Tegevuspotentsiaal

Original: http://webspace.ship.edu/cgboer/actionpot.html

C. George Boeree


Signaali liikumine läbi neuroni ja selle aksoni on seotud ioonidega. Ioon on laetud osake, näiteks Na+, naatriumioon. Sellel on positiivne laeng, sest sellel puudub üks elektron. Teised ioonid on muidugi negatiivselt laetud.

Rakkudel on membraanid, mis on valmistatud lipiidimolekulidest (rasvadest) ja need takistavad enamiku asjade sisenemist rakku või sealt väljumist. Kuid kogu rakumembraan on valgud, mis jäävad rakumembraani mõlemale küljele välja. Mõned neist on ioonkanalid.


ioonkanal

Enamik ioonkanaleid lasevad ioonidel lihtsalt rakku sisse või välja voolata. Diagrammide joonistamisel kujutame neid kanaleid tavaliselt nii, nagu oleksid need rakumembraanis väikesed augud. Need on, nagu ma ütlesin, tõesti keerulised valgud. Kui ioon kinnitub ühe sellise valgu külge, muudab valk kuju ja kannab seda tehes iooni membraani teisele küljele, kus see vabaneb. Normaalne kalduvus on, et kõik raku sees ja väljas tasakaalustuvad sel viisil: kui ühel küljel on kemikaali liiga palju, voolab see teisele, kuni tasakaal on olemas; Kui ühel küljel on liiga palju positiivseid või negatiivseid ioone, kipuvad nad liikuma teisele poole, kuni tekib tasakaal.

Mõningaid kanaleid nimetatakse väravateks. Nad võivad olenevalt keskkonnast avada või sulgeda. Mõne jaoks on küsimus, millised kemikaalid end värava osa külge kinnitavad. Teiste jaoks on see positiivse-negatiivse tasakaalu muutus, mis põhjustab nende avanemise või sulgemise. Neuronis on selliseid väravaid palju, sealhulgas naatriumväravad ja kaaliumväravad. Mõlemad vastavad positiivse-negatiivse saldo muutustele.

  
suletud…………avatud

Keemilise värava üheks näiteks on retseptori asukohad neuroni dendrititel: Kui kemikaal, mida nimetatakse neurotransmitteriks, kinnitub väravas olevale kohale, avaneb värav, et naatriumioonid rakku pääseksid.

  
suletud…………avatud

Teisi ioonkanaleid nimetatakse pumpadeks. Nad kasutavad raku tarnitud energiat ioonide tegelikult rakku sisse või välja pumpamiseks, jõuga, kui soovite. Parimad näited on naatrium-kaaliumipumbad neuroni membraanidel. Need pumbad suruvad naatriumioonid rakust välja ja kaaliumioonid (K+) rakku. Nad hoiavad tegelikult   nende kemikaalide tasakaalustamatust.


ioonipump

Kui olete tähelepanelik, märkate, et nii naatrium- kui kaaliumiioonid on positiivsed. Neuronite sees on tegelikult üsna tugev negatiivne laeng, vastupidiselt välisele positiivsele laengule. See on tingitud teistest molekulidest, mida nimetatakse anioonideks. Nad on negatiivselt laetud, kuid on liiga suured, et neist lahkuda mis tahes kanali kaudu. Nad jäävad paigale ja annavad rakule selle sees negatiivse laengu.

Niisiis, kui akson on puhkeasendis, annavad anioonid sellele negatiivse laengu, naatriumipumbad hoiavad naatriumi eemal ja kaaliumi ning naatriumiväravad ja kaaliumiväravad on kõik suletud. Sise- ja väliskülje positiivse-negatiivse erinevuse tõttu nimetatakse seda puhkeseisundit puhkepotentsiaaliks. Sõna potentsiaal viitab asjaolule, et siin on potentsiaali muutusteks. Kasutame sama terminit patarei tähistamiseks, mis lihtsalt istub seal ja pole millegagi ühendatud: ka sellel on puhkepotentsiaal.

Kui dendriitide membraanides ja raku kehas toimuvad muutused jõuavad aksonini, reageerivad naatriumväravad: mõned neist avanevad ja lasevad naatriumioonidel sisse, nii et sisemus hakkab muutuma vähem negatiivseks. Kui see jõuab teatud tasemeni, mida nimetatakse läveks, reageerivad rohkem naatriumväravad ja lasevad rohkem ioone…

Siis on meil nn action potentia l – liikuv ioonide vahetus, mis kulgeb aksoni pikkuses. Nii palju naatriumioone satub sisse, et väga lühikese aja jooksul on raku välimise ja sisemise vahe tegelikult vastupidine: seestpoolt on positiivne ja väljast negatiivset.

Siis olukord muutub: naatriumväravad sulguvad ja kaaliumväravad avanevad. Kaalium tormab rakust välja, mis viib raku sees oleva laengu tagasi sinna, kus see oli – seestpoolt negatiivne, väljastpoolt positiivne.

Pange tähele, et naatrium on nüüd rakus ja kaalium väljaspool, see tähendab, et nad asuvad valedes kohtades. Niisiis, naatriumi-kaaliumi pumbad saada tagasi tööle ja pump naatriumi tagasi välja ja kaalium tagasi sisse, ja asjad on tagasi, kust alustasime.

Nüüd toimub see kõik aksoni ühes väikeses segmendis korraga: naatrium läheb sisse esimeses osas; mis käivitab kaaliumi alustada läheb läbi jaos üks ja naatriumi alustada tulemas lõik kaks; mis omakorda käivitab kaaliumi välja minna lõik kaks ja naatriumi tulevad jaos kolm; ja nii edasi – nagu rida doominoid läheb alla.

Selles väikeses aksonit kujutavas graafikas tähistab punane sissevoolavat naatriumi ja oranž välja voolavat kaaliumi:

Paljude aksonite ümbruses olev müeliinikest kiirendab seda protsessi märkimisväärselt: ühe väikese segmendi asemel, mis käivitab juba järgmise väikese segmendi, muutused “hüppavad” ümbrise ühest pilust teise. Seda nimetatakse soolavooluks, ladinakeelsest sõnast “hüpata” (seda näeb ka sellistes sõnades nagu salto).

Kui tegevuspotentsiaal jõuab aksoni lõpuni, põhjustab see rakku teise iooni (kaltsium, Ca++) sisenemist, mis omakorda põhjustab vesiikulite – pisikeste mullide, mis on neurotransmittereid täis, vabastamist nende sisust sünaptilisse lõhe…
Hämmastav, kas pole?

© Copyright 2004, C. George Boeree