Kas yra veiksmų potencialas?

Kiekvieną kartą, kai ką nors darai, nuo žingsnio iki telefono paėmimo, tavo smegenys perduoda elektrinius signalus visam kūnui. Šie signalai yra vadinami veiksmų potencialai. Veiksmų potencialas leidžia jūsų raumenims tiksliai koordinuoti veiksmus ir judėti. Juos perduoda smegenų ląstelės, vadinamos neuronais.

Pagrindinės galimybės: Veiksmų potencialas

Veiksmų potencialą perduoda smegenų ląstelės, vadinamos neuronai. Neuronai yra atsakingi už informacijos, siunčiamos per pasaulį, koordinavimą ir apdorojimą savo pojūčius, siunčiant komandas kūno raumenims ir perduodant visus elektrinius signalus tarp.

Neuronas yra sudarytas iš kelių dalių, leidžiančių jam perduoti informaciją visame kūne:

• Dendritai yra išsišakojusios neurono dalys, kurios gauna informaciją iš šalia esančių neuronų.
• ląstelės kūnas neurono sudėtyje yra jo branduolys, kuriame yra ląstelės paveldima informacija ir kontroliuojamas ląstelės augimas ir dauginimasis.
• aksonas veda elektrinius signalus toliau nuo ląstelės kūno ir perduoda informaciją kitiems jo galuose esantiems neuronams, arba aksonų terminalai.

Galite galvoti apie neuroną kaip apie kompiuterį, kuris priima įvestį (pvz., Klaviatūros klavišo paspaudimas) per savo dendritus, tada suteikia jums išėjimą (matydamas tą raidę pop-up kompiuterio ekrane) per aksonas. Tarp jų informacija apdorojama taip, kad įvestas rezultatas būtų norimas.

Veiksmo potencialai, taip pat vadinami „smaigaliais“ arba „impulsais“, atsiranda tada, kai, reaguojant į įvykį, elektrinis potencialas per ląstelės membraną greitai padidėja, tada krinta. Paprastai visas procesas trunka keletą milisekundžių.

Ląstelinė membrana yra dvigubas baltymų ir lipidų sluoksnis, kuris supa ląstelę ir apsaugo ją turinį iš išorinės aplinkos ir leidžiantį naudoti tik tam tikras medžiagas, išlaikant kitas iš.

Elektrinis potencialas, išmatuotas voltais (V), išmatuoja elektros energijos kiekį, kuris turi potencialus daryti darbas. Visos ląstelės palaiko elektrinį potencialą savo ląstelių membranose.

Elektrinis ląstelės membranos potencialas, kuris matuojamas palyginant ląstelės viduje esantį potencialą iš išorės, atsiranda todėl, kad yra koncentracijos skirtumai, arba koncentracijos gradientai, įkrovusių dalelių, vadinamų jonais išorėje, palyginti su ląstelės vidumi. Šie koncentracijos gradientai savo ruožtu sukelia elektrinį ir cheminį disbalansą, kuris skatina jonus išlyginti disbalansą, tuo labiau skirtingi disbalansai suteikia didesnį motyvatorių, arba varomoji jėga, kad būtų ištaisytas disbalansas. Norėdami tai padaryti, jonas paprastai juda iš didelės koncentracijos membranos pusės į mažos koncentracijos pusę.

Du veikimo potencialą dominantys jonai yra kalio katijonas (K⁺) ir natrio katijonas (Na⁺), kurį galima rasti ląstelių viduje ir išorėje.

• Yra didesnė K koncentracija⁺ ląstelių viduje išorės atžvilgiu.
• Yra didesnė Na koncentracija⁺ ląstelių išorėje, palyginti su vidine, maždaug 10 kartų didesnė.

Kai nėra vykdomo veiksmo potencialo (t. Y., Ląstelė yra „ramybėje“), neuronų elektrinis potencialas yra ties ramybės membranos potencialas, kuris paprastai matuojamas kaip apie –70 mV. Tai reiškia, kad ląstelės vidinis potencialas yra 70 mV mažesnis nei išorės. Reikėtų pažymėti, kad tai reiškia pusiausvyra jonai vis tiek juda į ląstelę ir iš jos, tačiau taip, kad liktų ramybės membranos potencialas gana pastovus.

Ramybės membranos potencialą galima išlaikyti, nes ląstelinėje membranoje yra baltymų, kurie sudaro jonų kanalai - skylės, leidžiančios jonams tekėti į ląsteles ir iš jų, - ir natris / kalis pompos kurie gali siurbti jonus į ląstelę ir iš jos.

Jonų kanalai ne visada yra atviri; Kai kurie kanalų tipai atidaromi tik reaguojant į konkrečias sąlygas. Taigi šie kanalai vadinami „nukreiptais“ kanalais.

