Деполяризация

В биологии , деполяризации или гипополяризации ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} является изменением в ячейке , в ходе которого ячейка подвергается сдвигу в распределении электрического заряда , что приводит к менее отрицательному заряду внутри ячейки по сравнению с внешними. Деполяризация необходима для функции многих клеток, связи между клетками и общей физиологии организма.

Большинство клеток в более высоких организмах поддерживают внутреннюю среду, которая негативно заряжается по сравнению с внешностью клеток. клетки Эта разница в зарядке называется мембранным потенциалом . В процессе деполяризации отрицательный внутренний заряд клетки временно становится более положительным (менее отрицательным). Этот сдвиг от негативного к более положительному мембранному потенциалу происходит во время нескольких процессов, включая потенциал действия . Во время потенциала действия деполяризация настолько велика, что разность потенциалов в клеточной мембране кратко изменяет полярность, а внутренняя часть клетки становится положительно заряженной.

Изменение в заряде обычно происходит из -за притока натрия ионов в клетку, хотя оно может быть опосредовано притоком любого вида катиона или оттока любого вида аниона . Противоположность деполяризации называется гиперполяризацией .

Использование термина «деполяризация» в биологии отличается от его использования в физике, где он относится к ситуациям, в которых любая форма полярности ( то есть наличие любого электрического заряда, будь то положительный или отрицательный) изменяется к нулю.

Деполяризация иногда называют «гипополяризацией» ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} (в отличие от поляризации ).

Физиология

Процесс деполяризации полностью зависит от внутренней электрической природы большинства клеток. Когда ячейка находится в состоянии покоя, ячейка поддерживает то, что известно как потенциал покоя . Потенциал покоя, генерируемый почти всеми клетками, приводит к тому, что внутренняя часть клетки имела отрицательный заряд по сравнению с внешностью клетки. Чтобы поддерживать этот электрический дисбаланс, ионы транспортируются через плазматическую мембрану клетки. ^{[ 3 ]} Транспорт ионов через плазматическую мембрану выполняется через несколько различных типов трансмембранных белков, встроенных в плазматическую мембрану клетки, которые функционируют как пути для ионов как в клетку, так и из-за их, таких как ионные каналы , насосы натрия и напряжение закрытые ионные каналы .

Потенциал отдыха

Потенциал покоя должен быть установлен в ячейке, прежде чем ячейка может быть деполяризована. Существует много механизмов, с помощью которых ячейка может создать потенциал покоя, однако существует типичная структура генерации этого потенциала покоя, за которым следуют многие ячейки. Генерация негативного покоя в ячейке включает использование ионных каналов, ионных насосов и ионных каналов, управляемых напряжением, по клетке. ^{[ 4 ]} Тем не менее, процесс генерации покоя потенциала внутри ячейки также создает среду вне ячейки, которая способствует деполяризации. Насос натрия калия в значительной степени ответственен за оптимизацию условий как на внутренней части, так и на внешней стороне клетки для деполяризации.

Перекачивая три положительно заряженных иона натрия (NA ⁺) из клетки на каждые два положительно заряженных ионов калия (k ⁺) перекачивается в клетку, не только покоряющийся потенциал установленной клетки, но и неблагоприятный градиент концентрации создается путем увеличения концентрации натрия за пределами клетки и увеличения концентрации калия в клетке. ^{[ 5 ]} В то время как в клетке и натрия за пределами клетки наблюдается чрезмерное количество калия, полученный потенциал покоя поддерживает закрытие ионных каналов, управляемых напряжением, в плазматической мембране. Это не только предотвращает диффузию ионов, перекачиваемых через мембрану, но также включает в себя активность каналов утечки калия, что позволяет контролировать пассивный отток ионов калия, что способствует созданию негативного покоя. ^{[ 6 ]} Кроме того, несмотря на высокую концентрацию положительно заряженных ионов калия, большинство клеток содержат внутренние компоненты (негативного заряда), которые накапливаются для установления отрицательного внутреннего заряда.

