Mikä on toimintapotentiaali?

Aina kun teet jotain, askeleen ottamisesta puhelimen noutoon, aivosi lähettävät sähköisiä signaaleja muuhun kehosi. Näitä signaaleja kutsutaan toimintapotentiaalit. Toimintapotentiaalien avulla lihakset voivat koordinoida ja liikkua tarkasti. Ne välittyvät aivojen soluilla, joita kutsutaan neuroneiksi.

Keskeiset takeet: toimintapotentiaali

Aivojen solut välittävät toimintapotentiaalit, joita kutsutaan neuronien. Neuronit vastaavat läpi lähetetyn maailman tiedon koordinoinnista ja käsittelystä aistisi, lähettämällä komentoja kehosi lihaksille ja välittämällä kaikki sähköiset signaalit välillä.

Neuroni koostuu useista osista, joiden avulla se voi siirtää tietoa kehossa:

• dendrites ovat neuronin haarautuneita osia, jotka vastaanottavat tietoa läheisiltä neuroneilta.
• solun elin neuronista sisältää sen tuma, joka sisältää solun perinnölliset tiedot ja hallitsee solun kasvua ja lisääntymistä.
• axon - johtaa sähköisiä signaaleja pois solurungosta lähettämällä tietoa muihin neuroneihin sen päissä, tai - aksoniterminaalit.

Voit ajatella neuronia kuin tietokonetta, joka vastaanottaa tuloa (kuten näppäimistön kirjainpainikkeen painaminen) antaa sen jälkeen tulosteen (kun kirjain aukeaa tietokoneen näytölle) sen kautta Axon. Välissä tiedot käsitellään siten, että syöte tuottaa halutun tuloksen.

Toimintapotentiaalit, joita kutsutaan myös "piikkeiksi" tai "impulsseiksi", ilmenevät, kun sähköinen potentiaali solukalvon läpi nousee nopeasti, sitten putoaa vasteena tapahtumaan. Koko prosessi kestää yleensä useita millisekuntia.

Solumembraani on kaksinkertainen proteiinien ja lipidien kerros, joka ympäröi solua ja suojaa sitä sisältöä ulkoympäristöstä ja sallia vain tiettyjen aineiden pitämisen samalla, kun muita pidetään ulos.

Sähköpotentiaali, mitattuna volteina (V), mittaa sen sähköenergian määrän, jolla on mahdollinen tehdä työ. Kaikki solut ylläpitävät sähköpotentiaalin solumembraaniensa läpi.

Sähköpotentiaali solukalvon läpi, joka mitataan vertaamalla solun sisällä olevaa potentiaalia ulkopuolelle, syntyy, koska erot keskittymisessätai pitoisuusgradientit, varatuista hiukkasista, joita kutsutaan ioneiksi solun ulkopuolella. Nämä konsentraatiogradientit puolestaan ​​aiheuttavat sähköisiä ja kemiallisia epätasapainoja, jotka auttavat ioneja tasoittamaan epätasapainoa, kun epätasaiset epätasapainot tarjoavat paremman motivaatiota, tai liikkeellepaneva voima, epätasapainon korjaamiseksi. Tätä varten ioni siirtyy tyypillisesti kalvon korkean konsentraation puolelta matalan konsentraation puolelle.

Kaksi mielenkiintoista ionia toimintapotentiaalien suhteen ovat kaliumkationi (K⁺) ja natriumkationi (Na⁺), joka löytyy solujen sisä- ja ulkopuolelta.

• K-pitoisuus on suurempi⁺ solujen sisäpuolella suhteessa ulkopuolelle.
• Na-pitoisuus on korkeampi⁺ solujen ulkopinnalla suhteessa sisäpuolelle, noin 10 kertaa korkeampi.

Kun toiminnassa ei ole toimintapotentiaalia (ts. Solu on “levossa”), neuronien sähköinen potentiaali on lepokalvopotentiaali, jonka tyypillisesti mitataan olevan noin -70 mV. Tämä tarkoittaa, että kennon sisäpuolella on 70 mV pienempi potentiaali kuin ulkopuolella. On huomattava, että tämä viittaa tasapaino tilaionit liikkuvat edelleen soluun ja ulos solusta, mutta tavalla, joka pitää lepokalvon potentiaalin melko vakiona.

Lepokalvopotentiaali voidaan ylläpitää, koska solukalvo sisältää proteiineja, jotka muodostavat ionikanavat - reikiä, jotka antavat ionien virtaa soluihin ja niistä ulos - ja natrium / kalium pumput joka voi pumppaa ioneja soluun ja ulos.

