Hva er et handlingspotensial?

Hver gang du gjør noe, fra å ta et skritt til å hente telefonen, overfører hjernen elektriske signaler til resten av kroppen. Disse signalene blir kalt handlingspotensialer. Handlingspotensialer lar musklene dine koordinere og bevege seg med presisjon. De overføres av celler i hjernen som kalles nevroner.

Key Takeaways: Handlingspotensial

Handlingspotensialer overføres av celler i hjernen som kalles nevroner. Nevroner er ansvarlige for å koordinere og behandle informasjon om verden som sendes inn gjennom sansene dine, sender kommandoer til musklene i kroppen din og videresender alle de elektriske signalene inn mellom.

Nevronen består av flere deler som lar den overføre informasjon over hele kroppen:

• dendritter er forgrenede deler av et nevron som mottar informasjon fra nevroner i nærheten.
• De celle kropp av nevronen inneholder sin cellekjernen, som inneholder cellens arvelige informasjon og kontrollerer cellens vekst og reproduksjon.
• De axon leder elektriske signaler bort fra cellelegemet, overfører informasjon til andre nevroner i endene, eller aksonterminaler.

Du kan tenke på nevronet som en datamaskin som mottar innspill (som å trykke på en bokstavtast på tastaturet) gjennom dens dendrites, gir deg deretter en utgang (se bokstaven dukke opp på dataskjermen) gjennom dens axon. I mellom blir informasjonen behandlet slik at inngangen resulterer i ønsket utgang.

Handlingspotensialer, også kalt “pigger” eller “impulser,” oppstår når det elektriske potensialet over en cellemembran raskt stiger, og deretter faller, som svar på en hendelse. Hele prosessen tar vanligvis flere millisekunder.

En cellulær membran er et dobbelt lag med proteiner og lipider som omgir en celle, og beskytter dens innhold fra det ytre miljøet og bare tillate visse stoffer mens du oppbevarer andre ute.

Et elektrisk potensiale, målt i volt (V), måler mengden elektrisk energi som har potensiell å gjøre arbeid. Alle celler opprettholder et elektrisk potensial på tvers av cellemembranene.

Det elektriske potensialet over en cellemembran, som måles ved å sammenligne potensialet inne i en celle med utsiden, oppstår fordi det er forskjeller i konsentrasjon, eller konsentrasjonsgradienter, av ladede partikler kalt ioner utenfor kontra inne i cellen. Disse konsentrasjonsgradienter forårsaker igjen elektriske og kjemiske ubalanser som driver ioner til å jevne ut ubalansen, med mer forskjellige ubalanser som gir en større motivator, eller drivkraft, for at ubalansen skal avhjelpes. For å gjøre dette, flytter et ion typisk fra høykonsentrasjonssiden av membranen til lavkonsentrasjonssiden.

De to ionene av interesse for handlingspotensialer er kaliumkation (K⁺) og natriumkation (Na⁺), som du finner i og utenfor celler.

• Det er en høyere konsentrasjon av K⁺ innsiden av celler i forhold til utsiden.
• Det er en høyere konsentrasjon av Na⁺ på utsiden av celler i forhold til innsiden, omtrent 10 ganger så høyt.

Når det ikke er noe handlingspotensial pågår (dvs. cellen er i ro), er det elektriske potensialet til nevroner hvilemembranpotensial, som typisk er målt til å være rundt -70 mV. Dette betyr at potensialet til innsiden av cellen er 70 mV lavere enn utsiden. Det skal bemerkes at dette refererer til et likevekt tilstand - ioner beveger seg fortsatt inn og ut av cellen, men på en måte som holder hvilemembranpotensialet på en ganske konstant verdi.

Hvilemembranpotensialet kan opprettholdes fordi den cellulære membranen inneholder proteiner som dannes ionekanaler - hull som lar ioner strømme inn og ut av celler - og natrium / kalium pumper som kan pumpe ioner inn og ut av cellen.

Ionkanaler er ikke alltid åpne; noen typer kanaler åpnes bare for å svare på spesifikke forhold. Disse kanalene blir dermed kalt "gated" kanaler.

