Какво е потенциал за действие?

Всеки път, когато правите нещо, от стъпка до вдигане на телефона, мозъкът ви предава електрически сигнали към останалата част от тялото ви. Тези сигнали се наричат потенциали за действие. Потенциалите за действие позволяват на мускулите ви да се координират и да се движат с точност. Те се предават от клетки в мозъка, наречени неврони.

Ключови заведения: потенциал за действие

Потенциалите за действие се предават от клетки в мозъка, наречени неврони. Невроните са отговорни за координирането и обработката на информация за света, който се изпраща вашите сетива, изпращане на команди до мускулите в тялото ви и препредаване на всички електрически сигнали вътре между тях.

Невронът е съставен от няколко части, които му позволяват да прехвърля информация по цялото тяло:

• дендрити са разклонени части на неврон, които получават информация от близките неврони.
• Най- клетъчно тяло на неврона съдържа неговото ядро, която съдържа наследствената информация на клетката и контролира растежа и възпроизвеждането на клетката.
• Най- аксон провежда електрически сигнали далеч от клетъчното тяло, предавайки информация на други неврони в неговите краища, или аксонови клеми.

Можете да мислите за неврона като за компютър, който получава вход (като натискане на буквен бутон на клавиатурата) чрез нейните дендрити, след което ви дава изход (виждайки, че това писмо изскача на екрана на вашия компютър) през него аксон. Между тях информацията се обработва, така че входът води до желания изход.

Потенциалите за действие, наричани също "шипове" или "импулси", възникват, когато електрическият потенциал в клетъчната мембрана бързо се повишава, а след това пада в отговор на събитие. Целият процес обикновено отнема няколко милисекунди.

Клетъчната мембрана е двоен слой протеини и липиди, който заобикаля клетката, защитавайки нейната съдържание от външната среда и допускане само на определени вещества, докато запазва други навън.

Електрическият потенциал, измерен във волта (V), измерва количеството електрическа енергия, което има потенциал да направя работа. Всички клетки поддържат електрически потенциал в клетъчните си мембрани.

Електрическият потенциал в клетъчната мембрана, който се измерва чрез сравняване на потенциала вътре в клетката с външната, възниква, защото има разлики в концентрацията, или концентрационни градиенти, на заредени частици, наречени йони навън срещу вътре в клетката. Тези градиенти на концентрацията от своя страна причиняват електрически и химически дисбаланси, които изтласкват йони да изравнят дисбалансите, като по-различни дисбаланси осигуряват по-голям мотиватор, или движеща сила, за да се отстранят дисбалансите. За да направите това, йонът обикновено се движи от страната с висока концентрация на мембраната към страната с ниска концентрация.

Двата йона, представляващи интерес за потенциала за действие, са калиевият катион (К⁺) и натриевия катион (Na⁺), които могат да бъдат намерени вътре и извън клетките.

• Има по-висока концентрация на K⁺ вътре в клетките спрямо външната.
• Има по-висока концентрация на Na⁺ от външната страна на клетките спрямо вътрешната страна, около 10 пъти по-висока.

Когато няма потенциал за действие в ход (т.е. клетката е "в покой"), електрическият потенциал на невроните е в мембранен потенциал за почивка, което обикновено се измерва на около -70 mV. Това означава, че потенциалът на вътрешността на клетката е със 70 mV по-нисък от външния. Трябва да се отбележи, че това се отнася за равновесие състояние - йони все още се движат в и извън клетката, но по начин, който поддържа потенциала на мембраната в покой на доста постоянна стойност.

Потенциалът на мембраната в покой може да се поддържа, тъй като клетъчната мембрана съдържа протеини, които образуват йонни канали - дупки, които позволяват на йони да постъпват в клетките и извън тях - и натрий / калий помпи които могат да изпомпват йони във и извън клетката.

Йонните канали не винаги са отворени; някои видове канали се отварят само в отговор на конкретни условия. Така тези канали се наричат ​​„затворени“ канали.