Ionikanavat eivät aina ole avoinna; tietyt kanavatyypit avautuvat vain vastauksena erityisiin olosuhteisiin. Näitä kanavia kutsutaan siis "porteiksi" kanaviksi.

vuoto kanava avautuu ja sulkeutuu satunnaisesti ja auttaa ylläpitämään solun lepokalvopotentiaalia. Natriumvuodokanavat sallivat Na: n⁺ siirtyä hitaasti soluun (koska Na⁺ on korkeampi ulkopuolella verrattuna sisäpuolelle), kun taas kaliumkanavat sallivat K: n⁺ siirtyä pois solusta (koska K⁺ on korkeampi sisäpuolella suhteessa ulkopuolelle). Kaliumilla on kuitenkin paljon enemmän vuotokanavia kuin natriumilla, ja siten kalium liikkuu solusta paljon nopeammin kuin soluun tuleva natrium. Siten, positiivinen varaus on ulkopuolella solun pinta-alasta aiheuttaen lepokalvon potentiaalin negatiiviseksi.

Natrium / kalium pumppu ylläpitää lepokalvopotentiaalia siirtämällä natriumia takaisin solusta tai kaliumia soluun. Tämä pumppu tuo kuitenkin kaksi K: ta⁺ ionit jokaiselle kolmelle Na: lle⁺ ionit poistettiin pitäen negatiivinen potentiaali.

Jännitteelliset ionikanavat ovat tärkeitä toimintapotentiaalien kannalta. Suurin osa näistä kanavista pysyy kiinni, kun solukalvo on lähellä lepokalvon potentiaaliaan. Kuitenkin kun solun potentiaalista tulee positiivisempi (vähemmän negatiivinen), nämä ionikanavat avautuvat.

Toimintapotentiaali on tilapäinen lepokalvon potentiaalin kääntö negatiivisesta positiiviseksi. Toimintapotentiaalin "piikki" on yleensä jaettu useisiin vaiheisiin:

1. Vastauksena signaaliin (tai ärsyke) kuten välittäjäaine, joka sitoutuu reseptoriinsa tai paina näppäintä sormella, jotain Na⁺ kanavat auki, sallien Na⁺ virtaamaan soluun pitoisuusgradientin takia. Kalvopotentiaali depolaroi, tai tulee positiivisemmaksi.
2. Kun membraanipotentiaali saavuttaa kynnys arvo - yleensä noin -55 mV - toimintapotentiaali jatkuu. Jos potentiaalia ei saavuteta, toimintapotentiaalia ei tapahdu ja solu palaa takaisin lepokalvopotentiaaliinsa. Tätä kynnysarvon saavuttamista koskevaa vaatimusta kutsutaan toimintapotentiaaliksi kaikki tai ei mitään tapahtuma.
3. Kun kynnysarvo on saavutettu, jännitteellisellä Na⁺ kanavat auki ja Na⁺ ionit virtaavat soluun. Kalvopotentiaali siirtyy negatiivisesta positiiviseen, koska solun sisäpuoli on nyt positiivisempi kuin ulkopuolella.
4. Kun membraanipotentiaali saavuttaa +30 mV - toimintapotentiaalin huippu - jännitteellä kalium kanavat avautuvat ja K⁺ poistuu solusta pitoisuusgradientin takia. Kalvopotentiaali repolarisoi, tai siirtyy takaisin kohti negatiivista lepokalvopotentiaalia.
5. Neuronista tulee väliaikaisesti hyperpolarisoitu kuten K⁺ ionit aiheuttavat membraanipotentiaalin muuttumisen hiukan negatiivisemmaksi kuin lepopotentiaalin.
6. Neuroni saapuu tulenkestäväaika, jossa natrium / kaliumpumppu palauttaa neuronin lepomembraanipotentiaaliinsa.

Toimintapotentiaali kulkee aksonin pituudella kohti aksoniterminaaleja, jotka välittävät informaation muihin neuroneihin. Etenemisnopeus riippuu aksonin halkaisijasta - kun leveämpi halkaisija tarkoittaa nopeampaa etenemistä - ja siitä, peitetäänkö aksonin osa vai ei myeliinin, rasva-aine, joka toimii samalla tavalla kuin kaapelilangan peite: se suojaa aksonia ja estää sähkövirran vuotamasta, mikä antaa toimintapotentiaalin tapahtua nopeammin.

• "12.4 Toimintapotentiaali." Anatomia ja fysiologia, Lehtikirjat, opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/12-4-the-action-potential/.
• Charad, Ka Xiong. "Toimintapotentiaalit." HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/actpot.html.
• Egri, Csilla ja Peter Ruben. "Toimintapotentiaalit: Sukupolvi ja eteneminen." ELS, John Wiley & Sons, Inc., 16. huhtikuuta 2012, onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470015902.a0000278.pub2.
• "Kuinka neuronit kommunikoivat." Lumen - rajaton biologia, Lumen-oppiminen, kurssit.lumenlearning.com/rajaton-biologia/kappale/how-neurons-kommunikaatio/.