Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В биологии , деполяризации (британский английский: деполяризации) является изменение в пределах ячейки , в течение которого клетка претерпевает сдвиг электрического заряда распределения, в результате чего меньше отрицательного заряда внутри клетки. Деполяризация необходима для функционирования многих клеток, связи между клетками и общей физиологии организма.

Потенциал действия в нейроне , показывающий деполяризацию, при которой внутренний заряд клетки становится менее отрицательным (более положительным), и реполяризацию, когда внутренний заряд возвращается к более отрицательному значению.

Большинство клеток высших организмов поддерживают внутреннюю среду, которая заряжена отрицательно по сравнению с внешней частью клетки. Эта разница в заряде называется мембранным потенциалом клетки . В процессе деполяризации отрицательный внутренний заряд клетки временно становится более положительным (менее отрицательным). Этот сдвиг от отрицательного к более положительному мембранному потенциалу происходит во время нескольких процессов, включая потенциал действия . Во время потенциала действия деполяризация настолько велика, что разность потенциалов на клеточной мембране на короткое время меняет полярность на противоположную, при этом внутренняя часть клетки становится положительно заряженной.

Изменение заряда обычно происходит из-за притока ионов натрия в клетку, хотя оно может быть опосредовано притоком любого вида катиона или оттоком любого вида аниона . Противоположность деполяризации называется гиперполяризацией .

Использование термина «деполяризация» в биологии отличается от его использования в физике, где он вместо этого относится к ситуациям, в которых любая форма полярности (  т.е. наличие любого электрического заряда, положительного или отрицательного) изменяется до нулевого значения.

Деполяризацию иногда называют «гипополяризацией». [1] [2]

Физиология [ править ]

Процесс деполяризации полностью зависит от внутренней электрической природы большинства клеток. Когда клетка находится в состоянии покоя, клетка поддерживает так называемый потенциал покоя . Потенциал покоя, создаваемый почти всеми ячейками, приводит к тому, что внутренняя часть ячейки имеет отрицательный заряд по сравнению с внешней частью ячейки. Чтобы поддерживать этот электрический дисбаланс, микроскопические положительно и отрицательно заряженные частицы, называемые ионами , переносятся через плазматическую мембрану клетки. Транспорт ионов через плазматическую мембрану осуществляется через несколько различных типов трансмембранных белков, встроенных в плазматическую мембрану клетки, которые функционируют как пути для ионов как внутрь, так и из клетки, такие как ионные каналы ,натриево-калиевые насосы и потенциалзависимые ионные каналы .

Потенциал отдыха [ править ]

Перед деполяризацией клетки необходимо установить потенциал покоя. Существует множество механизмов, с помощью которых клетка может установить потенциал покоя, однако существует типичный образец генерирования этого потенциала покоя, которому следуют многие клетки. В ячейке используются ионные каналы, ионные насосы и управляемые по напряжению ионные каналы для создания отрицательного потенциала покоя внутри ячейки. Однако процесс генерации потенциала покоя внутри клетки также создает среду вне клетки, которая способствует деполяризации. Насос калия натрия в значительной степени ответственна за оптимизации условий как на внутренней и внешней части ячейки для деполяризации. Накачивая три положительно заряженных иона натрия (Na +) из ячейки на каждые два положительно заряженных иона калия (K + ), закачанных в ячейку, устанавливается не только потенциал покоя ячейки, но и неблагоприятный градиент концентрациисоздается за счет увеличения концентрации натрия вне клетки и увеличения концентрации калия внутри клетки. Несмотря на то, что в клетке имеется избыточное количество калия и натрия вне клетки, генерируемый потенциал покоя удерживает потенциал-зависимые ионные каналы в плазматической мембране закрытыми, предотвращая диффузию ионов, которые были накачаны через плазматическую мембрану, в область. более низкой концентрации. Кроме того, несмотря на высокую концентрацию положительно заряженных ионов калия, большинство клеток содержат внутренние компоненты (отрицательного заряда), которые накапливаются, чтобы установить отрицательный внутренний заряд.

