має концентрацію лише 14 мекв/л. З іншого боку, концентрація К⁺ поза клітиною він становить 4 мекв/л, а всередині клітини приблизно 140 мекв/л.

Різниця в концентраціях цих двох іонів між позаклітинним і внутрішньоклітинним середовищем створює різницю в електричному потенціалі на клітинній мембрані. Однак на це впливають і інші фактори. Клітинна мембрана більш проникна для іонів К⁺, тобто цей іон може легше проходити через нього. Існують іонні канали, відомі як канали витоку калію, які забезпечують проходження іонів калію⁺ зсередини клітини назовні. Вони також дозволяють деяким іонам Na^+ вийти, хоча ці канали приблизно в 100 разів більш проникні для калію.

Іншим елементом, який відіграє фундаментальну роль у формуванні мембранного потенціалу, є Na насос.^+- k⁺. Це білок, який використовує АТФ для виробництва безперервного насоса іонів 3 Na⁺ поза клітини та 2 K іонів⁺ всередину, таким чином викликаючи більше накопичення позитивних зарядів у позаклітинному середовищі. Коли всі ці механізми діють разом, у нервових волокнах генерується чистий мембранний потенціал приблизно -90 мВ. Значення потенціалу по відношенню до внутрішньої частини клітини, тобто потенціал більш негативний у внутрішньоклітинному середовищі.

потенціал дії

Потенціал дії починається з раптової зміни нормального негативного мембранного потенціалу. до позитивного потенціалу, і закінчується майже настільки ж швидкою зміною назад до потенціалу негативний. Акторами, необхідними для генерації потенціалу дії та відновлення після цього, є потенціалзалежні натрієві канали та потенціалзалежні калієві канали. Це іонні канали, які відкриваються і закриваються в залежності від величини мембранного потенціалу в певний момент.

Потенціал дії починається з клітини в спокої та її мембранного потенціалу при типовому значенні -90 мВ. Під час цієї фази мембрана називається «поляризованою». За певних умов мембрана раптово стає дуже проникною для іонів Na.⁺, таким чином, що вони починають рухатися до внутрішньої частини клітини, і потенціал починає ставати більш позитивним.

Якщо потенціал досягає значення, яке може становити від -70 до -50 мВ, напругозалежні натрієві канали відкриваються і відбувається швидкий рух більшої кількості іонів Na.⁺ у бік внутрішньоклітинного середовища. Під час цієї фази проникність мембрани для натрію може зрости до 5000 разів, а потенціал мембрана досягає значень, які коливаються між + 35 і + 40 мВ, тоді кажуть, що мембрана «деполяризований». Напругозалежний натрієвий канал залишається відкритим протягом кількох десятитисячних секунди, а потім закривається.

Коли мембранний потенціал досягає 0 мВ, напругозалежні калієві канали починають відкриватися, забезпечуючи потік іонів К.⁺ назовні клітини. Однак через затримку відкриття калієвих каналів вони повністю відкриваються, коли починають закриватися натрієві канали. Поєднання обох подій викликає швидке відновлення мембранного потенціалу до значення спокою -90 мВ, у цій фазі кажуть, що відбувається "реполяризація".