Co je akční potenciál?

Pokaždé, když něco uděláte, od kroku k vyzvednutí telefonu, váš mozek přenáší elektrické signály do zbytku těla. Tyto signály se nazývají akční potenciály. Akční potenciál umožňuje vaše svaly koordinovat a pohybovat se s přesností. Jsou přenášeny buňkami v mozku zvanými neurony.

Klíčové příležitosti: Akční potenciál

Akční potenciály jsou přenášeny buňkami v mozku zvanými neurony. Neurony jsou zodpovědné za koordinaci a zpracování informací o světě, který je odesílán vaše smysly, posílání příkazů na svaly v těle a předávání všech elektrických signálů mezi.

Neuron se skládá z několika částí, které mu umožňují přenášet informace po celém těle:

• Dendrites jsou rozvětvené části neuronu, které přijímají informace od blízkých neuronů.
• buněčné tělo neuron obsahuje jeho jádro, který obsahuje dědičné informace o buňce a řídí růst a reprodukci buňky.
• axon - odvádí elektrické signály od těla buňky a přenáší informace do jiných neuronů na svých koncích, nebo - terminály axonů.

Můžete si myslet na neuron jako na počítač, který přijímá vstup (jako stisknutí klávesy s písmenem na klávesnici) prostřednictvím jeho dendritů, pak vám dá výstup (při pohledu na toto písmeno se objeví na obrazovce počítače) skrz jeho axon. Mezi tím jsou informace zpracovány tak, že vstup vede k požadovanému výstupu.

Akční potenciály, také nazývané „hroty“ nebo „impulsy“, nastávají, když elektrický potenciál přes buněčnou membránu v reakci na událost rychle stoupá a poté klesá. Celý proces obvykle trvá několik milisekund.

Buněčná membrána je dvojitá vrstva proteinů a lipidů, která obklopuje buňku a chrání ji obsah z vnějšího prostředí a umožňující pouze určité látky při zachování ostatních ven.

Elektrický potenciál, měřený ve voltech (V), měří množství elektrické energie, která má potenciál dělat práce. Všechny buňky si udržují elektrický potenciál přes jejich buněčné membrány.

Elektrický potenciál přes buněčnou membránu, který se měří porovnáním potenciálu uvnitř buňky s vnějším povrchem, vzniká proto, že existují rozdíly v koncentraci, nebo koncentrační gradientynabitých částic zvaných ionty vně versus uvnitř buňky. Tyto gradienty koncentrace zase způsobují elektrickou a chemickou nerovnováhu, která pohání ionty k vyrovnání nerovnováhy, přičemž nerovnoměrnější nerovnováhy poskytují větší motivaci, nebo hnací síla, aby byla nerovnováha napravena. Aby se toho dosáhlo, iont se obvykle pohybuje ze strany s vysokou koncentrací membrány na stranu s nízkou koncentrací.

Dva zajímavé ionty pro akční potenciál jsou kationt draselný (K⁺) a kationt sodný (Na⁺), které lze nalézt uvnitř i vně buněk.

• Existuje vyšší koncentrace K⁺ uvnitř buněk vzhledem k vnějšku.
• Je vyšší koncentrace Na⁺ na vnější straně buněk vzhledem k vnitřní straně, asi 10krát vyšší.

Když nedochází k akčnímu potenciálu (tj. Buňka je „v klidu“), elektrický potenciál neuronů je v klidový membránový potenciál, která se obvykle měří kolem -70 mV. To znamená, že potenciál uvnitř buňky je o 70 mV nižší než vnější. Je třeba poznamenat, že se to týká rovnováha stavy - ionty se stále pohybují dovnitř a ven z buňky, ale způsobem, který udržuje klidový membránový potenciál na poměrně konstantní hodnotě.

Klidový membránový potenciál lze zachovat, protože buněčná membrána obsahuje proteiny, které se tvoří iontové kanály - díry, které umožňují iontům proudit dovnitř a ven z buněk - a sodík / draslík čerpadla které mohou čerpat ionty dovnitř a ven z buňky.

Iontové kanály nejsou vždy otevřené; některé typy kanálů se otevírají pouze v reakci na specifické podmínky. Tyto kanály se nazývají „hradlové“ kanály.