Деполяризация [ править ]

Напряжение-управляемые натриевые каналы . Открытый канал (вверху) несет приток ионов Na + , вызывая деполяризацию. Когда канал становится закрытым / инактивированным (внизу) , деполяризация заканчивается.

После того, как клетка установила потенциал покоя, эта клетка обладает способностью подвергаться деполяризации. Во время деполяризации мембранный потенциал быстро меняется с отрицательного на положительный. Чтобы это быстрое изменение произошло внутри клетки, на плазматической мембране клетки должны произойти несколько событий. Пока натрий-калиевый насос продолжает работать, потенциалзависимые натриевые и кальциевые каналыкоторые были закрыты, пока ячейка находилась в состоянии покоя, открываются в ответ на начальное изменение напряжения. Когда ионы натрия устремляются обратно в клетку, они добавляют положительный заряд внутрь клетки и изменяют мембранный потенциал с отрицательного на положительный. Как только внутренняя часть клетки становится более заряженной, деполяризация клетки завершается, и каналы снова закрываются.

Реполяризация [ править ]

После того, как клетка деполяризована, она подвергается окончательному изменению внутреннего заряда. После деполяризации потенциалзависимые каналы ионов натрия, которые были открыты, пока клетка подвергалась деполяризации, снова закрываются. Увеличенный положительный заряд внутри клетки теперь вызывает открытие калиевых каналов. Ионы калия (K + ) начинают двигаться вниз по электрохимическому градиенту (в пользу градиента концентрации и вновь установленного электрического градиента). По мере того, как калий выходит из клетки, потенциал внутри клетки уменьшается и снова приближается к своему потенциалу покоя. Насос натрий-калий работает непрерывно на протяжении всего этого процесса. [3]

Гиперполяризация [ править ]

Процесс реполяризации вызывает выброс потенциала клетки. Ионы калия продолжают выходить из аксона настолько, что потенциал покоя превышается, и новый потенциал клетки становится более отрицательным, чем потенциал покоя. Потенциал покоя в конечном итоге восстанавливается за счет закрытия всех потенциалзависимых ионных каналов и активности натрий-калиевого ионного насоса. [4]

Нейроны [ править ]

Структура нейрона

Деполяризация важна для функций многих клеток человеческого тела, примером чего является передача стимулов как внутри нейрона, так и между двумя нейронами. Прием стимулов, нейронная интеграция этих стимулов и реакция нейрона на стимулы - все это зависит от способности нейронов использовать деполяризацию для передачи стимулов внутри нейрона или между нейронами.

Ответ на стимул [ править ]

Стимулы нейронов могут быть физическими, электрическими или химическими и могут либо подавлять, либо возбуждать стимулируемый нейрон. Тормозной стимул передается дендриту нейрона, вызывая гиперполяризацию нейрона. Гиперполяризация после тормозящего стимула вызывает дальнейшее снижение напряжения внутри нейрона ниже потенциала покоя. При гиперполяризации нейрона тормозящий стимул приводит к большему отрицательному заряду, который необходимо преодолеть, чтобы произошла деполяризация. С другой стороны, стимулы возбуждения увеличивают напряжение в нейроне, что приводит к тому, что нейрон легче деполяризуется, чем тот же нейрон в состоянии покоя. Независимо от того, является ли он возбуждающим или тормозящим, стимул перемещается вниз по дендритам нейрона к телу клетки для интеграции.

Интеграция стимулов [ править ]

Суммирование раздражителей на бугорке аксона

Как только стимулы достигли тела клетки, нерв должен интегрировать различные стимулы, прежде чем нерв сможет ответить. Стимулы, которые прошли вниз по дендритам, сходятся в холмике аксона , где они суммируются, чтобы определить ответ нейрона. Если сумма стимулов достигает определенного напряжения, известного как пороговый потенциал , деполяризация продолжается от холмика аксона вниз по аксону.

