Αποπόλωση & επαναπόλωση της κυτταρικής μεμβράνης

Νευρικά κύτταρα σε κατάσταση ηρεμίας έχουν ηλεκτρικό φορτίο σε όλη τους μεμβράνες: το εξωτερικό του κελιού φορτίζεται θετικά και το εσωτερικό του κελιού φορτίζεται αρνητικά. Η αποπόλωση εμφανίζεται όταν το νευρικό κύτταρο αντιστρέφει αυτά τα φορτία. για να τα αλλάξετε σε κατάσταση ηρεμίας, το νευρώνας στέλνει ένα άλλο ηλεκτρικό σήμα. Ολόκληρη η διαδικασία συμβαίνει όταν το κελί επιτρέπει σε συγκεκριμένα ιόντα να ρέουν μέσα και έξω από το κελί.

Η πόλωση είναι η ύπαρξη αντίθετων ηλεκτρικών φορτίων και στις δύο πλευρές μιας κυτταρικής μεμβράνης. Στα εγκεφαλικά κύτταρα, το εσωτερικό φορτίζεται αρνητικά και το εξωτερικό φορτίζεται θετικά. Απαιτούνται τουλάχιστον τρία στοιχεία για να γίνει αυτό δυνατό. Πρώτον, το κύτταρο χρειάζεται μόρια όπως άλατα και οξέα, τα οποία έχουν ηλεκτρικά φορτία σε αυτά. Δεύτερον, το κύτταρο χρειάζεται μια μεμβράνη που δεν θα αφήσει τα ηλεκτρικά φορτισμένα μόρια να περάσουν ελεύθερα από αυτήν. Μια τέτοια μεμβράνη χρησιμεύει στον διαχωρισμό των φορτίων. Τρίτον, τα κύτταρα πρέπει να έχουν αντλίες πρωτεΐνης στη μεμβράνη που μπορούν να μετακινούν ηλεκτρικά φορτισμένα μόρια στη μία πλευρά, αποθηκεύοντας έναν τύπο μορίου σε αυτήν την πλευρά και έναν άλλο τύπο στην άλλη πλευρά.

Ένα κύτταρο γίνεται πολωμένο μετακινώντας και αποθηκεύοντας διαφορετικούς τύπους ηλεκτρικά φορτισμένων μορίων σε διαφορετικές πλευρές της μεμβράνης του. Ένα ηλεκτρικά φορτισμένο μόριο ονομάζεται ιόν. Οι νευρώνες αντλούν ιόντα νατρίου από τον εαυτό τους, ενώ φέρνουν ιόντα καλίου. Σε κατάσταση ηρεμίας - όταν το κύτταρο δεν στέλνει ηλεκτρικό σήμα σε άλλα κύτταρα - ένας νευρώνας έχει περίπου 30 φορές περισσότερα ιόντα νατρίου στο εξωτερικό του από το εσωτερικό. το αντίθετο ισχύει για τα ιόντα καλίου. Το εσωτερικό του κυττάρου περιέχει επίσης μόρια που ονομάζονται οργανικά οξέα. Αυτά τα οξέα έχουν αρνητικά φορτία πάνω τους, έτσι προσθέτουν στο αρνητικό φορτίο μέσα στο κελί.

Ένας νευρώνας επικοινωνεί με έναν άλλο νευρώνα στέλνοντας ένα ηλεκτρικό σήμα στις άκρες των δακτύλων του, το οποίο αναγκάζει τις άκρες των δακτύλων να απελευθερώσουν χημικές ουσίες που διεγείρουν ένα γειτονικό κύτταρο. Γνωστό ως μετασυναπτικό δυναμικό, αυτό το ηλεκτρικό σήμα και ο τύπος δυναμικού καθορίζει μια βαθμιαία αποπόλωση της μεμβράνης. Εάν είναι αρκετά μεγάλο, θα ενεργοποιήσει ένα δυναμικό δράσης. Τα δυναμικά δράσης συμβαίνουν όταν ο νευρώνας ανοίγει πρωτεϊνικά κανάλια στη μεμβράνη του. Αυτά τα κανάλια επιτρέπουν στα ιόντα νατρίου να ρέουν έξω από το κύτταρο μέσα στο κύτταρο. Η ξαφνική εισροή νατρίου στο κύτταρο αλλάζει το ηλεκτρικό φορτίο στο εσωτερικό του κυττάρου από αρνητικό σε θετικό, το οποίο επίσης αλλάζει το εξωτερικό από θετικό σε αρνητικό. Ολόκληρο το συμβάν αποπόλωσης-προς-επαναπόλωση συμβαίνει σε περίπου 2 χιλιοστά του δευτερολέπτου, επιτρέποντας στους νευρώνες να πυροδοτούν το δυναμικό δράσης σε γρήγορες εκρήξεις που επιτρέπουν τη νευρωνική επικοινωνία.

Ένα νέο δυναμικό δράσης δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί έως ότου αποκατασταθεί το κατάλληλο ηλεκτρικό φορτίο κατά μήκος της μεμβράνης του νευρώνα. Αυτό σημαίνει ότι το εσωτερικό του κυττάρου πρέπει να είναι αρνητικό, ενώ το εξωτερικό πρέπει να είναι θετικό. Ένα κύτταρο αποκαθιστά αυτήν την κατάσταση ή επαναπολώνεται, ενεργοποιώντας μια αντλία πρωτεΐνης στη μεμβράνη του. Αυτή η αντλία ονομάζεται αντλία νατρίου-καλίου. Για κάθε τρία ιόντα νατρίου αντλεί από ένα κελί, αντλεί σε δύο κάλιο. Οι αντλίες το κάνουν αυτό έως ότου επιτευχθεί το κατάλληλο φορτίο μέσα σε ένα κελί.