Τι είναι δυναμικό δράσης;

Κάθε φορά που κάνετε κάτι, από τη λήψη ενός βήματος για να πάρει το τηλέφωνό σας, ο εγκέφαλός σας μεταδίδει ηλεκτρικά σήματα στο υπόλοιπο σώμα σας. Αυτά τα σήματα καλούνται δυναμικά δράσης. Τα δυναμικά δράσης επιτρέπουν στους μυς σας να συντονίζουν και να κινούνται με ακρίβεια. Μεταδίδονται από κύτταρα στον εγκέφαλο που ονομάζονται νευρώνες.

Λέξεις κλειδιά: Δράση δράσης

Τα δυναμικά δράσης μεταδίδονται από τα κύτταρα στον εγκέφαλο που ονομάζονται νευρώνες. Οι νευρώνες είναι υπεύθυνοι για το συντονισμό και την επεξεργασία πληροφοριών σχετικά με τον κόσμο που στέλνεται μέσω τις αισθήσεις σας, στέλνοντας εντολές στους μυς στο σώμα σας και αναμεταδίδοντας όλα τα ηλεκτρικά σήματα μέσα μεταξύ.

Ο νευρώνας αποτελείται από διάφορα μέρη που του επιτρέπουν να μεταφέρει πληροφορίες σε όλο το σώμα:

• Δενδριτών είναι διακλαδισμένα τμήματα ενός νευρώνα που λαμβάνουν πληροφορίες από κοντινούς νευρώνες.
• ο κυτταρικό σώμα του νευρώνα περιέχει πυρήνας, η οποία περιέχει τις κληρονομικές πληροφορίες των κυττάρων και ελέγχει την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή του κυττάρου.
• ο axon διεξάγει ηλεκτρικά σήματα μακριά από το σώμα κυττάρων, μεταδίδοντας πληροφορίες σε άλλους νευρώνες στα άκρα τους ή άξονες.

Μπορείτε να σκεφτείτε τον νευρώνα σαν έναν υπολογιστή, ο οποίος λαμβάνει πληροφορίες (όπως το πάτημα ενός πλήκτρου γράμματος στο πληκτρολόγιό σας) μέσω των δενδριτών του, τότε σας δίνει μια έξοδο (βλέποντας ότι το γράμμα εμφανίζεται στην οθόνη του υπολογιστή σας) μέσω του axon. Στο μεταξύ, οι πληροφορίες επεξεργάζονται έτσι ώστε η είσοδος να έχει ως αποτέλεσμα την επιθυμητή έξοδο.

Τα δυναμικά δράσης, που ονομάζονται επίσης "αιχμές" ή "παρορμήσεις", εμφανίζονται όταν το ηλεκτρικό δυναμικό σε μια κυτταρική μεμβράνη αυξάνεται γρήγορα, κατόπιν πέφτει, ως απόκριση σε ένα γεγονός. Η όλη διαδικασία συνήθως διαρκεί μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Μια κυτταρική μεμβράνη είναι ένα διπλό στρώμα πρωτεϊνών και λιπιδίων που περιβάλλουν ένα κύτταρο, προστατεύοντάς το τα περιεχόμενα από το εξωτερικό περιβάλλον και επιτρέποντας μόνο συγκεκριμένες ουσίες ενώ κρατούν τους άλλους έξω.

Ένα ηλεκτρικό δυναμικό, μετρούμενο σε Volts (V), μετρά την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που έχει το δυνητικός να κάνω δουλειά. Όλα τα κύτταρα διατηρούν ένα ηλεκτρικό δυναμικό στις κυτταρικές μεμβράνες τους.

Το ηλεκτρικό δυναμικό σε μια κυτταρική μεμβράνη, το οποίο μετριέται με τη σύγκριση του δυναμικού στο εσωτερικό ενός κυττάρου προς το εξωτερικό, προκύπτει επειδή υπάρχουν διαφορές στη συγκέντρωση, ή βαθμίδες συγκέντρωσης, των φορτισμένων σωματιδίων που ονομάζονται ιόντα έξω από το εσωτερικό του κυττάρου. Αυτές οι βαθμίδες συγκεντρώσεων με τη σειρά τους προκαλούν ηλεκτρικές και χημικές ανισορροπίες που οδηγούν τα ιόντα για να εξισορροπήσουν τις ανισορροπίες, με περισσότερες ανισορροπίες που δημιουργούν μεγαλύτερο κίνητρο ή κινητήρια δύναμη, για να διορθωθούν οι ανισορροπίες. Για να γίνει αυτό, ένα ιόν τυπικά μετακινείται από την πλευρά υψηλής συγκέντρωσης της μεμβράνης στην πλευρά χαμηλής συγκέντρωσης.

