Rakumembraani depolarisatsioon ja repolarisatsioon

Närvirakud puhkeseisundis on kogu nende elektrilaeng membraanid: raku väliskülg on positiivselt laetud ja raku sisekülg on negatiivselt laetud. Depolarisatsioon toimub siis, kui närvirakk muudab need laengud vastupidiseks; nende muutmiseks tagasi puhkeseisundisse, neuron saadab teise elektrisignaali. Kogu protsess toimub siis, kui rakk laseb spetsiifilistel ioonidel rakku sisse ja välja voolata.

Polarisatsioon on rakumembraani mõlemal küljel vastupidiste elektrilaengute olemasolu. Ajurakkudes on seestpoolt negatiivselt laetud ja väljast positiivselt laetud. Selle võimaldamiseks on vaja vähemalt kolme elementi. Esiteks vajab rakk selliseid molekule nagu soolad ja happed, millel on elektrilaengud. Teiseks vajab rakk membraani, mis ei lase elektriliselt laetud molekulidel sellest vabalt läbi minna. Selline membraan on mõeldud laengute eraldamiseks. Kolmandaks peab rakkudel olema membraanis valgupumbad, mis suudavad elektriliselt laetud molekule ühele poole liigutada, hoides ühte tüüpi molekule sellel küljel ja teist tüüpi teisel küljel.

Rakk muutub polariseeritavaks, liigutades ja ladustades oma membraani erinevatele külgedele erinevat tüüpi elektrilaenguga molekule. Elektriliselt laetud molekuli nimetatakse aniks ioon. Neuronid pumpavad naatriumioone endast välja, samal ajal toovad sisse kaaliumiioonid. Puhkeolekus - kui rakk ei saada teistele rakkudele elektrisignaali - on neuroni välisküljel umbes 30 korda rohkem naatriumioone kui sees; vastupidine kehtib kaaliumiioonide kohta. Raku sisekülg sisaldab ka molekule, mida nimetatakse orgaanilisteks hapeteks. Nendel hapetel on negatiivsed laengud, mistõttu nad lisavad raku sees olevale negatiivsele laengule.

Neuron suhtleb teise neuroniga, saates selle sõrmeotstesse elektrisignaali, mis põhjustab sõrmeotstest naaberrakku stimuleerivaid kemikaale. Tuntud kui postsünaptiline potentsiaal, määratleb see elektriline signaal ja potentsiaali tüüp membraani astmelise depolarisatsiooni. Kui see on piisavalt suur, käivitab see tegevuspotentsiaali. Aktiivsed potentsiaalid tekivad siis, kui neuron avab oma membraanis valgukanalid. Need kanalid võimaldavad naatriumioonidel voolata rakust väljastpoolt rakku. Naatriumi järsk tungimine rakku muudab raku sees oleva elektrilaengu negatiivsest positiivseks, mis muudab ka väliskülje positiivsest negatiivseks. Kogu depolarisatsioon repolarisatsiooni sündmus toimub umbes 2 millisekundi jooksul, mis võimaldab neuronitel kiiretel pursketel aktiveerida potentsiaali, võimaldades neuronite kommunikatsiooni.

Uus toimepotentsiaal ei saa toimuda enne, kui neuroni membraani korralik elektrilaeng on taastatud. See tähendab, et raku sisemus peab olema negatiivne, välimine aga positiivne. Rakk taastab selle oleku või repolariseerib end, lülitades oma membraanis sisse valgupumba. Seda pumpa nimetatakse naatrium-kaaliumpumbaks. Iga kolme naatriumiooni kohta pumbatakse see rakust välja, pumbatakse sisse kaks kaaliumi. Pumbad teevad seda seni, kuni raku sees on saavutatud õige laeng.