Hiperpolaryzacja

Plik Hiperpolaryzacja jest procesem biologicznym, w którym napięcie błony wzrasta i przekracza wartość spoczynkową. Mechanizm ten jest ważny dla funkcji mięśni, nerwów i komórek czuciowych w organizmie człowieka. Umożliwia wykonywanie czynności, takich jak ruchy mięśni lub widzenie, i kontrolowanie ich przez ciało.

Co to jest hiperpolaryzacja?

Komórki ludzkiego ciała są otoczone błoną. Jest również znany jako błona plazmatyczna i składa się z dwuwarstwy lipidowej. Oddziela obszar wewnątrzkomórkowy, cytoplazmę, od otaczającego obszaru.

Napięcie błon komórkowych w ludzkim ciele, takich jak komórki mięśniowe, nerwowe lub czuciowe oka, ma potencjał spoczynkowy w stanie spoczynku. To napięcie błony wynika z faktu, że wewnątrz komórki oraz w obszarze zewnątrzkomórkowym znajduje się ładunek ujemny, tj. poza komórkami występuje ładunek dodatni.

Wartość potencjału spoczynkowego różni się w zależności od typu komórki. Jeśli ten potencjał spoczynkowy napięcia błony zostanie przekroczony, następuje hiperpolaryzacja błony. To sprawia, że ​​napięcie membrany jest bardziej ujemne niż podczas potencjału spoczynkowego, tj. ładunek wewnątrz komórki staje się jeszcze bardziej ujemny.

Ma to zwykle miejsce po otwarciu lub zamknięciu kanałów jonowych w membranie. Te kanały jonowe to kanały potasowe, wapniowe, chlorkowe i sodowe, które działają w sposób zależny od napięcia.

Hiperpolaryzacja zachodzi z powodu zależnych od napięcia kanałów potasowych, które wymagają pewnego czasu, aby zamknąć się po przekroczeniu potencjału spoczynkowego. Transportują dodatnio naładowane jony potasu do obszaru zewnątrzkomórkowego. To na krótko prowadzi do bardziej ujemnego ładunku wewnątrz komórki, hiperpolaryzacji.

Funkcja i zadanie

Hiperpolaryzacja błony komórkowej jest częścią tak zwanego potencjału czynnościowego. Składa się z różnych etapów. Pierwszym etapem jest przekroczenie progowego potencjału błony komórkowej, a następnie depolaryzacja, wewnątrz komórki występuje ładunek bardziej dodatni. Prowadzi to następnie do repolaryzacji, co oznacza, że ​​ponownie osiągany jest potencjał spoczynkowy. Następnie następuje hiperpolaryzacja, zanim komórka ponownie osiągnie potencjał spoczynkowy.

Ten proces służy do przekazywania sygnałów. Komórki nerwowe tworzą potencjały czynnościowe w obszarze kopca aksonu po otrzymaniu sygnału. To jest następnie przekazywane w postaci potencjałów czynnościowych wzdłuż aksonu.

Synapsy komórek nerwowych przekazują następnie sygnał do następnej komórki nerwowej w postaci neuroprzekaźników. Mogą one mieć działanie aktywujące lub hamujące. Proces ten ma zasadnicze znaczenie dla przesyłania sygnałów, na przykład w mózgu.

Oglądanie odbywa się w podobny sposób. Komórki oka, tak zwane pręciki i czopki, odbierają sygnał z zewnętrznego bodźca świetlnego. Prowadzi to do powstania potencjału czynnościowego i bodziec jest przekazywany do mózgu. Co ciekawe, rozwój bodźca nie następuje poprzez depolaryzację, jak ma to miejsce w przypadku innych komórek nerwowych.

W pozycji spoczynkowej komórki nerwowe mają potencjał błonowy -65 mV, podczas gdy komórki wzrokowe mają potencjał błonowy -40 mV przy potencjale spoczynkowym. Oznacza to, że mają już bardziej dodatni potencjał błonowy niż komórki nerwowe w stanie spoczynku. W przypadku komórek wzrokowych bodziec rozwija się poprzez hiperpolaryzację. W rezultacie komórki wzrokowe uwalniają mniej neuroprzekaźników, a komórki nerwowe znajdujące się poniżej mogą określać intensywność sygnału świetlnego na podstawie redukcji neuroprzekaźników. Sygnał ten jest następnie przetwarzany i oceniany w mózgu.

Hiperpolaryzacja wyzwala hamujący potencjał postsynaptyczny (IPSP) w przypadku widzenia lub w niektórych neuronach. Natomiast neurony często aktywują potencjały postsynaptyczne (APSP).

Inną ważną funkcją hiperpolaryzacji jest zapobieganie zbyt szybkiemu ponownemu wyzwalaniu potencjału czynnościowego przez komórkę w oparciu o inne sygnały. A więc chwilowo hamuje generowanie bodźców w komórce nerwowej.

Choroby i dolegliwości

Komórki serca i mięśni mają kanały HCN. HCN oznacza aktywowane hiperpolaryzacją cykliczne kanały kationowe bramkowane nukleotydami. Są to kanały kationowe, które są regulowane przez hiperpolaryzację komórki. U ludzi znane są 4 formy tych kanałów HCN. Nazywa się je HCN-1 do HCN-4. Są zaangażowani w regulację rytmu serca oraz w aktywność samorzutnie aktywujących się komórek nerwowych. W neuronach przeciwdziałają hiperpolaryzacji, dzięki czemu komórka może szybciej osiągnąć potencjał spoczynkowy. Skracają więc tzw. Okres refrakcji, który opisuje fazę po depolaryzacji. W komórkach serca regulują natomiast depolaryzację rozkurczową, która powstaje w węźle zatokowym serca.

W badaniach na myszach wykazano, że utrata HCN-1 powoduje wady ruchowe. Brak HCN-2 prowadzi do uszkodzenia neuronów i serca, a utrata HCN-4 prowadzi do śmierci zwierząt. Spekulowano, że kanały te mogą być powiązane z padaczką u ludzi.

Ponadto znane są mutacje w postaci HCN-4, które prowadzą do arytmii serca u ludzi. Oznacza to, że pewne mutacje kanału HCN-4 mogą prowadzić do zaburzenia rytmu serca.Kanały HCN są więc również celem terapii medycznych zaburzeń rytmu serca, ale także wad neurologicznych, w których hiperpolaryzacja neuronów trwa zbyt długo.

Pacjenci z zaburzeniami rytmu serca, które można przypisać nieprawidłowemu działaniu kanału HCN-4, są leczeni określonymi inhibitorami. Należy jednak wspomnieć, że większość terapii związanych z kanałami HCN znajduje się nadal w fazie eksperymentalnej i dlatego nie są jeszcze dostępne dla ludzi.