EN lekkasje kanal åpnes og lukkes tilfeldig og hjelper til med å opprettholde cellens hvilemembranpotensial. Natrium lekkasje kanaler tillater Na⁺ å sakte bevege seg inn i cellen (fordi konsentrasjonen av Na⁺ er høyere på utsiden relativt til innsiden), mens kaliumkanaler tillater K⁺ å bevege seg ut av cellen (fordi konsentrasjonen av K⁺ er høyere på innsiden i forhold til utsiden). Imidlertid er det mange flere lekkasjekanaler for kalium enn for natrium, og derfor beveger kalium seg ut av cellen med mye raskere hastighet enn at natrium kommer inn i cellen. Dermed er det mer positiv belastning på utenfor av cellen, noe som gjør at hvilemembranpotensialet er negativt.

Et natrium / kalium pumpe opprettholder hvilemembranpotensialet ved å flytte natrium tilbake ut av cellen eller kalium inn i cellen. Imidlertid bringer denne pumpen to K⁺ ioner for hver tredje Na⁺ ioner fjernet, og opprettholder det negative potensialet.

Spenningsgrindede ionekanaler er viktige for handlingspotensialer. De fleste av disse kanalene forblir lukket når den cellulære membranen er nær sitt hvilemembranpotensial. Men når potensialet til cellen blir mer positiv (mindre negativ), vil disse ionekanalene åpne seg.

Et handlingspotensial er et midlertidig reversering av hvilemembranpotensialet, fra negativ til positiv. Handlingspotensialet "pigg" blir vanligvis delt inn i flere trinn:

1. Som svar på et signal (eller stimulus) som en nevrotransmitter som binder seg til reseptoren eller trykker på en tast med fingeren, litt Na⁺ kanaler åpnes, slik at Na⁺ å strømme inn i cellen på grunn av konsentrasjonsgradienten. Membranpotensialet depolariserer, eller blir mer positiv.
2. Når membranpotensialet når en terskel verdi - vanligvis rundt -55 mV - handlingspotensialet fortsetter. Hvis potensialet ikke blir nådd, skjer ikke handlingspotensialet, og cellen vil gå tilbake til sitt hvilemembranpotensial. Dette kravet for å nå en terskel er grunnen til at handlingspotensialet blir betegnet som alt eller ingenting begivenhet.
3. Etter å ha nådd terskelverdien, spenningsgrindet Na⁺ kanaler åpne, og Na⁺ ioner flommer inn i cellen. Membranpotensialet blar fra negativt til positivt fordi innsiden av cellen nå er mer positiv i forhold til utsiden.
4. Når membranpotensialet når +30 mV - toppen av handlingspotensialet - spennings-gated kalium kanaler åpne, og K⁺ forlater cellen på grunn av konsentrasjonsgradienten. Membranpotensialet repolarizes, eller beveger seg tilbake mot det negative hvilemembranpotensialet.
5. Nevronen blir midlertidig hyperpolarized som K⁺ ioner fører til at membranpotensialet blir litt mer negativt enn hvilepotensialet.
6. Nevronen går inn i en ildfastperiode, hvor natrium / kaliumpumpen returnerer nevronet til sitt hvilemembranpotensial.

Handlingspotensialet beveger seg nedover aksonets lengde mot aksonterminalene, som overfører informasjonen til andre nevroner. Forplantningshastigheten avhenger av aksonens diameter - hvor en bredere diameter betyr raskere forplantning - og om en del av et akson er dekket med eller ikke myelin, et fettholdig stoff som fungerer som tildekningen av en kabeltråd: det kapper aksonet og forhindrer at elektrisk strøm lekker ut, slik at handlingspotensialet kan oppstå raskere.

• "12.4 Handlingspotensialet." Anatomi og fysiologi, Pressebøker, opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/12-4-the-action-potential/.
• Charad, Ka Xiong. "Handlingspotensialer." HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/actpot.html.
• Egri, Csilla, og Peter Ruben. "Handlingspotensialer: generasjon og forplantning." ELS, John Wiley & Sons, Inc., 16. april. 2012, onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470015902.a0000278.pub2.
• “Hvordan nevroner kommuniserer.” Lumen - Grenseløs biologi, Lumen Learning, kurs.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/how-neurons-communicate/.