Jaki jest potencjał działania?

Za każdym razem, gdy coś robisz, od zrobienia kroku po podniesienie telefonu, mózg przekazuje sygnały elektryczne do reszty ciała. Sygnały te są nazywane potencjały działania. Potencjały czynnościowe umożliwiają mięśniom koordynację i precyzję ruchów. Są przenoszone przez komórki w mózgu zwane neuronami.

Najważniejsze informacje: potencjał działania

Potencjały czynnościowe są przekazywane przez komórki w mózgu zwane neurony. Neurony są odpowiedzialne za koordynację i przetwarzanie informacji o przesyłanym świecie twoje zmysły, wysyłając polecenia do mięśni w ciele i przekazując wszystkie sygnały elektryczne pomiędzy.

Neuron składa się z kilku części, które pozwalają mu przenosić informacje w całym ciele:

• Dendryty to rozgałęzione części neuronu, które otrzymują informacje z pobliskich neuronów.
• The ciało komórki neuronu zawiera jego jądro, który zawiera dziedziczne informacje o komórce i kontroluje wzrost i rozmnażanie komórki.
• The akson przewodzi sygnały elektryczne z dala od ciała komórki, przesyłając informacje do innych neuronów na jej końcach, lub terminale aksonowe.

Możesz myśleć o neuronie jak o komputerze, który otrzymuje dane wejściowe (jak naciśnięcie klawisza z literą na klawiaturze) poprzez dendryty, a następnie daje wynik (widząc, jak litera pojawia się na ekranie komputera) przez nią akson. W międzyczasie informacje są przetwarzane, dzięki czemu dane wejściowe dają pożądane wyniki.

Potencjały czynnościowe, zwane także „skokami” lub „impulsami”, występują, gdy potencjał elektryczny w błonie komórkowej gwałtownie rośnie, a następnie spada w odpowiedzi na zdarzenie. Cały proces trwa zwykle kilka milisekund.

Błona komórkowa to podwójna warstwa białek i lipidów otaczająca komórkę, chroniąc ją zawartość ze środowiska zewnętrznego i dopuszczając tylko niektóre substancje, jednocześnie zatrzymując inne na zewnątrz.

Potencjał elektryczny, mierzony w woltach (V), mierzy ilość energii elektrycznej, która ma potencjał do zrobienia praca. Wszystkie komórki utrzymują potencjał elektryczny na swoich błonach komórkowych.

Potencjał elektryczny na błonie komórkowej, który jest mierzony poprzez porównanie potencjału wewnątrz komórki z zewnętrzem, powstaje, ponieważ istnieją różnice w koncentracjilub gradienty stężeń, naładowanych cząstek zwanych jonami zewnętrznymi w porównaniu do wnętrza komórki. Te gradienty stężeń z kolei powodują nierównowagę elektryczną i chemiczną, która napędza jony do wyrównania nierównowagi, przy czym bardziej zróżnicowane nierównowagi zapewniają większy motywator, lub siła napędowa, aby zaradzić zaburzeniom równowagi. Aby to zrobić, jon zazwyczaj przemieszcza się od strony membrany o wysokim stężeniu do strony o niskim stężeniu.

Dwa jony będące przedmiotem zainteresowania potencjałów czynnościowych to kation potasowy (K⁺) i kation sodu (Na⁺), które można znaleźć wewnątrz i na zewnątrz komórek.

• Występuje wyższe stężenie K⁺ wewnątrz komórek w stosunku do zewnątrz.
• Istnieje wyższe stężenie Na⁺ na zewnątrz komórek względem wnętrza, około 10 razy więcej.

Gdy nie ma w toku żadnego potencjału czynnościowego (tj. Komórka jest „w spoczynku”), potencjał elektryczny neuronów jest na potencjał błon spoczynkowych, który zwykle jest mierzony jako około -70 mV. Oznacza to, że potencjał wnętrza ogniwa jest o 70 mV niższy niż na zewnątrz. Należy zauważyć, że odnosi się to do równowaga stan - jony wciąż przemieszczają się do i z komórki, ale w sposób, który utrzymuje spoczynkowy potencjał błony na dość stałej wartości.

Spoczynkowy potencjał błony można utrzymać, ponieważ błona komórkowa zawiera białka, które się tworzą kanały jonowe - dziury, które umożliwiają przepływ jonów do i z komórek - oraz sód / potas lakierki który może pompować jony do i z komórki.

Kanały jonowe nie zawsze są otwarte; niektóre rodzaje kanałów otwierają się tylko w odpowiedzi na określone warunki. Kanały te są zatem nazywane kanałami „bramkowanymi”.

