Hvordan opprettholdes en polarisert tilstand i hvilende nerve?

Hvilemembranpotensialet til en nevron, også kjent som den polariserte tilstanden, opprettholdes gjennom en kombinasjon av ionekonsentrasjonsgradienter og den selektive permeabiliteten til nevronmembranen for forskjellige ioner. Denne prosessen er avgjørende for riktig funksjon av nevroner og overføring av elektriske signaler. Slik oppnås opprettholdelsen av den polariserte tilstanden:

1. Ionekonsentrasjonsgradienter:

- Hvilemembranpotensialet bestemmes først og fremst av konsentrasjonsgradientene av kalium (K+) og natrium (Na+) ioner over nevronmembranen.

- Den intracellulære konsentrasjonen av K+ er høyere enn den ekstracellulære konsentrasjonen, mens den ekstracellulære konsentrasjonen av Na+ er høyere enn den intracellulære konsentrasjonen.

- Disse konsentrasjonsgradientene etableres og vedlikeholdes av ionepumper, slik som natrium-kalium-pumpen (Na+/K+-ATPase).

2. Membranens selektiv permeabilitet:

- Nevronmembranen er selektivt permeabel for forskjellige ioner, slik at noen ioner kan passere lettere gjennom enn andre.

- Kaliumkanaler er mer rikelig i hviletilstand, slik at K+-ioner kan bevege seg nedover konsentrasjonsgradienten og ut av nevronet.

- Denne utstrømningen av K+-ioner skaper en netto negativ ladning på innsiden av membranen sammenlignet med utsiden, noe som resulterer i et hvilemembranpotensial på omtrent -70 millivolt (mV).

3. Natrium-kaliumpumpens rolle:

– Natrium-kalium-pumpen er et aktivt transportsystem som utnytter energi fra ATP for å opprettholde ionekonsentrasjonsgradientene over nevronmembranen.

- Den pumper tre Na+ ioner ut av nevronet og to K+ ioner inn i nevronet for hvert molekyl av ATP som hydrolyseres.

– Denne kontinuerlige pumpeaktiviteten hjelper til med å gjenopprette de opprinnelige ionegradientene og motvirker passiv lekkasje av ioner gjennom ionekanaler.

4. Lekkasjekanaler og elektrogenpumpe:

– I tillegg til K+-kanaler er det en liten lekkasje av Na+-ioner inn i nevronet gjennom lekkasjekanaler.

- Denne innovergående bevegelsen av Na+-ioner balanseres av den elektrogene naturen til natrium-kalium-pumpen, som skaper en netto bevegelse av positive ladninger ut av cellen.

5. Klorid (Cl-) distribusjon:

- Kloridioner (Cl-) bidrar også til hvilemembranpotensialet.

- Cl- ioner er mer konsentrert utenfor nevronet, og de beveger seg passivt inn i nevronet gjennom lekkasjekanaler.

- Den negative ladningen til Cl-ioner blir imidlertid motvirket av de positive ladningene som bæres av K+-ioner som beveger seg ut av nevronet, og opprettholder den generelle elektronøytraliteten til cellen.

Oppsummert oppnås opprettholdelsen av den polariserte tilstanden i hvilende nerveceller gjennom de kombinerte effektene av ionekonsentrasjonsgradienter, selektiv membranpermeabilitet, aktiviteten til natrium-kalium-pumpen og fordelingen av kloridioner. Disse mekanismene sikrer stabiliteten til hvilemembranpotensialet, som er avgjørende for riktig funksjon og eksitabilitet til nevroner.