Depolarizáció és a sejtmembrán repolarizációja

Idegsejtek nyugalmi állapotukban elektromos töltésük van membránok: a cella külseje pozitív töltésű, a cella belseje pedig negatív töltésű. A depolarizáció akkor következik be, amikor az idegsejt megfordítja ezeket a töltéseket; hogy visszaváltoztassák őket nyugalmi állapotba, a idegsejt újabb elektromos jelet küld. A teljes folyamat akkor következik be, amikor a cella lehetővé teszi, hogy bizonyos ionok beáramljanak a cellába és onnan.

A polarizáció ellentétes elektromos töltések megléte a sejtmembrán mindkét oldalán. Az agysejtekben a belseje negatívan töltődik fel, a külső pedig pozitívan töltődik fel. Legalább három elemre van szükség ennek lehetővé tételéhez. Először is, a sejtnek olyan molekulákra van szüksége, mint a sók és savak, amelyek elektromos töltéssel rendelkeznek. Másodszor, a sejtnek szüksége van egy membránra, amely nem engedi szabadon áthaladni az elektromosan töltött molekulákat. Egy ilyen membrán a töltések elválasztására szolgál. Harmadszor, a sejteknek fehérjepumpákkal kell rendelkezniük a membránban, amelyek az elektromosan töltött molekulákat át tudják mozgatni az egyik oldalra, az egyik típusú molekulákat ezen az oldalon, a másikakat a másik oldalon tárolják.

Egy sejt polarizálódik, ha különböző típusú elektromosan töltött molekulákat mozgat és tárol membránjának különböző oldalán. Az elektromosan töltött molekulát an-nak nevezzük ion. A neuronok kiszivattyúzzák magukból a nátriumionokat, miközben behozzák a káliumionokat. Nyugalmi állapotban - amikor a sejt nem küld elektromos jelet más sejteknek - egy idegsejtnek körülbelül 30-szor több nátrium-ionja van a külsején, mint belül; az ellenkezője vonatkozik a káliumionokra. A sejt belsejében találhatók szerves savaknak nevezett molekulák is. Ezekben a savakban negatív töltések vannak, így hozzáadódnak a sejt belsejében lévő negatív töltéshez.

Az idegsejt úgy kommunikál egy másik idegsejttel, hogy elektromos jelet küld az ujjbegyére, ami az ujjbegyek kémiai anyagokat bocsát ki, amelyek stimulálják a szomszédos sejtet. A posztszinaptikus potenciálként ismert, ez az elektromos jel és a potenciál típusa meghatározza a membrán fokozatos depolarizációját. Ha elég nagy, akciópotenciált vált ki. Akciópotenciál akkor következik be, amikor az idegsejt fehérje csatornákat nyit meg membránjában. Ezek a csatornák lehetővé teszik a nátriumionok áramlását a sejten kívülről a sejtbe. A nátrium hirtelen beáramlása a sejtbe negatívról pozitívra változtatja a sejt belsejében lévő elektromos töltést, amely a külsőt is pozitívról negatívra változtatja. A teljes depolarizáció-repolarizáció esemény körülbelül 2 milliszekundum alatt megy végbe, lehetővé téve az idegsejtek számára, hogy gyors törésekben akciós potenciált lőjenek, lehetővé téve az idegsejtek kommunikációját.

Új akciópotenciál csak akkor következhet be, ha az idegsejt membránján a megfelelő elektromos töltés helyreáll. Ez azt jelenti, hogy a sejt belsejének negatívnak kell lennie, míg a külsejének pozitívnak kell lennie. Egy sejt helyreállítja ezt az állapotot, vagy újrapolarizálja önmagát azáltal, hogy bekapcsolja a fehérje szivattyút a membránjában. Ezt a szivattyút nátrium-kálium pumpának hívják. Minden három nátriumion után kiszivattyúzódik egy sejtből, két káliumot. A szivattyúk ezt addig csinálják, amíg el nem érik a cellában a megfelelő töltést.