A únikový kanál náhodně se otevírá a zavírá a pomáhá udržovat klidový membránový potenciál buňky. Kanál úniku sodíku umožňuje Na⁺ pomalu se pohybovat do buňky (protože koncentrace Na⁺ je vyšší na vnější straně vzhledem k vnitřní), zatímco draslíkové kanály umožňují K⁺ se pohybovat ven z buňky (protože koncentrace K⁺ je vyšší zevnitř oproti vnějšímu). Existuje však mnohem více únikových kanálů pro draslík než pro sodík, a tak se draslík pohybuje z buňky mnohem rychleji než sodík vstupující do buňky. Proto je na internetu kladný náboj mimo buňky, což způsobuje, že klidový membránový potenciál je negativní.

Sodík / draslík čerpadlo udržuje klidový membránový potenciál přesunem sodíku zpět z buňky nebo draslíku do buňky. Toto čerpadlo však přináší dvě K⁺ ionty za každé tři Na⁺ ionty odstraněny, udržující negativní potenciál.

Napěťově řízené iontové kanály jsou důležité pro akční potenciál. Většina z těchto kanálů zůstává uzavřená, když je buněčná membrána blízko svého klidového membránového potenciálu. Když se však potenciál buňky stane pozitivnějším (méně negativním), tyto iontové kanály se otevřou.

Akční potenciál je dočasný obrácení klidového membránového potenciálu z negativního na pozitivní. Akční potenciál „špice“ je obvykle rozdělen do několika fází:

1. V reakci na signál (nebo podnět) jako neurotransmiter vázající se na jeho receptor nebo stisknutí klávesy prstem, nějaké Na⁺ kanály otevřené, umožňující Na⁺ proudit do buňky v důsledku koncentračního gradientu. Membránový potenciál depolarizuje, nebo se stane pozitivnější.
2. Jakmile membránový potenciál dosáhne a práh hodnota - obvykle kolem -55 mV - akční potenciál pokračuje. Pokud potenciál není dosažen, akční potenciál se nestane a buňka se vrátí zpět na svůj klidový membránový potenciál. Tento požadavek dosažení prahové hodnoty je důvodem, proč je akční potenciál nazýván všechno nebo nic událost.
3. Po dosažení prahové hodnoty se napětím ovládá Na⁺ kanály otevřené a Na⁺ ionty zaplaví buňku. Membránový potenciál se mění z negativního na pozitivní, protože vnitřek buňky je nyní pozitivnější vůči vnějšímu povrchu.
4. Když membránový potenciál dosáhne +30 mV - vrchol akčního potenciálu - napěťově řízený draslík kanály otevřené, a K⁺ opouští buňku kvůli koncentračnímu gradientu. Membránový potenciál repolarizuje, nebo se pohybuje zpět k negativnímu klidovému membránovému potenciálu.
5. Neuron se dočasně stane hyperpolarizované jako K⁺ ionty způsobují, že se membránový potenciál stává o něco negativnější než klidový potenciál.
6. Neuron vstoupí do žáruvzdornýdoba, ve kterém sodno / draselné čerpadlo vrací neuron do klidového membránového potenciálu.

Akční potenciál putuje po délce axonu směrem k axonovým terminálům, které přenášejí informace dalším neuronům. Rychlost šíření závisí na průměru axonu - kde větší průměr znamená rychlejší šíření - a zda je část axonu pokryta či nikoli myelin, mastná látka, která působí podobně jako kryt kabelového drátu: obaluje axon a zabraňuje úniku elektrického proudu, což umožňuje rychlejší akční potenciál.

• "12.4 Akční potenciál." Anatomie a fyziologie, Pressbooks, opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/12-4-the-action-potential/.
• Charad, Ka Xiong. "Potenciální akce." Hyperfyzika, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/actpot.html.
• Egri, Csilla a Peter Ruben. "Potenciály akce: Generace a propagace." ELS, John Wiley & Sons, Inc., 16. dubna. 2012, onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470015902.a0000278.pub2.
• "Jak Neuronové komunikují." Lumen - Boundless Biology, Lumen Learning, courses.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/how-neurons-communicate/.