מה פוטנציאל פעולה?

בכל פעם שאתה עושה משהו, החל מנקוט צעד ועד להרים טלפון, המוח שלך מעביר אותות חשמליים לשאר חלקי גופך. אותות אלה נקראים פוטנציאל פעולה. פוטנציאל הפעולה מאפשר לשרירים שלך לתאם ולנוע בדיוק. הם מועברים על ידי תאים במוח הנקראים נוירונים.

מסירות מפתח: פוטנציאל פעולה

פוטנציאלים של פעולה מועברים על ידי תאים במוח הנקראים נוירונים. נוירונים אחראים על תיאום ועיבוד המידע אודות העולם שנשלח דרך החושים שלך, שליחת פקודות לשרירים בגופך והעברת כל האותות החשמליים פנימה בין.

הנוירון מורכב מכמה חלקים המאפשרים לו להעביר מידע בכל הגוף:

• דנדריטים הם חלקים מסועפים של נוירון המקבלים מידע מנוירונים סמוכים.
• ה גוף תא של הנוירון מכיל את זה גרעין, המכיל את המידע התורשתי של התא ושולט על צמיחתו והתרבותו של התא.
• ה אקסון מוליך אותות חשמליים מגוף התא, מעביר מידע לנוירונים אחרים בקצותיו, או מסופי אקסון.

אתה יכול לחשוב על הנוירון כמו מחשב שמקבל קלט (כמו לחיצה על מקש אותיות במקלדת שלך) דרך הדנדריטים שלו, ואז נותן לך פלט (לראות את המכתב שצץ על מסך המחשב שלך) דרך שלו אקסון. בין לבין מעובד המידע כך שהקלט יביא לפלט הרצוי.

פוטנציאלים לפעולה, המכונים גם "דוקרנים" או "דחפים", מתרחשים כאשר הפוטנציאל החשמלי על פני קרום סלולרי עולה במהירות ואז נופל, כתגובה לאירוע. התהליך כולו אורך בדרך כלל כמה אלפיות השנייה.

ממברנה תאית היא שכבה כפולה של חלבונים וליפידים העוטפים תא, ומגנים עליו תכנים מהסביבה החיצונית ומאפשרים רק חומרים מסוימים להיכנס תוך שמירה על אחרים בחוץ.

פוטנציאל חשמלי, הנמדד בוולט (V), מודד את כמות האנרגיה החשמלית שיש לה פוטנציאל לעשות עבודה. כל התאים שומרים על פוטנציאל חשמלי על פני קרום התא שלהם.

הפוטנציאל החשמלי על פני ממברנה תאית, הנמדד על ידי השוואת הפוטנציאל שבתוך תא מבחוץ, נוצר בגלל שיש הבדלי ריכוז, או שיפועי ריכוז, של חלקיקים טעונים הנקראים יונים בחוץ לעומת בתוך התא. מדרגות ריכוז אלה גורמות בתורן לחוסר איזון חשמלי וכימי המניע את היונים לאיזון חוסר האיזון, כאשר חוסר איזון שונה יותר מספק מניע גדול יותר, או כוח מניעכדי לתקן את חוסר האיזון. לשם כך יון בדרך כלל עובר מהצד בריכוז גבוה של הממברנה לצד הריכוז הנמוך.

שני היונים המעניינים פוטנציאל לפעולה הם קטיון האשלגן (K⁺) וקטיון הנתרן (Na⁺), שניתן למצוא בתאים ומחוצה לה.

• יש ריכוז גבוה יותר של K⁺ בתוך התאים יחסית לחוץ.
• יש ריכוז גבוה יותר של Na⁺ בצד החיצוני של תאים ביחס לבפנים, גבוה פי עשרה.

כאשר אין פוטנציאל פעולה (כלומר, התא נמצא "במנוחה"), הפוטנציאל החשמלי של נוירונים נמצא ב פוטנציאל הממברנה במנוחה, אשר נמדדת בדרך כלל בסביבות -70 mV. המשמעות היא שהפוטנציאל של פנים התא הוא פחות מ- 70 מגה-וולט מאשר מבחוץ. יש לציין כי הכוונה לסעיף שיווי משקל יונים עדיין נעים לתא ומחוצה לו, אך באופן ששומר על פוטנציאל הממברנה המנוחה בערך קבוע למדי.

ניתן לשמור על פוטנציאל הממברנה המנוחה מכיוון שהקרום התא מכיל חלבונים הנוצרים ערוצי יונים - חורים המאפשרים לזרום של יונים לתאים ומחוצה להם - ונתרן / אשלגן משאבות שיכולים לשאוב יונים לתא ומחוצה לו.

ערוצי יונים לא תמיד פתוחים; סוגים מסוימים של ערוצים נפתחים רק כתגובה לתנאים ספציפיים. אפוא נקראים ערוצים אלה ערוצים "מגודרים".