Деполяризация

После того, как клетка установила потенциал покоя, клетка способна подвергаться деполяризации. Деполяризация - это процесс, с помощью которого мембранный потенциал становится менее отрицательным, облегчая генерацию потенциала действия. ^{[ 6 ]} Чтобы это быстрое изменение имело место во внутренней части клетки, вдоль плазматической мембраны клетки должны происходить несколько событий.

В то время как насос натрия-пассий продолжает работать, управляемые напряжением натриевые и кальциевые каналы ^{[ 7 ]} Это было закрыто, когда ячейка находилась в состоянии покоя, открыта в ответ на первоначальное изменение напряжения. ^{[ 6 ]} В качестве изменения нейронального заряда приводит к открытию натриевых каналов, управляемых напряжением, это приводит к притоку ионов натрия вниз по их электрохимическому градиенту . Ионы натрия попадают в клетку, и они вносят положительный заряд внутренней части клеток, вызывая изменение мембранного потенциала от отрицательного к положительному. Начальный приток ионов натрия запускает открытие дополнительных натриевых каналов ( петля с положительной обратной связью ), что приводит к дальнейшему переносу ионов натрия в клетку и поддержанию процесса деполяризации до тех пор, пока не будет достигнут положительный потенциал равновесия. ^{[ 8 ]}

Натриевые каналы обладают неотъемлемым механизмом инактивации, который побуждает к быстрому оттенку, даже когда мембрана остается деполяризованной. Во время этого равновесия натриевые каналы попадают в инактивированное состояние, временно останавливая приток ионов натрия, пока мембранная потенциал не станет негативно заряженным. После того, как внутренняя часть клетки будет достаточно положительно заряжена, деполяризация завершается, и каналы еще раз закрываются. ^{[ 6 ]}

Реполяризация

После того, как клетка была деполяризована, она претерпевает одно окончательное изменение внутреннего заряда. После деполяризации ионные ионные каналы, управляемые напряжением, которые были открыты, когда клетка снова подвергалась деполяризации. Повышенный положительный заряд в ячейке теперь приводит к открытию каналов калия. Ионы калия (к ⁺) Начните двигаться по электрохимическому градиенту (в пользу градиента концентрации и недавно установленного электрического градиента). Когда калий выходит из клетки, потенциал внутри клетки уменьшается и снова приближается к его потенциалу покоя. Насос натрия калия работает непрерывно на протяжении всего этого процесса. ^{[ 9 ]}

Гиперполяризация

Процесс реполяризации вызывает перерыв в потенциале клетки. Ионы калия продолжают выходить из аксона настолько, что потенциал покоя превышает, и новый потенциал клеток становится более отрицательным, чем потенциал покоя. Потенциал покоя в конечном итоге восстанавливается за счет закрытия всех управляемых напряжением ионных каналов и активности ионного натрия натриевого калиевого ионного насоса. ^{[ 10 ]}

Нейроны

Деполяризация необходима для функций многих клеток в организме человека, что иллюстрируется передачей стимулов как внутри нейрона, так и между двумя нейронами. Прием стимулов, нейронная интеграция этих стимулов и реакция нейрона на стимулы полагаются на способность нейронов использовать деполяризацию для передачи стимулов либо внутри нейрона, либо между нейронами.

Ответ на стимул

Стимулы для нейронов могут быть физическими, электрическими или химическими, и могут либо ингибировать, либо возбуждать стимулируемый нейрона. Ингибирующий стимул передается в дендрит нейрона, вызывая гиперполяризацию нейрона. Гиперполяризация после ингибирующего стимула вызывает дальнейшее снижение напряжения в нейроне ниже потенциала покоя. Гиперполяризацией нейрона ингибирующий стимул приводит к большему отрицательному заряду, который должен быть преодолен для возникновения деполяризации.

Стимулы возбуждения, с другой стороны, увеличивают напряжение в нейроне, что приводит к нейрону, который легче деполяризовать, чем один и тот же нейрон в состоянии покоя. Независимо от того, что он является возбуждающим или ингибирующим, стимул путешествует по дендритам нейрона к телу клеток для интеграции.