А канал за изтичане отваря се и се затваря на случаен принцип и помага за поддържане на мембранния потенциал на клетката на клетката. Каналите за изтичане на натрий позволяват Na⁺ бавно да се премести в клетката (защото концентрацията на Na⁺ е по-висока от външната страна спрямо вътрешната страна), докато калиевите канали позволяват K⁺ да се изнесе от клетката (защото концентрацията на К⁺ е по-високо отвътре спрямо външната). Въпреки това, има много повече канали за изтичане на калий, отколкото има за натрий, и така калият се изнася от клетката с много по-бърза скорост, отколкото натрийът влиза в клетката. По този начин, има повече положителен заряд на извън на клетката, което води до отрицателен потенциал на мембраната.

Натрий / калий помпа поддържа потенциала на мембраната в покой, като премества натрий обратно от клетката или калий в клетката. Тази помпа обаче носи два К⁺ йони за всеки три Na⁺ йони отстранени, запазвайки отрицателния потенциал.

Йонни канали с напрежение са важни за потенциалите за действие. Повечето от тези канали остават затворени, когато клетъчната мембрана е близо до своя потенциал за почивка на мембраната. Когато обаче потенциалът на клетката стане по-положителен (по-малко отрицателен), тези йонни канали ще се отворят.

Потенциалът за действие е a временен обръщане на потенциала на мембраната в покой, от отрицателен към положителен. Потенциалът за действие „шип“ обикновено се разбива на няколко етапа:

1. В отговор на сигнал (или стимул) като невротрансмитер, свързващ се с неговия рецептор или натискане на клавиш с пръст, някакъв Na⁺ канали се отварят, което позволява Na⁺ да постъпва в клетката поради градиента на концентрация. Мембранен потенциал диполяриили става по-положителен.
2. След като потенциалът на мембраната достигне a праг стойност - обикновено около -55 mV - потенциалът за действие продължава. Ако потенциалът не бъде достигнат, потенциалът за действие не се случва и клетката ще се върне към своя покойен мембранен потенциал. Това изискване за достигане на праг е защо потенциалът за действие се нарича „an“ всичко или нищо събитие.
3. След достигане на праговата стойност, напрежение от затворен тип Na⁺ каналите се отварят и Na⁺ йони заливат в клетката. Потенциалът на мембраната преминава от отрицателен към положителен, защото вътрешността на клетката вече е по-положителна спрямо външната.
4. Докато мембранният потенциал достигне +30 mV - пикът на потенциала на действие - затворен с напрежение калий каналите се отварят и K⁺ напуска клетката поради градиента на концентрацията. Мембранен потенциал реполяризираили се придвижва обратно към отрицателния потенциал на мембраната на покой.
5. Невронът става временно хиперполяризирани като К⁺ йони причиняват мембранния потенциал да стане малко по-отрицателен от потенциала за почивка.
6. Невронът влиза в a огнеупоренмесечен цикъл, в която натриевата / калиевата помпа връща неврона към своя спокоен мембранен потенциал.

Потенциалът за действие се движи по дължината на аксона към терминалите на аксона, които предават информацията на други неврони. Скоростта на разпространение зависи от диаметъра на аксона - където по-широк диаметър означава по-бързо разпространение - и от това дали част от аксон е покрита или не миелиновата, мастна субстанция, която действа подобно на покритието на кабелен проводник: обшива аксона и предотвратява изтичането на електрически ток, позволявайки на потенциала на действие да се появи по-бързо.

• „12.4 Потенциалът за действие.“ Анатомия и физиология, Pressbooks, opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/12-4-the-action-potential/.
• Charad, Ka Xiong. „Потенциали за действие.“ HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/actpot.html.
• Егри, Сисила и Питър Рубен. „Потенциали за действие: генериране и разпространение.“ ELS, John Wiley & Sons, Inc., 16 април 2012 г., onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470015902.a0000278.pub2.
• "Как невроните комуникират." Лумен - безгранична биология, Lumen Learning, курсове.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/how-neurons- communicate/.