Što je akcijski potencijal?

Svaki put kada nešto učinite, od poduzimanja koraka do podizanja telefona, vaš mozak odašilje električne signale ostatku vašeg tijela. Ti se signali nazivaju akcijski potencijali. Akcijski potencijali omogućuju vašim mišićima da se precizno koordiniraju i kreću. Prenose ih stanice u mozgu zvane neuroni.

Ključni koraci: akcijski potencijal

Akcijski potencijali prenose se stanice u mozgu zvane neuroni. Neuroni su odgovorni za koordinaciju i obradu informacija o svijetu koji se šalje putem svoja osjetila, slanje naredbi mišićima u vašem tijelu i prenošenje svih električnih signala unutra između.

Neuro je sastavljen od više dijelova koji mu omogućuju prijenos informacija cijelim tijelom:

• dendrita su razgranati dijelovi neurona koji primaju informacije od neurona u blizini.
• stanično tijelo neurona sadrži njegovo jezgra, koji sadrži nasljedne podatke o stanici i kontrolira rast i reprodukciju stanice.
• aksona provodi električne signale daleko od staničnog tijela, prenoseći informacije na druge neurone na njegovim krajevima, ili aksonski terminali.

O neuronu možete razmišljati kao o računalu koje prima ulaz (poput pritiska na tipku sa slovom na tipkovnici) kroz svoje dendrite, a zatim vam daje izlaz (vidi se da je pismo iskočilo na ekranu vašeg računala) kroz njegov aksona. Između njih informacije se obrađuju tako da unos rezultira željenim izlazom.

Akcijski potencijali, koji se nazivaju i "šiljci" ili "impulsi", nastaju kada se električni potencijal kroz staničnu membranu naglo poveća, a zatim padne kao odgovor na događaj. Cijeli proces obično traje nekoliko milisekundi.

Stanična membrana je dvostruki sloj proteina i lipida koji okružuje stanicu, štiteći je sadržaja iz vanjske okoline i dopuštajući zadržavanje samo nekih tvari, a zadržavanje drugih van.

Električni potencijal, izmjeren u voltima (V), mjeri količinu električne energije koju ima potencijal napraviti raditi. Sve stanice održavaju električni potencijal na svojim staničnim membranama.

Električni potencijal kroz staničnu membranu, koji se mjeri usporedbom potencijala unutar stanice i van, nastaje zato što postoje razlike u koncentraciji, ili gradijenti koncentracije, od nabijenih čestica zvanih iona izvana nasuprot unutar stanice. Ti gradijenti koncentracije zauzvrat uzrokuju električne i kemijske neravnoteže koje tjeraju ione da izjednače neravnoteže, a još različitiji neravnoteže pružaju veći motivator, ili pokretačka snaga, za uklanjanje neravnoteža. Da bi se to postiglo, ion se obično kreće sa stranice membrane visoke koncentracije na stranu s niskom koncentracijom.

Dva iona od interesa za akcijske potencijale su kalijev kation (K⁺) i natrijev kation (Na⁺), koji se mogu naći unutar i izvan stanica.

• Postoji veća koncentracija K⁺ unutar ćelija u odnosu na vanjsku.
• Postoji veća koncentracija Na⁺ na vanjskoj strani stanica u odnosu na unutarnju, oko 10 puta veću.

Kad u tijeku nema akcijski potencijal (tj. Stanica je u mirovanju), električni potencijal neurona je u membranski potencijal odmaranja, koja se obično mjeri na oko -70 mV. To znači da je potencijal unutrašnjosti ćelije za 70 mV niži od vanjskog. Treba napomenuti da se ovo odnosi na an ravnoteža stanja ioni se još uvijek kreću u stanicu i iz nje, ali na način koji održava potencijal membrana u mirovanju na prilično konstantnoj vrijednosti.

Potencijal membranske mirovanja može se održavati jer stanična membrana sadrži proteine ​​koji tvore ionski kanali - rupe koje omogućuju protok iona u stanice i izvan njih - te natrij / kalij pumpe koji mogu pumpati ione u i van stanice.

