Depolaryzacja i repolaryzacja błony komórkowej

Komórki nerwowe w spoczynku mają ładunek elektryczny na swoim membrany: zewnętrzna część ogniwa jest naładowana dodatnio, a wnętrze ogniwa jest naładowane ujemnie. Depolaryzacja następuje, gdy komórka nerwowa odwraca te ładunki; aby przywrócić je do stanu spoczynku, neuron wysyła kolejny sygnał elektryczny. Cały proces zachodzi, gdy komórka umożliwia przepływ określonych jonów do iz komórki.

Polaryzacja to istnienie przeciwnych ładunków elektrycznych po obu stronach błony komórkowej. W komórkach mózgowych wnętrze jest naładowane ujemnie, a na zewnątrz dodatnio. Aby było to możliwe, potrzebne są co najmniej trzy elementy. Po pierwsze, komórka potrzebuje cząsteczek, takich jak sole i kwasy, które mają na sobie ładunki elektryczne. Po drugie, komórka potrzebuje membrany, która nie pozwoli swobodnie przechodzić przez nią naładowanym elektrycznie cząsteczkom. Taka membrana służy do oddzielania ładunków. Po trzecie, komórki muszą mieć pompy białkowe w błonie, które mogą przenosić naładowane elektrycznie cząsteczki na jedną stronę, przechowując jeden rodzaj cząsteczki po tej stronie, a drugi po drugiej.

Komórka zostaje spolaryzowana poprzez przemieszczanie i przechowywanie różnych typów naładowanych elektrycznie cząsteczek po różnych stronach jej błony. Naładowana elektrycznie cząsteczka nazywa się an jon. Neurony wypompowują z siebie jony sodu, jednocześnie wprowadzając jony potasu. W spoczynku – gdy komórka nie wysyła sygnału elektrycznego do innych komórek – neuron ma około 30 razy więcej jonów sodu na zewnątrz niż wewnątrz; przeciwnie dotyczy jonów potasu. Wewnątrz komórki znajdują się również cząsteczki zwane kwasami organicznymi. Kwasy te mają na sobie ładunki ujemne, więc dodają do ładunku ujemnego wewnątrz komórki.

Neuron komunikuje się z innym neuronem, wysyłając sygnał elektryczny do jego opuszków palców, co powoduje, że opuszki palców uwalniają substancje chemiczne stymulujące sąsiednią komórkę. Znany jako potencjał postsynaptyczny, ten sygnał elektryczny i typ potencjału określa stopniową depolaryzację błony. Jeśli jest wystarczająco duży, wyzwoli potencjał czynnościowy. Potencjały czynnościowe powstają, gdy neuron otwiera kanały białkowe w swojej błonie. Kanały te umożliwiają przepływ jonów sodu z zewnątrz komórki do komórki. Nagły przepływ sodu do komórki zmienia ładunek elektryczny wewnątrz komórki z ujemnego na dodatni, co zmienia również ładunek elektryczny na zewnątrz z dodatniego na ujemny. Całe zdarzenie depolaryzacji do repolaryzacji odbywa się w ciągu około 2 milisekund, umożliwiając neuronom wystrzelenie potencjału czynnościowego w szybkich wybuchach umożliwiających komunikację neuronową.

Nowy potencjał czynnościowy nie może zaistnieć, dopóki nie zostanie przywrócony prawidłowy ładunek elektryczny w błonie neuronu. Oznacza to, że wnętrze komórki musi być negatywne, a na zewnątrz pozytywne. Komórka przywraca ten stan lub sama się repolaryzuje, włączając pompę białkową w swojej błonie. Ta pompa nazywa się pompą sodowo-potasową. Na każde trzy jony sodu, które wypompowuje z komórki, pompuje dwa jony potasu. Pompy robią to aż do osiągnięcia właściwego ładunku wewnątrz ogniwa.