Co to jest potencjał membranowy w spoczynku?
Potencjał błonowy w spoczynku lub spoczynku występuje, gdy błona neuronu nie jest zmieniana przez potencjały działania pobudzającego lub hamującego.
Występuje, gdy neuron nie wysyła żadnego sygnału, będąc w chwili odpoczynku. Gdy błona jest w spoczynku, wnętrze komórki ma ujemny ładunek elektryczny w stosunku do zewnątrz.
Reszta potencjału błonowego wynosi około -70 mikrowoltów. Oznacza to, że wnętrze neuronu jest o 70 mV mniejsze niż na zewnątrz. Ponadto w tym czasie jest więcej jonów sodu poza neuronem i więcej jonów potasu wewnątrz.
Co oznacza potencjał błonowy?
Aby dwa neurony mogły wymieniać informacje, konieczne jest podanie potencjałów działania. Potencjał działania składa się z szeregu zmian w membranie aksonu (wydłużenie lub „kabel” neuronu).
Zmiany te powodują, że różne chemikalia przemieszczają się z wnętrza aksonu do otaczającego go płynu, zwanego płynem pozakomórkowym. Wymiana tych substancji wytwarza prądy elektryczne.
Potencjał błonowy definiuje się jako ładunek elektryczny na błonie komórek nerwowych. W szczególności odnosi się do różnicy potencjału elektrycznego między wnętrzem a zewnętrzem neuronu.
Potencjał błonowy w spoczynku oznacza, że błona jest względnie nieaktywna, spoczywając. W tym momencie nie ma żadnych potencjałów działania, które miałyby na ciebie wpływ.
Aby to zbadać, neuronaukowcy wykorzystali aksony kalmarów ze względu na ich duży rozmiar. Aby dać ci pomysł, akson tego stworzenia jest sto razy większy niż największy akson ssaka.
Naukowcy umieszczają gigantyczny akson w pojemniku z wodą morską, aby mógł przetrwać kilka dni.
Aby zmierzyć ładunki elektryczne wytwarzane przez akson i jego charakterystyki, stosuje się dwie elektrody. Jeden z nich może dostarczać prądy elektryczne, podczas gdy inny służy do rejestrowania komunikatu aksonu. Bardzo drobny rodzaj elektrody jest używany, aby uniknąć uszkodzenia aksonu, zwanego mikroelektrodą.
Jeśli jedna elektroda jest umieszczona w wodzie morskiej, a druga w aksonie, obserwuje się, że ta ostatnia ma ładunek ujemny względem cieczy zewnętrznej. W tym przypadku różnica obciążenia elektrycznego wynosi 70 mV.
Ta różnica nazywana jest potencjałem błonowym. Dlatego mówi się, że spoczynkowy potencjał błony aksonu kalmara wynosi -70 mV.
Jak powstaje potencjał błonowy w spoczynku?
Neurony wymieniają komunikaty za pomocą elektrochemii. Oznacza to, że istnieją różne substancje chemiczne do iz neuronów, które, gdy ich wejście do komórek nerwowych zwiększa się lub zmniejsza, powodują różne sygnały elektryczne.
Dzieje się tak, ponieważ te substancje chemiczne mają ładunek elektryczny, dlatego są znane jako „jony”.
Głównymi jonami naszego układu nerwowego są sód, potas, wapń i chlor. Pierwsze dwa zawierają ładunek dodatni, wapń ma dwa ładunki dodatnie i chlor, ujemny. W naszym układzie nerwowym występują jednak również białka naładowane ujemnie.
Z drugiej strony ważne jest, aby wiedzieć, że neurony są ograniczone przez membranę. Pozwala to pewnym jonom dotrzeć do wnętrza komórki i zablokować przejście innych. Dlatego mówi się, że jest to membrana półprzepuszczalna.
Chociaż stężenia różnych jonów próbują zrównoważyć po obu stronach membrany, pozwala to tylko niektórym z nich przejść przez ich kanały jonowe.
Gdy w spoczynku istnieje potencjał błonowy, jony potasu mogą łatwo przejść przez membranę. Jednak w tym czasie jony sodu i chloru mają większe trudności z przejściem. W tym samym czasie membrana uniemożliwia ujemnie naładowanym cząsteczkom białka opuszczenie wnętrza neuronu.
Ponadto uruchomiona jest również pompa sodowo-potasowa. Jest to struktura, która porusza trzy jony sodu poza neuronem na każde dwa jony potasu, które wchodzą do niego. Zatem w spoczynkowym potencjale błonowym obserwuje się więcej jonów sodu na zewnątrz i więcej potasu wewnątrz komórki.
Zmiana potencjału błonowego w spoczynku
Jednak w przypadku komunikatów wysyłanych między neuronami muszą wystąpić zmiany potencjału błonowego. Oznacza to, że potencjał spoczynkowy musi zostać zmieniony.
Może to nastąpić na dwa sposoby poprzez depolaryzację lub hiperpolaryzację. Następnie zobaczymy, co każdy z nich oznacza:
Depolaryzacja
Przypuśćmy, że w poprzednim przypadku naukowcy umieszczają stymulator elektryczny w aksonie, który zmienia potencjał błonowy w określonym miejscu.
Ponieważ wnętrze aksonu ma ujemny ładunek elektryczny, jeśli w tym miejscu zostanie zastosowany ładunek dodatni, nastąpi depolaryzacja. Zatem różnica między ładunkiem elektrycznym z zewnątrz a wnętrzem aksonu byłaby zmniejszona, co oznacza, że potencjał membrany zmniejszyłby się.
W depolaryzacji potencjał błonowy zostaje zatrzymany, aby zredukować go do zera.
Hiperpolaryzacja
Podczas hiperpolaryzacji następuje wzrost potencjału błonowego komórki.
Gdy podaje się kilka bodźców depolaryzujących, każdy z nich zmienia nieco potencjał błonowy. Gdy osiągnie pewien punkt, może zostać nagle odwrócony. Oznacza to, że wnętrze aksonu osiąga dodatni ładunek elektryczny, a na zewnątrz staje się ujemny.
W tym przypadku zostaje przekroczony potencjał błony w spoczynku, co oznacza, że membrana jest hiperpolaryzowana (bardziej spolaryzowana niż zwykle).
Cały proces może trwać około 2 milisekund, a następnie potencjał membranowy powraca do swojej normalnej wartości.
To zjawisko szybkiej inwersji potencjału błonowego jest znane jako potencjał czynnościowy i obejmuje przekazywanie wiadomości przez akson do przycisku terminala. Wartość napięcia wytwarzającego potencjał działania nazywana jest „progiem wzbudzenia”.
