Kāds ir rīcības potenciāls?

Katru reizi, kad jūs kaut ko darāt, sākot ar soli līdz tālruņa pacelšanai, jūsu smadzenes pārraida elektriskos signālus uz pārējo ķermeni. Šie signāli tiek saukti darbības potenciāli. Darbības potenciāls ļauj jūsu muskuļiem precīzi koordinēt un kustēties. Tos pārraida smadzeņu šūnas, ko sauc par neironiem.

Galvenās izņemtās preces: darbības potenciāls

Darbības potenciālu pārraida smadzeņu šūnas, ko sauc neironi. Neironi ir atbildīgi par caur pasauli nosūtītās informācijas koordinēšanu un apstrādi sajūtas, nosūtot komandas ķermeņa muskuļiem un pārsūtot visus elektriskos signālus starp.

Neironu veido vairākas daļas, kas ļauj tam nodot informāciju visā ķermenī:

• Dendrīti ir sazarotas neirona daļas, kas saņem informāciju no tuvumā esošajiem neironiem.
• šūnas ķermenis no neirona satur savu kodols, kas satur šūnas iedzimto informāciju un kontrolē šūnas augšanu un pavairošanu.
• aksons - vada elektriskos signālus prom no šūnas ķermeņa, pārraidot informāciju uz citiem neironiem tā galos, vai - aksonu termināļi.

Jūs varat domāt par neironu kā datoru, kurš saņem ievadi (piemēram, nospiežot burtu taustiņu uz tastatūras) caur tā dendritiem, pēc tam dod izvadi (redzot, ka burts uznirstošs uz datora ekrāna) caur aksons. Starplaikā informācija tiek apstrādāta tā, lai ievades rezultāts būtu vēlamais.

Darbības potenciāli, ko sauc arī par “tapas” vai “impulsiem”, rodas, kad, reaģējot uz notikumu, elektriskais potenciāls visā šūnu membrānā strauji palielinās, pēc tam nokrīt. Viss process parasti ilgst vairākas milisekundes.

Šūnu membrāna ir olbaltumvielu un lipīdu dubultā slānis, kas ieskauj šūnu, aizsargājot to saturu no ārējās vides un ļaujot uzturēties tikai noteiktām vielām, vienlaikus saglabājot citas ārā.

Elektriskais potenciāls, mērīts voltos (V), mēra elektriskās enerģijas daudzumu, kam ir potenciāls darīt darbs. Visas šūnas uztur elektrisko potenciālu visā šūnu membrānā.

Elektriskais potenciāls šūnas membrānā, ko mēra, salīdzinot šūnas iekšpusi ar ārpusi, rodas tāpēc, ka koncentrācijas atšķirības, vai koncentrācijas gradienti, lādētu daļiņu, ko sauc par joniem ārpus šūnas iekšpusē. Šie koncentrācijas gradienti savukārt izraisa elektrisko un ķīmisko nelīdzsvarotību, kas dzen jonus, lai izlīdzinātu nelīdzsvarotību, ja atšķirīgāki disbalansi nodrošina lielāku motivētāju, vai dzinējspēks, lai novērstu nelīdzsvarotību. Lai to izdarītu, jons parasti pārvietojas no membrānas augstas koncentrācijas puses uz zemas koncentrācijas pusi.

Divi joni, kas interesē darbības potenciālu, ir kālija katjons (K⁺) un nātrija katjonu (Na⁺), kas atrodams šūnās un ārpus tām.

• Ir augstāka K koncentrācija⁺ šūnu iekšpusē attiecībā pret ārpusi.
• Ir augstāka Na koncentrācija⁺ šūnu ārpusē, salīdzinot ar iekšpusi, apmēram 10 reizes augstāks.

Kad nepastāv darbības potenciāls (t.i., šūna atrodas “miera stāvoklī”), neironu elektriskais potenciāls atrodas miera membrānas potenciāls, ko parasti mēra ap -70 mV. Tas nozīmē, ka šūnas iekšpuses potenciāls ir par 70 mV zemāks nekā ārpusē. Jāatzīmē, ka tas attiecas uz līdzsvars stāvokļi - joni joprojām pārvietojas šūnā un ārpus tās, bet tā, lai miera membrānas potenciāls būtu diezgan nemainīgs.

Atpūtas membrānas potenciālu var saglabāt, jo šūnu membrāna satur olbaltumvielas, kas veidojas jonu kanāli - caurumi, kas ļauj joniem ieplūst šūnās un iziet no tām, un nātrijs / kālijs pumpas kas var sūknēt jonus šūnā un ārpus tās.

Jonu kanāli ne vienmēr ir atvērti; daži kanālu veidi tiek atvērti tikai, reaģējot uz īpašiem nosacījumiem. Šie kanāli tādējādi tiek saukti par “vārtiem” kanāliem.

