Hvordan opretholdes en polariseret tilstand i hvilende nerve?

Hvilemembranpotentialet for en neuron, også kendt som den polariserede tilstand, opretholdes gennem en kombination af ionkoncentrationsgradienter og neuronmembranens selektive permeabilitet for forskellige ioner. Denne proces er afgørende for den korrekte funktion af neuroner og transmissionen af ​​elektriske signaler. Her er hvordan opretholdelsen af ​​den polariserede tilstand opnås:

1. Ionkoncentrationsgradienter:

- Hvilemembranpotentialet er primært bestemt af koncentrationsgradienterne af kalium (K+) og natrium (Na+) ioner over neuronmembranen.

- Den intracellulære koncentration af K+ er højere end den ekstracellulære koncentration, mens den ekstracellulære koncentration af Na+ er højere end den intracellulære koncentration.

- Disse koncentrationsgradienter etableres og vedligeholdes af ionpumper, såsom natrium-kalium-pumpen (Na+/K+-ATPase).

2. Membranens selektive permeabilitet:

- Den neuronale membran er selektivt permeabel for forskellige ioner, hvilket tillader nogle ioner at passere lettere igennem end andre.

- Kaliumkanaler er mere rigelige i hviletilstand, hvilket tillader K+ ioner at bevæge sig ned i deres koncentrationsgradient og ud af neuronen.

- Denne efflux af K+ ioner skaber en netto negativ ladning på indersiden af ​​membranen sammenlignet med ydersiden, hvilket resulterer i et hvilemembranpotentiale på cirka -70 millivolt (mV).

3. Natrium-kaliumpumpens rolle:

- Natrium-kalium-pumpen er et aktivt transportsystem, der udnytter energi fra ATP til at opretholde ionkoncentrationsgradienterne over neuronmembranen.

- Det pumper tre Na+ ioner ud af neuronet og to K+ ioner ind i neuronet for hvert molekyle af ATP hydrolyseret.

- Denne kontinuerlige pumpeaktivitet hjælper med at genoprette de indledende iongradienter og modvirker den passive lækage af ioner gennem ionkanaler.

4. Lækagekanaler og elektrogenpumpe:

- Ud over K+ kanaler sker der en lille lækage af Na+ ioner ind i neuronet gennem lækage kanaler.

- Denne indadgående bevægelse af Na+ ioner afbalanceres af natrium-kaliumpumpens elektrogene natur, som skaber en nettobevægelse af positive ladninger ud af cellen.

5. Chlorid (Cl-) fordeling:

- Kloridioner (Cl-) bidrager også til hvilemembranpotentialet.

- Cl- ioner er mere koncentrerede uden for neuronet, og de bevæger sig passivt ind i neuronet gennem lækagekanaler.

- Men den negative ladning af Cl-ioner modsvares af de positive ladninger, der bæres af K+-ioner, der bevæger sig ud af neuronen, og opretholder cellens overordnede elektroneutralitet.

Sammenfattende opnås opretholdelsen af ​​den polariserede tilstand i hvilende nerveceller gennem de kombinerede virkninger af ionkoncentrationsgradienter, selektiv membranpermeabilitet, aktiviteten af ​​natrium-kalium-pumpen og fordelingen af ​​chloridioner. Disse mekanismer sikrer stabiliteten af ​​hvilemembranpotentialet, hvilket er afgørende for neuronernes korrekte funktion og excitabilitet.