Toimintapotentiaali – mysciencefeel

Original page: http://webspace.ship.edu/cgboer/actionpot.html

C. George Boeree

Signaalin liike neuronin ja sen aksonin läpi on kyse ioneista. Ioni on varattu hiukkanen, kuten Na+, natriumioni. Sillä on positiivinen varaus, koska siitä puuttuu yksi elektroni. Muut ionit ovat tietysti negatiivisesti varautuneita.

Soluissa on kalvoja, jotka on valmistettu lipidimolekyyleistä (rasvoista), ja ne estävät useimpien asioiden pääsyn soluun tai poistumisen niistä. Mutta kaikkialla solukalvossa on proteiineja, jotka tarttuvat solukalvon molemmille puolille. Jotkut näistä ovat ionikanavia.

ionikanava

Suurin osa ionikanavista antaa yksinkertaisesti ionien virrata soluun tai ulos solusta. Piirrettäessä kaavioita kuvataan yleensä nämä kanavat ikään kuin ne olisivat pieniä reikiä solukalvossa. Ne ovat, kuten sanoin, todella monimutkaisia proteiineja. Kun ioni kiinnittyy johonkin näistä proteiineista, proteiini muuttaa muotoa ja kuljettaa sitä samalla kalvon toiselle puolelle, josta se vapautuu. Normaali taipumus on, että kaikki solun sisällä ja ulkopuolella tasapainottuu tällä tavalla: Jos toisella puolella on liikaa kemikaalia, se virtaa toiselle, kunnes on tasapaino; Jos toisella puolella on liikaa positiivisia tai negatiivisia ioneja, ne pyrkivät siirtymään toiselle puolelle, kunnes on tasapaino.

Joitakin kanavia kutsutaan portteiksi. Ne voivat ympäristöstä riippuen avata tai sulkea. Joillekin on kysymys siitä, mitkä kemikaalit kiinnittyvät portin osaan. Muille positiivisen-negatiivisen tasapainon muutos saa heidät avautumaan tai sulkeutumaan. Neuronissa on monia tällaisia portteja, mukaan lukien natriumportit ja kaliumportit. Molemmat reagoivat positiiviseen-negatiiviseen saldomuutokseen.

suljettu…………auki

Yksi esimerkki kemiallisesta portista ovat neuronin dendriittien reseptorikohdat: Kun neurotransmitteriksi kutsuttu kemikaali kiinnittyy portissa olevaan kohtaan, portti avautuu päästäkseen natriumionit soluun.

suljettu…………auki

Muita ionikanavia kutsutaan pumpuiksi. He käyttävät solun toimittamaa energiaa ionien pumppaamiseen soluun tai ulos solusta voimalla, jos haluat. Parhaita esimerkkejä ovat natrium-kaliumpumput neuronin kalvoissa. Nämä pumput työntävät natriumionit solusta ja kaliumionit (K+) soluun. Ne ylläpitävät itse asiassa näiden kemikaalien epätasapainoa.

ionipumppu

Jos olet tarkkaavainen, huomaat, että sekä natrium- että kaliumionit ovat positiivisia. Neuroneilla on itse asiassa melko voimakas negatiivinen varaus, toisin kuin ulkona oleva positiivinen varaus. Tämä johtuu muista molekyyleistä, joita kutsutaan anioneiksi. Ne ovat negatiivisesti ladattuja, mutta ovat aivan liian suuria lähtemään minkä tahansa kanavan kautta. He pysyvät paikallaan ja antavat solulle negatiivisen varauksen sisällä.

Joten, kun aksoni on levossa, anionit antavat sille negatiivisen varauksen, natriumpumput pitävät natriumia poissa ja kaliumia, ja kaikki natriumportit ja kaliumportit ovat kiinni. Sisä- ja ulkopuolella olevan positiivisen-negatiivisen eron vuoksi tätä lepotilaa kutsutaan lepopotentiaaliksi. Sana potentiaali viittaa siihen, että on olemassa potentiaalinen muutoksen täällä. Käytämme samaa termiä viittaamaan paristoon, joka vain istuu siellä eikä ole kytketty mihinkään: Myös sillä on lepomahdollisuuksia.

Kun dendriittien kalvoissa ja solun rungossa tapahtuvat muutokset saavuttavat aksonin, natriumportit reagoivat: jotkut niistä avautuvat ja päästävät natriumioneja sisään niin, että sisäpuoli alkaa muuttua vähemmän negatiiviseksi. Jos tämä saavuttaa tietyn tason, jota kutsutaan kynnykseksi, lisää natriumportteja reagoi ja päästää enemmän ioneja sisään…

Sitten meillä on niin kutsuttu toimintapotentia l – liikkuva ioninvaihto, joka kulkee aksonin pituudelta. Niin paljon natriumioneja pääsee sisään, että hyvin lyhyeksi ajaksi ero solun ulko-ja sisäosien välillä päinvastoin: Sisäpuoli on positiivinen ja ulkopuolinen negatiivinen.

Sitten tilanne muuttuu: Natriumportit sulkeutuvat ja kaliumportit avautuvat. Kalium ryntää ulos solusta, mikä tuo solun sisällä olevan varauksen takaisin sinne, missä se oli – sisäpuolelta negatiivinen, ulkopuolelta positiivinen.

Huomaa kuitenkin, että natrium on nyt solun sisällä ja kalium ulkopuolella, eli ne ovat väärissä paikoissa. Joten, natrium-kalium pumput palata töihin ja pumppaa natriumin takaisin ulos ja kalium takaisin vuonna, ja asiat ovat takaisin sinne, mistä aloitimme.

Nyt kaikki tämä tapahtuu aksonin yhdellä pienellä segmentillä kerrallaan: Natrium menee sisään osasta yksi; se saa aikaan kaliumin alkavan mennä ulos osasta yksi ja natrium alkamaan tulla osiosta 2; tämä vuorostaan laukaisee kaliumin menemisen ulos osasta kaksi ja natriumin sisään tulon osiosta 3; ja niin edelleen – kuin rivi dominot menevät alas.

Tässä pienessä grafiikassa, joka edustaa aksonia, punainen edustaa sisään virtaavaa natriumia ja oranssi edustaa ulos virtaavaa kaliumia:

Monien aksonien ympärillä oleva myeliinivaippa nopeuttaa tätä prosessia huomattavasti: Sen sijaan, että yksi pieni segmentti laukaisisi toiminnan seuraavassa pienessä segmentissä, muutokset “hyppäävät” yhdestä aukosta toiseen. Tätä kutsutaan suolaiseen johtumiseen, latinankielisestä sanasta “hypätä” (nähdään myös sanoina kuin kuperkeikka).

Kun toimintapotentiaali saavuttaa aksonin päättymisen, se saa toisen ionin (kalsium, Ca++) pääsemään soluun, mikä puolestaan saa vesikkelit – pienet hermovälittäjäaineita sisältävät kuplat – vapauttamaan sisällönsä synaptiseen aukkoon…

Hämmästyttävää, eikö olekin?