ZA kanał wycieku otwiera się i zamyka losowo i pomaga utrzymać potencjał błony komórkowej spoczynkowej. Kanały wycieku sodu pozwalają Na⁺ powoli przenieść się do komórki (ponieważ stężenie Na⁺ jest wyższy na zewnątrz w stosunku do wewnątrz), podczas gdy kanały potasowe pozwalają na K⁺ wyprowadzić się z komórki (ponieważ stężenie K⁺ jest wyższy od wewnątrz w stosunku do zewnątrz). Istnieje jednak znacznie więcej kanałów wycieku dla potasu niż dla sodu, dlatego potas wydostaje się z komórki znacznie szybciej niż sód wchodzący do komórki. W związku z tym istnieje dodatni ładunek na na zewnątrz komórki, powodując, że potencjał spoczynkowej błony jest ujemny.

Sód / potas pompa utrzymuje potencjał spoczynkowej błony, przenosząc sód z powrotem z komórki lub potasu do komórki. Jednak ta pompa zapewnia dwa K.⁺ jony na każde trzy Na⁺ jony usunięte, zachowując potencjał ujemny.

Kanały jonowe bramkowane napięciem są ważne dla potencjałów działania. Większość z tych kanałów pozostaje zamknięta, gdy błona komórkowa jest blisko swojego potencjału spoczynkowego. Jednak gdy potencjał komórki stanie się bardziej dodatni (mniej ujemny), te kanały jonowe się otworzą.

Potencjał działania to chwilowy odwrócenie spoczynkowego potencjału błony, z ujemnego na dodatni. Potencjał działania „skok” jest zwykle podzielony na kilka etapów:

1. W odpowiedzi na sygnał (lub bodziec) jak neuroprzekaźnik wiążący się z receptorem lub naciskając klawisz palcem, trochę Na⁺ kanały otwarte, pozwalając Na⁺ wpływać do komórki z powodu gradientu stężenia. Potencjał błony depolaryzujelub staje się bardziej pozytywny.
2. Gdy potencjał błony osiągnie a próg wartość - zwykle około -55 mV - potencjał działania jest kontynuowany. Jeśli potencjał nie zostanie osiągnięty, potencjał czynnościowy nie nastąpi, a komórka powróci do spoczynkowego potencjału błony. Ten wymóg osiągnięcia progu jest powodem, dla którego potencjał działania określa się jako wszystko albo nic zdarzenie.
3. Po osiągnięciu wartości progowej, Na zależy od napięcia⁺ kanały otwarte i Na⁺ jony wlewają się do komórki. Potencjał błony zmienia się z ujemnego na dodatni, ponieważ wnętrze komórki jest teraz bardziej pozytywne w stosunku do zewnątrz.
4. Gdy potencjał membrany osiąga +30 mV - szczyt potencjału czynnościowego - zależny od napięcia potas kanały otwarte, i K⁺ opuszcza komórkę z powodu gradientu stężenia. Potencjał błony repolaryzujelub wraca do ujemnego potencjału spoczynkowej błony.
5. Neuron staje się tymczasowo hiperpolaryzowany jak K⁺ jony powodują, że potencjał błony staje się nieco bardziej ujemny niż potencjał spoczynkowy.
6. Neuron wchodzi do opornyKropka, w którym pompa sodu / potasu przywraca neuron do spoczynkowego potencjału błonowego.

Potencjał czynnościowy przemieszcza się wzdłuż aksonu w kierunku terminali aksonów, które przekazują informacje do innych neuronów. Szybkość propagacji zależy od średnicy aksonu - gdzie większa średnica oznacza szybszą propagację - i od tego, czy część aksonu jest pokryta mielina, substancja tłuszczowa, która działa podobnie do osłony drutu kablowego: osłania akson i zapobiega wyciekowi prądu elektrycznego, umożliwiając szybsze wystąpienie potencjału czynnościowego.

• „12.4 Potencjał działania”. Anatomia i fizjologia, Pressbooks, opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/12-4-the-action-potential/.
• Charad, Ka Xiong. „Potencjały działania”. HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/actpot.html.
• Egri, Csilla i Peter Ruben. „Potencjały działania: generowanie i propagacja”. ELS, John Wiley & Sons, Inc., 16 kwietnia. 2012, onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470015902.a0000278.pub2.
• „Jak komunikują się neurony”. Lumen - Biologia bez granic, Lumen Learning, Kursy.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/how-neurons-communicate/.