Ответ [ править ]

Всплеск деполяризации, идущий от бугорка аксона к окончанию аксона, известен как потенциал действия . Потенциалы действия достигают конца аксона, где потенциал действия запускает высвобождение нейротрансмиттеров из нейрона. Нейромедиаторы, которые высвобождаются из аксона, продолжают стимулировать другие клетки, такие как другие нейроны или мышечные клетки. После того, как потенциал действия проходит вниз по аксону нейрона, мембранный потенциал покоя аксона должен быть восстановлен, прежде чем другой потенциал действия сможет перемещаться по аксону. Это известно как период восстановления нейрона, в течение которого нейрон не может передавать другой потенциал действия.

Стержневые клетки глаза [ править ]

Важность и универсальность деполяризации внутри клеток можно увидеть во взаимосвязи между стержневыми клетками.в глазу и связанных с ними нейронах. Когда стержневые клетки находятся в темноте, они деполяризованы. В стержневых ячейках эта деполяризация поддерживается ионными каналами, которые остаются открытыми из-за более высокого напряжения стержневой ячейки в деполяризованном состоянии. Ионные каналы позволяют кальцию и натрию свободно проходить в клетку, поддерживая деполяризованное состояние. Клетки-палочки в деполяризованном состоянии постоянно выделяют нейротрансмиттеры, которые, в свою очередь, стимулируют нервы, связанные с клетками-палочками. Этот цикл нарушается, когда стержневые клетки подвергаются воздействию света; поглощение света стержневой ячейкой вызывает закрытие каналов, которые способствовали поступлению натрия и кальция в стержневую ячейку. Когда эти каналы закрываются, стержневые клетки производят меньше нейротрансмиттеров, что воспринимается мозгом как увеличение количества света. Следовательно,в случае стержневых клеток и связанных с ними нейронов деполяризация фактически предотвращает попадание сигнала в мозг, а не стимулирует передачу сигнала.[5] [ необходима страница ]

Эндотелий сосудов [ править ]

Эндотелийпредставляет собой тонкий слой простых плоских эпителиальных клеток, выстилающих внутреннюю часть кровеносных и лимфатических сосудов. Эндотелий, выстилающий кровеносные сосуды, известен как эндотелий сосудов, который подвержен и должен выдерживать силы кровотока и артериального давления со стороны сердечно-сосудистой системы. Чтобы противостоять этим сердечно-сосудистым силам, эндотелиальные клетки должны одновременно иметь структуру, способную противостоять силам кровообращения, а также сохранять определенный уровень пластичности прочности своей структуры. Эта пластичность структурной прочности эндотелия сосудов имеет важное значение для общей функции сердечно-сосудистой системы. Эндотелиальные клетки внутри кровеносных сосудов могут изменять прочность своей структуры, чтобы поддерживать тонус кровеносных сосудов, которые они выстилают, предотвращать жесткость сосудов,и даже помогают регулировать кровяное давление в сердечно-сосудистой системе. Эндотелиальные клетки достигают этих целей, используя деполяризацию для изменения своей структурной прочности. Когда эндотелиальная клетка подвергается деполяризации, результатом является заметное снижение жесткости и структурной прочности клетки за счет изменения сети волокон, которые обеспечивают этим клеткам их структурную поддержку. Деполяризация эндотелия сосудов важна не только для структурной целостности эндотелиальных клеток, но и для способности эндотелия сосудов помогать в регулировании сосудистого тонуса, предотвращении жесткости сосудов и регуляции артериального давления.Когда эндотелиальная клетка подвергается деполяризации, результатом является заметное снижение жесткости и структурной прочности клетки за счет изменения сети волокон, которые обеспечивают этим клеткам их структурную поддержку. Деполяризация эндотелия сосудов важна не только для структурной целостности эндотелиальных клеток, но и для способности эндотелия сосудов помогать в регулировании сосудистого тонуса, предотвращении жесткости сосудов и регуляции артериального давления.Когда эндотелиальная клетка подвергается деполяризации, результатом является заметное снижение жесткости и структурной прочности клетки за счет изменения сети волокон, которые обеспечивают этим клеткам их структурную поддержку. Деполяризация эндотелия сосудов важна не только для структурной целостности эндотелиальных клеток, но и для способности эндотелия сосудов помогать в регулировании сосудистого тонуса, предотвращении жесткости сосудов и регуляции артериального давления.но также и способности эндотелия сосудов помогать регулировать тонус сосудов, предотвращать жесткость сосудов и регулировать кровяное давление.но также и способности эндотелия сосудов помогать регулировать тонус сосудов, предотвращать жесткость сосудов и регулировать кровяное давление.[6]