Интеграция стимулов

Как только стимулы достигнут тела клеток, нерв должен интегрировать различные стимулы, прежде чем нерв сможет реагировать. Стимулы, которые проходили вниз по дендритам, сходятся в холле аксона , где они суммируются , чтобы определить реакцию нейрона. Если сумма стимулов достигает определенного напряжения, известного как пороговый потенциал , деполяризация продолжается с холма аксона вниз по аксону.

Ответ

Вплеск деполяризации, перемещающийся от холма аксона в терминал аксона, известен как потенциал действия . Потенциалы действия достигают терминала аксона, где потенциал действия запускает высвобождение нейротрансмиттеров из нейрона. Нейротрансмиттеры, высвобождаемые из аксона, продолжают стимулировать другие клетки, такие как другие нейроны или мышечные клетки. После того, как потенциал действия перемещается по аксону нейрона, покоряющий мембранный потенциал аксона должен быть восстановлен, прежде чем другой потенциал действия сможет пройти аксону. Это известно как период восстановления нейрона, в течение которого нейрон не может передавать другой потенциал действия.

Стержневые клетки глаза

Важность и универсальность деполяризации в клетках можно увидеть в взаимосвязи между клетками стержня в глазах и связанными с ними нейронами. Когда клетки стержня находятся в темноте, они деполяризованы. В клетках стержня эта деполяризация поддерживается ионными каналами, которые остаются открытыми из -за более высокого напряжения клетки стержней в деполяризованном состоянии. Ионные каналы позволяют свободно проходить в клетку кальция и натрия, поддерживая деполяризованное состояние. Клетки стержня в деполяризованном состоянии постоянно высвобождают нейротрансмиттеры, которые, в свою очередь, стимулируют нервы, связанные с клетками стержня. Этот цикл сломлен, когда стержневые ячейки подвергаются воздействию света; Поглощение света стержневой клеткой вызывает закрытие каналов, которые облегчали проникновение натрия и кальция в клетку стержня. Когда эти каналы закрываются, клетки стержня продуцируют меньше нейротрансмиттеров, что воспринимается мозгом как увеличение света. Следовательно, в случае стержней и связанных с ними нейронами деполяризация фактически предотвращает достижение сигнала, а не стимулировать передачу сигнала. ^{[ 11 ]}^{[ страница необходима ]}

Сосудистый эндотелий

Эндотелий - это тонкий слой простых плоскоклеточных эпителиальных клеток, которые выращивают внутреннюю часть как крови, так и лимфатических сосудов. Эндотелий, который выдвигает кровеносные сосуды, известен как сосудистый эндотелий, который подвержен и должен противостоять силу кровотока и кровяного давления со стороны сердечно -сосудистой системы. Чтобы противостоять этим сердечно -сосудистым силам, эндотелиальные клетки должны одновременно иметь структуру, способную выдерживать силы кровообращения, в то же время поддерживая определенное уровень пластичности в силе их структуры. Эта пластичность в структурной прочности сосудистого эндотелия необходима для общей функции сердечно -сосудистой системы. Эндотелиальные клетки в кровеносных сосудах могут изменить силу своей структуры для поддержания сосудистого тонуса кровеносного сосуда, который они выстраивают, предотвращают жесткость сосудов и даже помогают регулировать артериальное давление в пределах сердечно -сосудистой системы. Эндотелиальные клетки выполняют эти подвиги, используя деполяризацию, чтобы изменить их структурную прочность. Когда эндотелиальная клетка подвергается деполяризации, результатом является заметное снижение жесткости и структурной силы клетки путем изменения сети волокон, которые обеспечивают эти клетки их структурной поддержкой. Деполяризация в эндотелие сосудов имеет важное значение не только для структурной целостности эндотелиальных клеток, но и для способности сосудистого эндотелия помочь в регуляции тонуса сосудов, профилактике жесткости сосудов и регуляции артериального давления. ^{[ 12 ]}

Сердце

Деполяризация происходит в четырех камерах сердца: сначала как предсердий, а затем оба желудочка.

Синоатриальный (SA) узел на стенке правого предсердия инициирует деполяризацию в правой и левой предсердии, вызывая сокращение, что соответствует волне P на электрокардиограмме.
Узел SA посылает волну деполяризации в атриовентрикулярный (AV) узел, который - примерно с задержкой примерно на 100 мс, чтобы позволить атриории закончить сокращение - затем вызывает сокращение в обоих желудочках, наблюдаемых в волне QRS. В то же время предсердие повторно поляризует и расслабляется.
Желудочки повторно поляризованы и расслаблены на волне.