Τα δύο ιόντα ενδιαφέροντος για τα δυναμικά δράσης είναι το κατιόν καλίου (Κ⁺) και το κατιόν νατρίου (Na⁺), τα οποία μπορούν να βρεθούν μέσα και έξω από τα κελιά.

• Υπάρχει μεγαλύτερη συγκέντρωση Κ⁺ στο εσωτερικό των κυττάρων σε σχέση με το εξωτερικό.
• Υπάρχει μεγαλύτερη συγκέντρωση Na⁺ στο εξωτερικό των κυττάρων σε σχέση με το εσωτερικό, περίπου 10 φορές υψηλότερο.

Όταν δεν υπάρχει δυναμικό δράσης σε εξέλιξη (δηλ. Το κύτταρο είναι "σε ηρεμία"), το ηλεκτρικό δυναμικό των νευρώνων βρίσκεται στο δυναμικό μεμβράνης ηρεμίας, η οποία τυπικά μετριέται περίπου στα -70 mV. Αυτό σημαίνει ότι το δυναμικό του εσωτερικού του κυττάρου είναι 70 mV χαμηλότερο από το εξωτερικό. Πρέπει να σημειωθεί ότι αυτό αναφέρεται σε ένα ισορροπία τα κράτη-ιόντα εξακολουθούν να κινούνται προς και από την κυψέλη, αλλά με τρόπο που διατηρεί το δυναμικό μεμβράνης ηρεμίας σε μια αρκετά σταθερή τιμή.

Το δυναμικό μεμβράνης ηρεμίας μπορεί να διατηρηθεί επειδή η κυτταρική μεμβράνη περιέχει πρωτεΐνες που σχηματίζονται ιόντων καναλιών - οπές που επιτρέπουν τη ροή ιόντων μέσα και έξω από τα κύτταρα - και το νάτριο / κάλιο γοβάκια που μπορεί να αντλεί ιόντα μέσα και έξω από το κελί.

Τα κανάλια ιόντων δεν είναι πάντοτε ανοιχτά. ορισμένοι τύποι καναλιών ανοίγουν μόνο σε συγκεκριμένες συνθήκες. Αυτά τα κανάλια ονομάζονται επομένως "κλειστά" κανάλια.

ΕΝΑ διαύλου διαρροής ανοίγει και κλείνει τυχαία και συμβάλλει στη διατήρηση της δυναμικότητας μεμβράνης που βρίσκεται στη βάση του κυττάρου. Τα κανάλια διαρροής νατρίου επιτρέπουν Na⁺ να μετακινηθείτε αργά στο κελί (επειδή η συγκέντρωση Na⁺ είναι υψηλότερο στο εξωτερικό σε σχέση με το εσωτερικό), ενώ τα κανάλια καλίου επιτρέπουν στο K⁺ να κινηθεί έξω από το κελί (επειδή η συγκέντρωση του Κ⁺ είναι υψηλότερο στο εσωτερικό σε σχέση με το εξωτερικό). Ωστόσο, υπάρχουν πολλά περισσότερα κανάλια διαρροής για το κάλιο από ό, τι για το νάτριο, και έτσι το κάλιο μετακινείται έξω από το κελί με πολύ ταχύτερο ρυθμό από το νατριο που εισέρχεται στο κύτταρο. Έτσι, υπάρχει πιο θετική επιβάρυνση για το εξω απο του κυττάρου, προκαλώντας την αρνητική πιθανότητα της μεμβράνης ηρεμίας.

Ένα νάτριο / κάλιο αντλία διατηρεί το δυναμικό μεμβράνης ηρεμίας μετακινώντας το νάτριο πίσω από το κύτταρο ή το κάλιο μέσα στο κύτταρο. Ωστόσο, αυτή η αντλία φέρνει δύο K⁺ ιόντα για κάθε τρία Na⁺ ιόντων, διατηρώντας το αρνητικό δυναμικό.

Καλώδια ιόντων με τάση τάσης είναι σημαντικές για τις δυνατότητες δράσης. Τα περισσότερα από αυτά τα κανάλια παραμένουν κλειστά όταν η κυτταρική μεμβράνη είναι κοντά στο δυναμικό της μεμβράνης ηρεμίας. Ωστόσο, όταν το δυναμικό του κυττάρου γίνεται πιο θετικό (λιγότερο αρνητικό), αυτά τα κανάλια ιόντων θα ανοίξουν.

