Mis on tegevuspotentsiaal?

Iga kord, kui midagi teete, alates sammu astumisest kuni telefoni ülesvõtmiseni, edastab teie aju ülejäänud kehale elektrilisi signaale. Neid signaale nimetatakse tegevuspotentsiaalid. Aktsioonipotentsiaal võimaldab teie lihastel täpsusega liikuda ja liikuda. Neid edastavad aju rakud, mida nimetatakse neuroniteks.

Võtmevõimalused: tegevuspotentsiaal

Aktsioonipotentsiaali edastavad aju rakud, mida nimetatakse neuronid. Neuronid vastutavad läbi saadetava maailma teabe koordineerimise ja töötlemise eest oma meeli, saates käske keha lihastele ja edastades kõik elektrilised signaalid vahel.

Neuron koosneb mitmest osast, mis võimaldavad tal kogu kehas teavet edastada:

• Dendritid on neuroni hargnenud osad, mis saavad teavet lähedalasuvatelt neuronitelt.
• rakukeha neuron sisaldab oma tuum, mis sisaldab raku pärilikku teavet ja kontrollib raku kasvu ja paljunemist.
• akson - juhib rakusisest elektrisignaale, edastades teavet selle otstes olevatele teistele neuronitele, või - aksoniterminalid.

Võite mõelda neuronile nagu arvuti, mis võtab vastu sisendit (näiteks klaviatuuril täheklahvi vajutamine) annab selle kaudu dendriitide kaudu väljundi (nähes seda tähte arvuti ekraanil hüpikaknas) selle kaudu akson. Vahepeal töödeldakse teavet nii, et sisestus annab soovitud väljundi.

Aktsioonipotentsiaalid, mida nimetatakse ka "naiteks" või "impulssideks", tekivad siis, kui raku membraani elektriline potentsiaal tõuseb kiiresti, siis langeb vastuseks sündmusele. Kogu protsess võtab tavaliselt mitu millisekundit.

Rakumembraan on valkude ja lipiidide kahekordne kiht, mis ümbritseb rakku, kaitstes seda väliskeskkonna sisu ja lubades sisse hoida ainult teatud aineid, hoides samal ajal teisi välja.

Elektripotentsiaal, mõõdetuna voltides (V), mõõdab elektrienergia kogust, millel on potentsiaal tegema töö. Kõik rakud säilitavad oma rakumembraanide vahel elektripotentsiaali.

Raku membraani elektripotentsiaal, mida mõõdetakse, võrreldes raku sisemist potentsiaali väljastpoolt, tekib seetõttu, et kontsentratsiooni erinevusedvõi kontsentratsioonigradiendid, laetud osakesteks, mida nimetatakse ioonideks väljaspool raku sisemust. Need kontsentratsioonigradiendid põhjustavad omakorda elektrilisi ja keemilisi tasakaalustamatusi, mis ajendavad ioone tasakaalustama tasakaalustamatust, suurema hajutavuse korral pakuvad ebaühtlasemad tasakaalustamatused või edasiviiv jõud, tasakaalustamatuse parandamiseks. Selleks liigub ioon tavaliselt membraani kõrge kontsentratsiooniga poolelt madala kontsentratsiooniga poolele.

Kaks aktsioonipotentsiaali huvitavat iooni on kaaliumkatioon (K⁺) ja naatriumkatiooni (Na⁺), mida võib leida rakkude seest ja väljast.

• Seal on suurem K kontsentratsioon⁺ rakkude sisemus väljastpoolt.
• Na on kõrgem kontsentratsioon⁺ rakkude välisküljel siseruumides, umbes 10 korda kõrgem.

Kui aktsioonipotentsiaali ei ole pooleli (st rakk on puhkeseisundis), on neuronite elektriline potentsiaal puhkemembraani potentsiaal, mida tavaliselt mõõdetakse umbes -70 mV. See tähendab, et raku sisemuse potentsiaal on 70 mV madalam kui väljast. Tuleb märkida, et see viitab tasakaal olekud - ioonid liiguvad endiselt rakku ja sealt välja, kuid viisil, mis hoiab puhkemembraani potentsiaali üsna konstantsel väärtusel.

Puhkemembraani potentsiaali saab säilitada, kuna rakumembraan sisaldab valke, mis moodustavad ioonkanalid - augud, mis võimaldavad ioonidel voolata rakkudesse ja neist välja - ning naatrium / kaalium pumbad mis suudab ioone rakust välja ja välja pumbata.

Ioonkanalid pole alati avatud; teatud tüüpi kanalid avanevad ainult reageerimisel eritingimustele. Neid kanaleid nimetatakse seega "väravateks" kanaliteks.