A noplūdes kanāls nejauši atveras un aizveras un palīdz uzturēt šūnas atpūtas membrānas potenciālu. Nātrija noplūdes kanāli pieļauj Na⁺ lēnām pārvietoties šūnā (jo Na koncentrācija⁺ ir augstāks ārpusē attiecībā pret iekšpusi), bet kālija kanāli ļauj K⁺ izkļūt no šūnas (jo K koncentrācija⁺ ir augstāks iekšpusē attiecībā pret ārpusi). Tomēr kālijam ir daudz vairāk noplūdes kanālu nekā nātrijam, un tāpēc kālijs iziet no šūnas daudz ātrāk nekā nātrijs, kas nonāk šūnā. Tādējādi ir vairāk pozitīvu lādiņu ārpusē šūnas, izraisot atpūtas membrānas potenciāla negatīvu.

Nātrija / kālija sūknis uztur miera membrānas potenciālu, pārvietojot nātriju atpakaļ no šūnas vai kāliju šūnā. Tomēr šis pumpis ienes divus K⁺ joni uz katriem trim Na⁺ noņemti joni, saglabājot negatīvo potenciālu.

Jonu kanāli ar spriegumu ir svarīgi rīcības potenciālam. Lielākā daļa šo kanālu paliek aizvērti, kad šūnu membrāna ir tuvu tās atpūtas membrānas potenciālam. Tomēr, kad šūnas potenciāls kļūs pozitīvāks (mazāk negatīvs), šie jonu kanāli tiks atvērti.

Darbības potenciāls ir a īslaicīgs atpūtas membrānas potenciāla maiņa no negatīvas uz pozitīvu. Darbības potenciāls “smaile” parasti tiek sadalīts vairākos posmos:

1. Atbildot uz signālu (vai stimuls), piemēram, neirotransmitera saistīšanās ar tā receptoru vai nospiežot taustiņu ar pirkstu, nedaudz Na⁺ kanāli atvērti, ļaujot Na⁺ koncentrācijas gradienta dēļ ieplūst šūnā. Membrānas potenciāls depolarizē, vai kļūst pozitīvāks.
2. Tiklīdz membrānas potenciāls sasniedz a slieksnis vērtība - parasti ap -55 mV - darbības potenciāls turpinās. Ja potenciāls netiek sasniegts, darbības potenciāls nenotiek, un šūna atgriezīsies pie miera membrānas potenciāla. Šī prasība sasniegt slieksni ir iemesls, kāpēc darbības potenciāls tiek saukts par visu vai neko notikums.
3. Pēc sliekšņa vērtības sasniegšanas Na ar spriegumu⁺ kanāli atvērti, un Na⁺ joni ieplūst šūnā. Membrānas potenciāls mainās no negatīva uz pozitīvu, jo šūnas iekšpuse tagad ir pozitīvāka attiecībā pret ārpusi.
4. Kad membrānas potenciāls sasniedz +30 mV - darbības potenciāla maksimumu - ar spriegumu kālijs kanāli atveras, un K⁺ koncentrācijas gradienta dēļ atstāj šūnu. Membrānas potenciāls repolarizē, vai virzās atpakaļ negatīvā atpūtas membrānas potenciāla virzienā.
5. Neirons īslaicīgi kļūst hiperpolarizēta kā K⁺ jonu dēļ membrānas potenciāls kļūst nedaudz negatīvāks nekā miera potenciāls.
6. Neirons iekļūst a ugunsizturīgsperiods, kurā nātrija / kālija pumpis atgriež neironu miera stāvoklī.

Darbības potenciāls pārvietojas pa aksona garumu aksona spaiļu virzienā, kas pārraida informāciju uz citiem neironiem. Izplatīšanās ātrums ir atkarīgs no aksona diametra - kur lielāks diametrs nozīmē ātrāku izplatīšanos - un no tā, vai aksona daļa ir vai nav pārklāta ar mielīna, taukskābe, kas darbojas līdzīgi kabeļa stieples pārklājumam: tā apvalko aksonu un novērš elektriskās strāvas noplūdi, ļaujot darbības potenciālam notikt ātrāk.

• “12.4 Rīcības potenciāls.” Anatomija un fizioloģija, Preses grāmatas, opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/12-4-the-action-potential/.
• Charad, Ka Xiong. “Rīcības potenciāls.” Hiperfizika, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/actpot.html.
• Egri, Csilla un Peter Ruben. “Rīcības potenciāls: paaudze un pavairošana.” ELS, John Wiley & Sons, Inc., 16. aprīlis 2012. gads, onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470015902.a0000278.pub2.
• “Kā neironi sazinās.” Lumen - bezrobežu bioloģija, Lumen mācīšanās, kursi.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/how-neurons-communicate/.