Сердце [ править ]

ЭКГ

Деполяризация происходит в четырех камерах сердца: сначала в обоих предсердиях, а затем в обоих желудочках.

  1. Синоатриальный (SA) узел на стенке правого предсердия инициирует деполяризацию в правом и левом предсердиях, вызывая сокращение, которое соответствует зубцу P на электрокардиограмме.
  2. Узел SA посылает волну деполяризации в атриовентрикулярный (AV) узел, который - с задержкой примерно в 100 мс, чтобы позволить предсердиям закончить сокращение - затем вызывает сокращение обоих желудочков, что видно по волне QRS. В то же время предсердия переполяризуются и расслабляются.
  3. Желудочки переполяризованы и расслаблены на зубце T.

Этот процесс продолжается регулярно, если нет проблем с сердцем. [7]

Блокаторы деполяризации [ править ]

Существуют препараты, называемые агентами , блокирующими деполяризацию , которые вызывают длительную деполяризацию, открывая каналы, ответственные за деполяризацию, и не позволяют им закрыться, предотвращая реполяризацию. Примеры включают никотиновые агонисты суксаметоний и декаметоний . [8]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Цукерман, Марвин (1991-05-31). Психобиология личности . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521359429.
  2. ^ Gorsuch, Джозеф У. (1993-01-01). Экологическая токсикология и оценка рисков: 2-й том . ASTM International. ISBN 9780803114852.
  3. ^ Лодиш, H; Берк, А; Kaiser, C; Кригер, М; Бретчер, А; Ploegh, H; Амон, А (2000). Молекулярная клеточная биология (7-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: WH Freeman and Company. стр.  одна тысяча двадцать-один -1022, 1025, 1045.
  4. ^ Продвинутая биология Солтерса-Наффилда для биологии Edexcel A2. Образование Пирсона, Анджела Холл, 2009, ISBN 9781408205914 
  5. ^ Лодиш, H; Берк, А; Kaiser, C; Кригер, М; Бретчер, А; Ploegh, H; Амон, А (2000). Молекулярная клеточная биология (7-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: WH Freeman and Company. С.  695 .
  6. ^ Callies, C; Fels, Дж; Ляшкович, I; Кличе, К; Jeggle, P; Куше-Вихрог, К; Оберлейтнер, H (1 июня 2011 г.). «Деполяризация мембранного потенциала снижает жесткость эндотелиальных клеток сосудов» . Журнал клеточной науки . 124 (11): 1936–1942. DOI : 10,1242 / jcs.084657 . PMID 21558418 . 
  7. ^ Marieb, Е.Н., & Хен, К. (2014). Анатомия и физиология человека. Сан-Франциско, Калифорния: Pearson Education Inc.
  8. Перейти ↑ Rang, HP (2003). Фармакология . Эдинбург: Черчилль Ливингстон. ISBN 978-0-443-07145-4. Стр. Решебника 149

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, et al., Eds. (2001). Неврология (2-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Assoc. ISBN 978-0-87893-742-4.

Внешние ссылки [ править ]

  • «Деполяризация (анимация)» . Департамент психологии Ганноверского колледжа . Проверено 18 мая 2013 года .