Этот процесс продолжается регулярно, если только нет проблемы в сердце. ^{[ 13 ]}

Деполяризационные блокаторы

Существуют препараты, называемые деполяризационными блоками , которые вызывают длительную деполяризацию путем открытия каналов, ответственных за деполяризацию, и не позволяя им закрываться, предотвращая реполяризацию. Примеры включают никотиновые агонисты , суксаметоний и декаметоний . ^{[ 14 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} Цукерман, Марвин (31 мая 1991 г.). Психобиология личности . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521359429 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Горсух, Джозеф В. (1 января 1993 г.). Экологическая токсикология и оценка риска: 2 -й объем . ASTM International. ISBN 9780803114852 .
^ Purves, Dale; Августин, Джордж Дж.; Фицпатрик, Дэвид; Кац, Лоуренс С.; Ламантия, Энтони-Самуэль; Макнамара, Джеймс О.; Williams, S. Mark (2001), «Ионная основа покорного мембранного потенциала» , Neuroscience. 2 -е издание , Sinauer Associates , извлечено 18 августа 2024 г.
^ Хризафиды, Стивен М.; Бордс, Стивен Дж.; Шарма, Сандип (2024), «Физиология, потенциал покоя» , Statpearls , Island Treasure (FL): издательство Statpearls, PMID 30855922 , получено 7 марта 2024 г.
^ Пираханчи, Ясаман; Джессу, Ришита; Aeddula, Narothama R. (2024), «Физиология, насос натрия калия» , Statpearls , Остров Сокровища (F): Patpearls Publishing, PMID 30725773 , получен 7 марта 2024 года.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Альбертс, Брюс; Джонсон, Александр; Льюис, Джулиан; Рафф, Мартин; Робертс, Кит; Уолтер, Питер (2002), «Ионные каналы и электрические свойства мембран» , Молекулярная биология клетки. 4 -е издание , Garland Science , получено 7 марта 2024 г.
^ Shah, VN, Chagot, B. & Chazin, WJ (2006). Кальций-зависимая регуляция ионных каналов. Белки связывания кальция, 1 (4), 203–212.
^ Гридер, Майкл Х.; Джессу, Ришита; Kabir, Rian (2024), «Физиология, потенциал действий» , Statpearls , Island Treasure (FL): Statpearls Publishing, PMID 30844170 , получен 7 марта 2024 года.
^ Lodish, h; Берк, а; Кайзер, C; Кригер, м; Бретсчер, а; Плоэг, ч; Амон, А (2000). Молекулярная клеточная биология (7 -е изд.). Нью -Йорк, Нью -Йорк: WH Freeman and Company. с. 1021 –1022, 1025, 1045. ISBN 978-0-7167-3136-8 .
^ Солтерс-НУФФИЛД ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ БИОЛОГИЯ ДЛЯ ЭДЕКСЕЛА A2 BIOLOGION. Pearson Wducation, Анжела Холл, 2009, ISBN 9781408205914
^ Lodish, h; Берк, а; Кайзер, C; Кригер, м; Бретсчер, а; Плоэг, ч; Амон, А (2000). Молекулярная клеточная биология (7 -е изд.). Нью -Йорк, Нью -Йорк: WH Freeman and Company. С. 695 . ISBN 978-0-7167-3136-8 .
^ Callies, c; Fels, J; Лиашкович, я; Кличе, К; Jeggle, P; Kusche-Vihrog, K; Oberleithner, H (1 июня 2011 г.). «Деполяризация мембранного потенциала уменьшает жесткость эндотелиальных клеток сосудов» . Журнал сотовой науки . 124 (11): 1936–1942. doi : 10.1242/jcs.084657 . PMID 21558418 .
^ Mareb, En, & Hohn, K. (2014). После анатомии и фиологии. Святой Франциск, Калифорния: Pearson Education Inc.
^ Rang, HP (2003). Фармакология . Эдинбург: Черчилль Ливингстон. ISBN 978-0-443-07145-4 Полем Страница 149

Дальнейшее чтение

Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, et al., Eds. (2001). Нейробиология (2. Эд.). Sunderland, Mass: Sinauer Assoc. ISBN 978-0-87893-742-4 .