א ערוץ דליפה נפתח ונסגר באקראי ועוזר לשמור על פוטנציאל הממברנה המנוחה של התא. תעלות דליפת נתרן מאפשרות לנא⁺ לעבור לאט לתא (מכיוון שריכוז Na⁺ הוא גבוה יותר מבחוץ יחסית לפנים), בעוד שתעלות אשלגן מאפשרות ל- K⁺ לעבור מהתא (כי הריכוז של K⁺ הוא גבוה יותר מבפנים יחסית לחלק החיצוני). עם זאת, ישנם הרבה יותר תעלות דליפה לאשלגן מאשר לנתרן, ולכן אשלגן זז מהתא בקצב מהיר בהרבה מאשר נתרן הנכנס לתא. לפיכך, יש חיוב חיובי יותר על ה- בחוץ של התא, וגורם לפוטנציאל הממברנה המנוחה להיות שלילי.

נתרן / אשלגן משאבה שומר על פוטנציאל הממברנה המנוחה על ידי העברת נתרן חזרה מהתא או האשלגן לתא. עם זאת, משאבה זו מכניסה שני K⁺ יונים לכל שלוש Na⁺ יונים שהוסרו, ושומרים על הפוטנציאל השלילי.

תעלות יון מגודרות מתח חשובים לפוטנציאל הפעולה. מרבית התעלות הללו נשארות סגורות כאשר הממברנה התאית קרובה לפוטנציאל הממברנה המנוחה שלה. עם זאת, כאשר פוטנציאל התא הופך לחיובי יותר (פחות שלילי), תעלות יון אלה ייפתחו.

פוטנציאל פעולה הוא א זמני היפוך פוטנציאל הממברנה המנוחה, משלילי לחיובי. פוטנציאל הפעולה "ספייק" מפוצל בדרך כלל למספר שלבים:

1. בתגובה לאות (או גירוי) כמו מוליך עצבי הנקשר לקולטן שלו או לוחץ על מקש עם האצבע, קצת Na⁺ ערוצים נפתחים, ומאפשרים לנא⁺ לזרום לתא בגלל שיפוע הריכוז. פוטנציאל הממברנה מקריח, או הופך לחיובי יותר.
2. ברגע שפוטנציאל הממברנה מגיע ל מפתן ערך - בדרך כלל סביב -55 mV - פוטנציאל הפעולה ממשיך. אם לא יושג הפוטנציאל, פוטנציאל הפעולה לא קורה והתא יחזור לפוטנציאל הממברנה המנוחה שלו. דרישה זו להגיע לסף היא הסיבה לכך שכינוי פוטנציאל הפעולה נקרא הכל או לא כלום אירוע.
3. לאחר הגעה לערך הסף, Na-gateated⁺ ערוצים נפתחים, ונא⁺ יונים שוטפים לתא. פוטנציאל הממברנה הופך בין שלילי לחיובי מכיוון שחלקו הפנימי של התא חיובי יותר יחסית לחוץ.
4. כאשר פוטנציאל הממברנה מגיע ל +30 mV - שיא ​​פוטנציאל הפעולה - מגודר מתח אשלגן ערוצים נפתחים, ו- K⁺ עוזב את התא בגלל שיפוע הריכוז. פוטנציאל הממברנה קוטב מחדש, או נע אחורה לעבר פוטנציאל הממברנה המנוחה השלילית.
5. הנוירון הופך באופן זמני hyperpolarized כק⁺ יונים גורמים לפוטנציאל הממברנה להיות מעט שלילי יותר מפוטנציאל המנוחה.
6. הנוירון נכנס א עקשןפרק זמן, שבה משאבת הנתרן / אשלגן מחזירה את הנוירון לפוטנציאל הממברנה המנוחה שלו.

פוטנציאל הפעולה עובר לאורך האקסון לעבר מסופי האקסון, המעבירים את המידע לנוירונים אחרים. מהירות ההתפשטות תלויה בקוטר האקסון - כאשר קוטר רחב יותר פירושו התפשטות מהירה יותר - והאם חלק מאקסון מכוסה או לא. מיאלין, חומר שומני שפועל בדומה לכיסוי של חוט כבל: הוא נדן את האקסון ומונע זליגה חשמלית החוצה, ומאפשר לפוטנציאל הפעולה להתרחש מהר יותר.

• "12.4 פוטנציאל הפעולה." אנטומיה ופיזיולוגיה, ספרי עיתונות, opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/12-4-the-action-potential/.
• צ'ראד, קה שיונג. "פוטנציאל פעולה." HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/actpot.html.
• אגרי, קסילה ופיטר רובן. "פוטנציאלים בפעולה: דור והרחבה." אל אס, ג'ון וויילי ובניו, בע"מ, 16 אפריל. 2012, onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470015902.a0000278.pub2.
• "איך נוירונים מתקשרים." לומן - ביולוגיה ללא גבולות, למידת לומן, קורסים .lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/how-neurons-communicate/.