Hvad er et handlingspotentiale?

Hver gang du gør noget, fra at tage et skridt til at hente din telefon, sender din hjerne elektriske signaler til resten af ​​din krop. Disse signaler kaldes handlingspotentialer. Handlingspotentialer giver dine muskler mulighed for at koordinere og bevæge sig med præcision. De overføres af celler i hjernen kaldet neuroner.

Key takeaways: handlingspotentiale

Handlingspotentialer overføres af celler i hjernen, der kaldes neuroner. Neuroner er ansvarlige for at koordinere og behandle information om den verden, der sendes ind gennem dine sanser, sende kommandoer til musklerne i din krop og videresende alle de elektriske signaler ind mellem.

Neuronet består af flere dele, der giver den mulighed for at overføre information i kroppen:

• dendritter er forgrenede dele af en neuron, der modtager information fra nærliggende neuroner.
• Det cellekrop af neuronet indeholder dets kerne, der indeholder cellens arvelige oplysninger og kontrollerer cellens vækst og reproduktion.
• Det axon leder elektriske signaler væk fra cellelegemet, transmitterer information til andre neuroner i dens ender, eller aksonterminaler.

Du kan tænke på neuronet som en computer, der modtager input (som at trykke på en bogstavtast på dit tastatur) gennem dens dendrites, giver dig derefter et output (se dette bogstav dukke op på computerskærmen) gennem dets Axon. Imellem behandles informationen, så indgangen resulterer i den ønskede output.

Handlingspotentialer, også kaldet "pigge" eller "impulser", opstår, når det elektriske potentiale over en cellemembran hurtigt stiger og derefter falder som svar på en begivenhed. Hele processen tager typisk flere millisekunder.

En cellulær membran er et dobbelt lag med proteiner og lipider, der omgiver en celle, og beskytter dens indhold fra det ydre miljø og kun tillade visse stoffer, mens andre opbevares ud.

Et elektrisk potentiale, målt i volt (V), måler den mængde elektrisk energi, der har potentiel at gøre arbejde. Alle celler opretholder et elektrisk potentiale på tværs af deres cellemembraner.

Det elektriske potentiale over en cellulær membran, der måles ved at sammenligne potentialet inde i en celle med det udvendige, opstår fordi der er forskelle i koncentration, eller koncentrationsgradienter, af ladede partikler kaldet ioner uden for i cellen. Disse koncentrationsgradienter forårsager igen elektriske og kemiske ubalancer, der driver ioner til at udjævne ubalancerne, med mere forskellige ubalancer, der giver en større motivator, eller Drivkraft, for at ubalancerne skal afhjælpes. For at gøre dette bevæger en ion sig typisk fra membranens høje koncentration til siden med lav koncentration.

De to ioner af interesse for handlingspotentialer er kaliumkation (K⁺) og natriumkationen (Na⁺), som kan findes inden i og uden for celler.

• Der er en højere koncentration af K⁺ inde i celler i forhold til ydersiden.
• Der er en højere koncentration af Na⁺ på ydersiden af ​​celler i forhold til indersiden, ca. 10 gange så høj.

Når der ikke er noget handlingspotentiale, der pågår (dvs. cellen er i hvile), er neurons elektriske potentiale ved hvilemembranpotentiale, som typisk måles til at være omkring -70 mV. Dette betyder, at potentialet for indersiden af ​​cellen er 70 mV lavere end det ydre. Det skal bemærkes, at dette refererer til en ligevægt tilstand - ioner bevæger sig stadig ind og ud af cellen, men på en måde, der holder hvilemembranpotentialet på en ret konstant værdi.

Det hvilende membranpotentiale kan opretholdes, fordi den cellulære membran indeholder proteiner, der dannes ionkanaler - huller, der tillader ioner at strømme ind og ud af celler - og natrium / kalium pumper som kan pumpe ioner ind og ud af cellen.

Ionkanaler er ikke altid åbne; nogle typer kanaler åbnes kun som svar på specifikke forhold. Disse kanaler kaldes således "lukkede" kanaler.

EN lækage kanal åbner og lukker tilfældigt og hjælper med at bevare cellens hvilemembranpotentiale. Natrium lækage kanaler tillader Na⁺ at langsomt bevæge sig ind i cellen (fordi koncentrationen af ​​Na⁺ er højere på ydersiden i forhold til indersiden), mens kaliumkanaler tillader K⁺ at bevæge sig ud af cellen (fordi koncentrationen af ​​K⁺ er højere på indersiden i forhold til ydersiden). Der er imidlertid mange flere lækagekanaler for kalium, end der er for natrium, og kalium bevæger sig således meget hurtigere ud af cellen end natrium, der kommer ind i cellen. Der er således mere positiv afgift på uden for af cellen, hvilket får den resterende membranpotentiale til at være negativ.

Et natrium / kalium pumpe opretholder hvilemembranpotentialet ved at flytte natrium tilbage ud af cellen eller kalium ind i cellen. Denne pumpe bringer imidlertid to K⁺ ioner for hver tredje Na⁺ ioner fjernet, hvilket opretholder det negative potentiale.

Spændingsdåbne ionkanaler er vigtige for handlingspotentialer. De fleste af disse kanaler forbliver lukkede, når den cellulære membran er tæt på dens hvilemembranpotentiale. Når cellens potentiale imidlertid bliver mere positiv (mindre negativ), åbnes disse ionkanaler.

Et handlingspotentiale er et midlertidig vending af hvilemembranpotentialet, fra negativ til positiv. Handlingspotentialet "spike" er normalt opdelt i flere faser:

1. Som svar på et signal (eller stimulus) som en neurotransmitter, der binder til sin receptor eller trykke på en tast med din finger, nogle Na⁺ kanaler åbnes, så Na⁺ at strømme ind i cellen på grund af koncentrationsgradienten. Membranpotentialet depolariserer, eller bliver mere positiv.
2. Når membranpotentialet når en Grænseværdi værdi — normalt omkring -55 mV — handlingspotentialet fortsætter. Hvis potentialet ikke nås, sker handlingspotentialet ikke, og cellen går tilbage til sit hvilemembranpotentiale. Dette krav om at nå en tærskel er grunden til, at handlingspotentialet kaldes en alt eller intet begivenhed.
3. Efter at have nået tærskelværdien, spændings-gated Na⁺ kanaler åbnes, og Na⁺ ioner flyder ind i cellen. Membranpotentialet vipper fra negativt til positivt, fordi indersiden af ​​cellen nu er mere positiv i forhold til ydersiden.
4. Når membranpotentialet når +30 mV - toppen af ​​handlingspotentialet - spændingsgrønt kalium kanaler åbne, og K⁺ forlader cellen på grund af koncentrationsgradienten. Membranpotentialet repolarizes, eller bevæger sig tilbage mod det negative hvilemembranpotentiale.
5. Neuronet bliver midlertidigt hyperpolariseret som K⁺ ioner får membranpotentialet til at blive lidt mere negativt end hvilepotentialet.
6. Neuronet går ind i en refraktærperiode, hvori natrium / kaliumpumpen vender neuronen tilbage til sit hvilemembranpotentiale.

Handlingspotentialet bevæger sig langs aksonens længde mod aksonterminalerne, der transmitterer informationen til andre neuroner. Forplantningshastigheden afhænger af aksonens diameter - hvor en bredere diameter betyder hurtigere udbredelse - og hvorvidt en del af en akson er dækket med eller ikke myelin, et fedtstof, der fungerer svarende til dækningen af ​​en kabeltråd: det hyler aksonen og forhindrer, at elektrisk strøm lækker ud, så handlingspotentialet kan ske hurtigere.

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