Ionski kanali nisu uvijek otvoreni; neke se vrste kanala otvaraju samo kao odgovor na specifične uvjete. Ti se kanali nazivaju "gated" kanali.

kanal propuštanja otvara se i zatvara nasumično i pomaže u održavanju membranskog potencijala stanice u mirovanju. Kanali istjecanja natrija omogućuju Na⁺ da se polako kreće u stanicu (jer je koncentracija Na⁺ veći je izvana u odnosu na unutrašnjost), dok kalijevi kanali dopuštaju K⁺ premjestiti iz ćelije (jer je koncentracija K⁺ veći je iznutra u odnosu na vanjski). Međutim, postoji mnogo više kanala propuštanja kalija nego za natrij, pa se kalij udaljava iz stanice mnogo brže nego što natrij ulazi u ćeliju. Dakle, na leđima postoji više naboja izvan stanice, uzrokujući negativan potencijal membrane u mirovanju.

Natrij / kalij pumpa održava potencijal membrane u mirovanju pomicanjem natrija natrag iz stanice ili kalija u stanicu. Međutim, ova crpka donosi dva K⁺ iona za svaka tri Na⁺ uklonjeni ioni, zadržavajući negativni potencijal.

Ionski kanali pod naponom važni su za akcijske potencijale. Većina ovih kanala ostaje zatvorena kad je stanična membrana blizu svog potencijala za mirovanje. Međutim, kad potencijal stanice postane pozitivniji (manje negativan), ti će se ionski kanali otvoriti.

Akcijski potencijal je privremen preokret potencijala membrane u mirovanju, od negativnog do pozitivnog. Akcijski potencijal "šiljak" obično se razbije u nekoliko faza:

1. Kao odgovor na signal (ili stimulans) poput neurotransmitera koji se veže za njegov receptor ili pritiskate tipku prstom, neki Na⁺ otvoreni su kanali, omogućujući Na⁺ teći u stanicu zbog gradijenta koncentracije. Membranski potencijal depolarizira, ili postaje pozitivniji.
2. Jednom kada potencijal membrane dosegne a prag vrijednost - obično oko -55 mV - akcijski potencijal se nastavlja. Ako potencijal nije postignut, akcijski potencijal se ne događa i stanica će se vratiti u svoj membranski potencijal u mirovanju. Ovaj zahtjev postizanja praga je razlog zašto se akcijski potencijal naziva sve ili ništa događaj.
3. Nakon postizanja granične vrijednosti, napon s Na naponom⁺ otvaraju se kanali i Na⁺ ioni se prelijevaju u ćeliju. Potencijal membrane prelazi iz negativnog u pozitivan jer je unutrašnjost ćelije sada pozitivnija u odnosu na vanjsku.
4. Kako membranski potencijal dosegne +30 mV - vrhunac akcijskog potencijala - napon-zaštićen kalij otvoreni su kanali i K⁺ napušta stanicu zbog gradijenta koncentracije. Membranski potencijal repolarizesili se kreće natrag prema negativnom potencijalu membrane u mirovanju.
5. Neuro postaje privremeno hiperpolarizirani kao K⁺ ioni uzrokuju da membranski potencijal postane malo negativniji od potencijala za mirovanje.
6. Neuro uđe u a uporanrazdoblje, u kojoj natrijeva / kalijeva pumpa vraća neuronu u njegov potencijal mirovanja u mirovanju.

Akcijski potencijal putuje dužinom aksona prema terminalima aksona, koji informacije prenose na druge neurone. Brzina širenja ovisi o promjeru aksona - gdje širi promjer znači i brže širenje - te o tome je li dio aksona pokriven ili ne mijelin, masna tvar koja djeluje slično prekrivanju kablovske žice: omotava aksone i sprječava istjecanje električne struje, omogućujući akcijskom potencijalu brže pojave.

• "12.4. Akcijski potencijal." Anatomija i fiziologija, Pressbooks, opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/12-4-the-action-potential/.
• Charad, Ka Xiong. "Akcijski potencijali." HyperPhysics, hiperfizika.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/actpot.html.
• Egri, Csilla i Peter Ruben. "Akcijski potencijali: Generacija i širenje." ELS, John Wiley & Sons, Inc., 16. travnja. 2012, onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470015902.a0000278.pub2.
• "Kako neuroni komuniciraju." Lumen - biologija bez granica, Lumen učenje, tečajevi.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/how-neurons-communicate/.