Внешние ссылки

«Деполяризация (анимация)» . Отдел психологии, Ганноверский колледж . Получено 18 мая 2013 года .

[Zuckerman-1] Jump up to: ^а ^{беременный} Цукерман, Марвин (31 мая 1991 г.). Психобиология личности . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521359429 .

[Gorsuch-2] Jump up to: ^а ^{беременный} Горсух, Джозеф В. (1 января 1993 г.). Экологическая токсикология и оценка риска: 2 -й объем . ASTM International. ISBN 9780803114852 .

[3] Purves, Dale; Августин, Джордж Дж.; Фицпатрик, Дэвид; Кац, Лоуренс С.; Ламантия, Энтони-Самуэль; Макнамара, Джеймс О.; Williams, S. Mark (2001), «Ионная основа покорного мембранного потенциала» , Neuroscience. 2 -е издание , Sinauer Associates , извлечено 18 августа 2024 г.

[4] Хризафиды, Стивен М.; Бордс, Стивен Дж.; Шарма, Сандип (2024), «Физиология, потенциал покоя» , Statpearls , Island Treasure (FL): издательство Statpearls, PMID 30855922 , получено 7 марта 2024 г.

[5] Пираханчи, Ясаман; Джессу, Ришита; Aeddula, Narothama R. (2024), «Физиология, насос натрия калия» , Statpearls , Остров Сокровища (F): Patpearls Publishing, PMID 30725773 , получен 7 марта 2024 года.

[Alberts-6] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Альбертс, Брюс; Джонсон, Александр; Льюис, Джулиан; Рафф, Мартин; Робертс, Кит; Уолтер, Питер (2002), «Ионные каналы и электрические свойства мембран» , Молекулярная биология клетки. 4 -е издание , Garland Science , получено 7 марта 2024 г.

[7] Shah, VN, Chagot, B. & Chazin, WJ (2006). Кальций-зависимая регуляция ионных каналов. Белки связывания кальция, 1 (4), 203–212.

[8] Гридер, Майкл Х.; Джессу, Ришита; Kabir, Rian (2024), «Физиология, потенциал действий» , Statpearls , Island Treasure (FL): Statpearls Publishing, PMID 30844170 , получен 7 марта 2024 года.

[9] Lodish, h; Берк, а; Кайзер, C; Кригер, м; Бретсчер, а; Плоэг, ч; Амон, А (2000). Молекулярная клеточная биология (7 -е изд.). Нью -Йорк, Нью -Йорк: WH Freeman and Company. с. 1021 –1022, 1025, 1045. ISBN 978-0-7167-3136-8 .

[10] Солтерс-НУФФИЛД ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ БИОЛОГИЯ ДЛЯ ЭДЕКСЕЛА A2 BIOLOGION. Pearson Wducation, Анжела Холл, 2009, ISBN 9781408205914

[11] Lodish, h; Берк, а; Кайзер, C; Кригер, м; Бретсчер, а; Плоэг, ч; Амон, А (2000). Молекулярная клеточная биология (7 -е изд.). Нью -Йорк, Нью -Йорк: WH Freeman and Company. С. 695 . ISBN 978-0-7167-3136-8 .

[12] Callies, c; Fels, J; Лиашкович, я; Кличе, К; Jeggle, P; Kusche-Vihrog, K; Oberleithner, H (1 июня 2011 г.). «Деполяризация мембранного потенциала уменьшает жесткость эндотелиальных клеток сосудов» . Журнал сотовой науки . 124 (11): 1936–1942. doi : 10.1242/jcs.084657 . PMID 21558418 .

[13] Mareb, En, & Hohn, K. (2014). После анатомии и фиологии. Святой Франциск, Калифорния: Pearson Education Inc.

[Rang149-14] Rang, HP (2003). Фармакология . Эдинбург: Черчилль Ливингстон. ISBN 978-0-443-07145-4 Полем Страница 149

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]