A nuotėkio kanalas Atsidaro ir užsidaro atsitiktinai ir padeda išlaikyti ramybės būsenos ląstelės membraną. Natrio nutekėjimo kanalai leidžia Na⁺ lėtai judėti į ląstelę (nes Na⁺ yra didesnis išorėje, palyginti su vidine), o kalio kanalai leidžia K⁺ judėti iš ląstelės (nes K koncentracija⁺ yra didesnis vidinėje pusėje, palyginti su išorine). Tačiau kalio nutekėjimo kanalų yra daug daugiau nei natrio, todėl kalis iš ląstelės pasišalina daug greičiau, nei į ląstelę patenka natris. Taigi, yra daugiau teigiamo krūvio lauke ląstelės, todėl ramybės membranos potencialas gali būti neigiamas.

Natrio / kalio pompa palaiko ramybės membranos potencialą natrio atgal iš ląstelės arba kalio į ląstelę. Tačiau šis siurblys sukuria du K⁺ jonai kas trys Na⁺ jonai pašalinami, išlaikant neigiamą potencialą.

Jonų kanalai, turintys įtampą yra svarbūs veiksmų potencialui. Daugelis šių kanalų lieka uždaryti, kai ląstelės membrana yra arti savo ramybės membranos potencialo. Tačiau kai ląstelės potencialas taps labiau teigiamas (mažiau neigiamas), šie jonų kanalai atsidarys.

Veiksmo potencialas yra laikinas ramybės membranos potencialo pasikeitimas iš neigiamos į teigiamą. Veiksmo potencialas „smaigas“ paprastai skirstomas į kelis etapus:

1. Atsakant į signalą (arba stimulas), pavyzdžiui, neurotransmiteris, jungiantis prie savo receptorių arba paspaudžiantis klavišą pirštu, šiek tiek Na⁺ kanalai atidaromi, leidžiant Na⁺ tekėti į ląstelę dėl koncentracijos gradiento. Membranos potencialas depoliarizuojasi, arba tampa pozityvesnis.
2. Kai membranos potencialas pasiekia a slenkstis vertė - paprastai apie -55 mV - veikimo potencialas tęsiasi. Jei potencialas nebus pasiektas, veiksmo potencialas neįvyks ir ląstelė vėl grįš į savo ramybės membranos potencialą. Dėl šio reikalavimo pasiekti ribą veiksmų potencialas vadinamas viskas arba nieko įvykis.
3. Pasiekus ribinę vertę, įtampa turi Na⁺ kanalai atidaromi, o Na⁺ jonai plūsta į ląstelę. Membranos potencialas svyruoja iš neigiamos į teigiamą, nes ląstelės vidus dabar yra labiau teigiamas, palyginti su išoriniu.
4. Kai membranos potencialas pasiekia +30 mV - didžiausias veikimo potencialas - esant įtampai kalio kanalai atidaromi, o K⁺ palieka ląstelę dėl koncentracijos gradiento. Membranos potencialas repoliarizuojasi, arba juda atgal link neigiamo ramybės membranos potencialo.
5. Neuronas tampa laikinai hiperpoliarizuotas kaip K⁺ Dėl jonų membranos potencialas tampa šiek tiek neigiamas nei ramybės potencialas.
6. Neuronas patenka į ugniai atsparuslaikotarpis, kuriame natrio / kalio pompa grąžina neuroną į ramybės membranos potencialą.

Veiksmo potencialas eina aksono ilgiu link aksonų galų, kurie perduoda informaciją kitiems neuronams. Sklidimo greitis priklauso nuo aksono skersmens - kur platesnis skersmuo reiškia greitesnį sklidimą - ir nuo to, ar aksono dalis yra padengta, ar ne mielinas, riebalinė medžiaga, veikianti panašiai kaip kabelio laido danga: ji apvalo aksoną ir neleidžia nutekėti elektros srovei, todėl veiksmo potencialas pasireiškia greičiau.

• „12.4 Veiksmų potencialas“. Anatomija ir fiziologija, Pranešimai spaudai, opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/12-4-the-action-potential/.
• Charad, Ka Xiong. „Veiksmų potencialas“. Hiperfizika, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/actpot.html.
• Egri, Csilla ir Peter Ruben. „Veiksmų potencialas: generavimas ir dauginimasis“. ELS, John Wiley & Sons, Inc., balandžio 16 d. 2012 m., Onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470015902.a0000278.pub2.
• „Kaip bendrauja neuronai.“ Lumenas - beribė biologija, „Lumen“ mokymas, kursai.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/how-neurons-communicate/.