Ένα δυναμικό δράσης είναι α προσωρινός αντιστροφή του δυναμικού της μεμβράνης ηρεμίας, από αρνητική σε θετική. Το δυναμικό δράσης "ακίδα" συνήθως διασπάται σε διάφορα στάδια:

1. Σε απόκριση ενός σήματος (ή κίνητρο) όπως ένας νευροδιαβιβαστής που δεσμεύεται στον υποδοχέα του ή πιέζοντας ένα κλειδί με το δάχτυλό σας, κάποια Na⁺ τα κανάλια ανοίγουν, επιτρέποντας Na⁺ να ρέει μέσα στο κύτταρο λόγω της κλίσης συγκέντρωσης. Το δυναμικό της μεμβράνης αποπολώνεται, ή γίνεται πιο θετική.
2. Μόλις το δυναμικό της μεμβράνης φτάσει στο a κατώφλι - συνήθως γύρω στα -55 mV - συνεχίζει το δυναμικό δράσης. Αν δεν επιτευχθεί το δυναμικό, το δυναμικό δράσης δεν συμβαίνει και το κελί θα επανέλθει στο δυναμικό της μεμβράνης ηρεμίας. Αυτή η απαίτηση να φθάσουμε σε ένα κατώφλι είναι ο λόγος για τον οποίο το δυναμικό δράσης ονομάζεται ένα όλα ή τίποτα Εκδήλωση.
3. Μετά την επίτευξη της τιμής κατωφλίου, το Na-τάση⁺ τα κανάλια είναι ανοιχτά και το Na⁺ τα ιόντα πλημμυρίζουν στο κελί. Το δυναμικό της μεμβράνης ξετυλίγεται από το αρνητικό στο θετικό, επειδή το εσωτερικό του κυττάρου είναι τώρα πιο θετικό σε σχέση με το εξωτερικό.
4. Καθώς το δυναμικό της μεμβράνης φτάνει τα +30 mV - η κορυφή του δυναμικού δράσης - τάση-gated κάλιο τα κανάλια είναι ανοιχτά και το K⁺ αφήνει το κύτταρο λόγω της κλίσης της συγκέντρωσης. Το δυναμικό της μεμβράνης επαναπολίζει, ή κινείται πίσω προς το αρνητικό δυναμικό μεμβράνης ηρεμίας.
5. Ο νευρώνας γίνεται προσωρινά υπερπολωμένο ως Κ⁺ ιόντα προκαλούν το δυναμικό της μεμβράνης να γίνει λίγο πιο αρνητικό από το δυναμικό ηρεμίας.
6. Ο νευρώνας εισέρχεται α πυρίμαχοςπερίοδος, στην οποία η αντλία νατρίου / καλίου επιστρέφει τον νευρώνα στο δυναμικό της μεμβράνης ηρεμίας.

Το δυναμικό δράσης μετατοπίζεται κατά μήκος του άξονα προς τα τερματικά αξόνων, τα οποία μεταδίδουν την πληροφορία σε άλλους νευρώνες. Η ταχύτητα διάδοσης εξαρτάται από τη διάμετρο του αξόνου - όπου μια ευρύτερη διάμετρος σημαίνει ταχύτερη διάδοση - και αν ένα τμήμα ενός αξόνου καλύπτεται ή όχι από μυελίνη, μια λιπαρή ουσία που δρα παρόμοια με την κάλυψη ενός καλωδίου καλωδίου: καλύπτει τον άξονα και αποτρέπει τη διαρροή ηλεκτρικού ρεύματος, επιτρέποντας την ταχύτερη δράση του δυναμικού δράσης.

• "12.4 Το Δυναμικό Δράσης." Ανατομία και φυσιολογία, Pressbooks, opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/12-4-the-action-potential/.
• Charad, Ka Xiong. "Δράσεις Δράσης". HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/actpot.html.
• Egri, Csilla και Peter Ruben. "Δράσεις Ενέργειας: Παραγωγή και Διάδοση". ELS, John Wiley & Sons, Inc., 16 Απρ. 2012, onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470015902.a0000278.pub2.
• "Πώς επικοινωνούν οι νευρώνες." Lumen - Boundless Βιολογία, Lumen Learning, courses.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/how-neurons-communicate/.