Depolarisatie en repolarisatie van het celmembraan

Zenuwcellen in rust hebben een elektrische lading over hun membranen: de buitenkant van de cel is positief geladen en de binnenkant van de cel is negatief geladen. Depolarisatie treedt op wanneer de zenuwcel deze ladingen omkeert; om ze terug te zetten naar een rusttoestand, de neuron stuurt een ander elektrisch signaal. Het hele proces vindt plaats wanneer de cel specifieke ionen in en uit de cel laat stromen.

Polarisatie is het bestaan ​​van tegengestelde elektrische ladingen aan weerszijden van een celmembraan. In hersencellen is de binnenkant negatief geladen en de buitenkant positief. Om dit mogelijk te maken zijn minimaal drie elementen nodig. Ten eerste heeft de cel moleculen nodig, zoals zouten en zuren, die elektrische ladingen hebben. Ten tweede heeft de cel een membraan nodig dat elektrisch geladen moleculen niet vrij doorlaat. Een dergelijk membraan dient om ladingen te scheiden. Ten derde moeten de cellen eiwitpompen in het membraan hebben die elektrisch geladen moleculen naar de ene kant kunnen verplaatsen, waarbij een type molecuul aan deze kant en een ander type aan de andere kant wordt opgeslagen.

Een cel wordt gepolariseerd door verschillende soorten elektrisch geladen moleculen aan verschillende kanten van het membraan te verplaatsen en op te slaan. Een elektrisch geladen molecuul heet an ion. Neuronen pompen natriumionen uit zichzelf, terwijl ze kaliumionen naar binnen brengen. In rust – wanneer de cel geen elektrisch signaal naar andere cellen stuurt – heeft een neuron aan de buitenkant ongeveer 30 keer meer natriumionen dan aan de binnenkant; het tegenovergestelde geldt voor kaliumionen. De binnenkant van de cel bevat ook moleculen die organische zuren worden genoemd. Deze zuren hebben een negatieve lading, dus ze dragen bij aan de negatieve lading in de cel.

Een neuron communiceert met een ander neuron door een elektrisch signaal naar zijn vingertoppen te sturen, waardoor de vingertoppen chemicaliën afgeven die een naburige cel stimuleren. Bekend als postsynaptische potentiaal, definieert dit elektrische signaal en type potentiaal een geleidelijke depolarisatie van het membraan. Als het groot genoeg is, zal het een actiepotentiaal veroorzaken. Actiepotentialen vinden plaats wanneer het neuron eiwitkanalen in zijn membraan opent. Deze kanalen zorgen ervoor dat natriumionen van buiten de cel de cel in kunnen stromen. De plotselinge stroom van natrium in de cel verandert de elektrische lading in de cel van negatief in positief, wat ook de buitenkant verandert van positief in negatief. De hele depolarisatie-naar-repolarisatie-gebeurtenis vindt plaats in ongeveer 2 milliseconden, waardoor neuronen actiepotentiaal kunnen afvuren in snelle bursts, wat neuronale communicatie mogelijk maakt.

Een nieuwe actiepotentiaal kan pas plaatsvinden als de juiste elektrische lading over het membraan van het neuron is hersteld. Dit betekent dat de binnenkant van de cel negatief moet zijn, terwijl de buitenkant positief moet zijn. Een cel herstelt deze toestand, of repolariseert zichzelf, door een eiwitpomp in zijn membraan aan te zetten. Deze pomp wordt de natrium-kaliumpomp genoemd. Voor elke drie natriumionen die het uit een cel pompt, pompt het er twee kaliumionen in. De pompen doen dit totdat de juiste lading in een cel is bereikt.