A lekkekanal avaneb ja sulgub juhuslikult ning aitab säilitada raku puhkemembraani potentsiaali. Naatriumilekke kanalid võimaldavad Na⁺ aeglaselt rakku liikuda (kuna Na kontsentratsioon Na⁺ on väljast kõrgem seestpoolt), samas kui kaaliumikanalid võimaldavad K⁺ lahtrist välja kolida (kuna K kontsentratsioon⁺ on väljast kõrgemal). Kaaliumi lekkekanaleid on aga palju rohkem kui naatriumi puhul ja seetõttu liigub kaalium rakust välja palju kiiremini kui rakku sisenev naatrium. Seega on positsioonil rohkem positiivset laengut väljas raku, põhjustades puhkemembraani potentsiaali negatiivseks.

Naatrium / kaalium pump säilitab puhkemembraani potentsiaali, viies naatriumi rakust tagasi või kaaliumi rakku. See pump toob aga sisse kaks K-d⁺ ioone iga kolme Na kohta⁺ ioonid eemaldati, säilitades negatiivse potentsiaali.

Pingega ühendatud ioonkanalid on olulised tegevuspotentsiaali jaoks. Enamik neist kanalitest jääb suletuks, kui rakumembraan on lähedal puhkemembraani potentsiaalile. Kui aga raku potentsiaal muutub positiivsemaks (vähem negatiivseks), siis need ioonikanalid avanevad.

Tegevuspotentsiaal on a ajutine puhkemembraani potentsiaali muutmine negatiivsest positiivseks. Aktsioonipotentsiaal "teravik" jaguneb tavaliselt mitmeks etapiks:

1. Vastuseks signaalile (või stiimul) nagu neurotransmitter, mis seob oma retseptoriga või vajutab sõrmega klahvi, mõni Na⁺ kanalid avanevad, võimaldades Na⁺ kontsentratsioonigradiendi tõttu rakku voolata. Membraanipotentsiaal depolariseerub, või muutub positiivsemaks.
2. Kui membraani potentsiaal jõuab a lävi väärtus - tavaliselt umbes -55 mV - aktsioonipotentsiaal jätkub. Kui potentsiaali ei saavutata, siis aktsioonipotentsiaali ei toimu ja rakk naaseb puhkemembraani potentsiaalile. See läve saavutamise nõue on põhjus, miks tegevuspotentsiaali nimetatakse kõik või mitte midagi sündmus.
3. Pärast läviväärtuse saavutamist pingestatud Na⁺ kanalid avanevad ja Na⁺ ioonid ujuvad rakku. Membraanipotentsiaal libiseb negatiivsest positiivseks, kuna raku sisemine külg on nüüd positiivsem.
4. Kui membraanipotentsiaal jõuab +30 mV-ni - aktsioonipotentsiaali tipp - pingestatud kaalium kanalid avanevad ja K⁺ lahustub rakust kontsentratsioonigradiendi tõttu. Membraanipotentsiaal repolariseerubvõi liigub tagasi negatiivse puhkemembraani potentsiaali poole.
5. Neuron muutub ajutiselt hüperpolariseeritud nagu K⁺ ioonid põhjustavad membraanipotentsiaali muutumist puhkepotentsiaalist pisut negatiivsemaks.
6. Neuron siseneb a tulekindelperiood, milles naatriumi / kaaliumi pump tagastab neuroni puhkemembraani potentsiaalile.

Aktsioonipotentsiaal liigub piki aksonit aksoni klemmide suunas, mis edastavad teabe teistele neuronitele. Levimiskiirus sõltub aksoni läbimõõdust - kus laiem läbimõõt tähendab kiiremat levikut - ja sellest, kas aksoni osa on kaetud või mitte müeliin, rasvaine, mis toimib sarnaselt kaablitraadi katmisega: see ümbritseb aksonit ja hoiab ära elektrivoolu lekkimise, võimaldades aktsioonipotentsiaalil kiiremini tekkida.

• “12.4 Tegevuspotentsiaal.” Anatoomia ja füsioloogia, Pressiraamatud, opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/12-4-the-action-potential/.
• Charad, Ka Xiong. "Tegevuspotentsiaalid." Hüperfüüsika, hüperfüüsika.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/actpot.html.
• Egri, Csilla ja Peter Ruben. "Tegevuspotentsiaalid: genereerimine ja paljundamine." ELS, John Wiley & Sons, Inc., 16. apr. 2012, onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470015902.a0000278.pub2.
• "Kuidas neuronid suhtlevad." Valendik - piirideta bioloogia, Lumen õppimine, kursused.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/how-neurons-communicate/.