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Elettrofisiologia del canale ionico

I canali ionici sono proteine incassate nella membrana cellulare che gestiscono il movimento bidirezionale delle specie fatte pagare chiamate ioni attraverso la membrana cellulare impermeabile. I canali ionici sono altamente selettivi e possono essere raggruppati secondo la loro struttura, come membri delle famiglie tensione-gated o legante-gated del canale ionico.

Canali della proteina in una membrana cellulare. Da Juan GaertnerCredito di immagine: Juan Gaertner/Shutterstock

Il trasporto degli ioni è essenziale per mantenere il bilanciamento elettrofisiologico su entrambi i lati della membrana, chiamata bilanciamento osmotico, che è necessario affinchè i segnali stato transduced dal loro modulo chimico (dello ione) ad una risposta cellulare.

La trasduzione del segnale è influenzata dall'apertura e dal closing dei canali ionici in un modo coordinato. Ciò genera un cambiamento nella tensione o il potenziale di membrana attraverso la membrana cellulare, che può essere propagata attraverso molte membrane cellulari. Questo meccanismo si riferisce a come potenziale d'azione. Si presenta attraverso i neuroni, per esempio, per trasmettere le informazioni dal sistema nervoso ai muscoli nell'organismo.

Gradienti elettrochimici

I gradienti elettrochimici sostengono la generazione di potenziali d'azione. Ciò è un'amalgamazione di due tipi di gradienti: (1) un gradiente di concentrazione o del prodotto chimico e (2) un gradiente della tassa. Il gradiente si riferisce ad una differenza nella concentrazione di sostanza (ione o tassa) fra due ambienti che sono separati da una barriera.

Nel contesto di una cella, il cytosol fluido ed intracellulare extracellulare è considerare come tali ambienti. Gli ioni si muoveranno passivamente da un'area del livello verso concentrazione bassa (cioè giù il loro gradiente).

Mentre gli ioni sono caricati, una carica positiva netta si accumula sul lato cui si muovono verso e su una carica negativa netta dal lato da cui si sono mossi a partire. Successivamente, il movimento degli ioni rallenta poichè la carica negativa attirerà gli ioni indietro verso loro cominciare laterale, quindi ricambiando il movimento giù il gradiente di concentrazione.

Finalmente, questa differenza della tassa, ha chiamato la differenza di potenziale elettrica, raggiunge un punto a cui la forza elettrica che tira gli ioni su contro il loro gradiente di concentrazione è saldata con la forza che li guida giù. A questo punto, non c'è movimento netto e la cella è ad equilibrio. Ciò è spiegata qui:

Il potenziale d'azione è compreso quattro fasi: riposo, depolarizzazione, ripolarizzazione e hyperpolarization. La generazione di queste fasi si presenta via l'apertura ed il closing transitori dei canali ionici in un modo selettivo, coordinato e gestito.

Potenziale di membrana di riposo

Il potenziale di membrana descrive una differenza nel potenziale elettrico, o la separazione di tassa, fra due ambienti distinti. I neuroni hanno un gradiente di concentrazione negativo, significante la concentrazione di positivamente - gli ioni caricati fuori della cella è maggiori di quello dentro la cella, che piombo ad una separazione di tassa attraverso la membrana.

Questo stato si riferisce a come il potenziale di membrana di riposo ed è il dominante di tutti gli stati di potenziale d'azione. Il sodio (Na+) ed il potassio (k)+ governano lo stato di riposo nel seguente modo:

  • La concentrazione di Na+ fuori del neurone è maggior della concentrazione dentro il neurone
  • La concentrazione di K+ dentro il neurone è maggior della concentrazione fuori del neurone

Le celle mantengono questo equilibrio ad un gradiente di concentrazione negativo stretto di circa -70 millivolt (mV).

I neuroni sono altamente permeabili al K+ dovuto i canali del potassio di dispersione, che permettono il K+ di abbassare il suo gradiente chimico dalla cella e parzialmente la permeabilità a Na+ dovuto i canali del sodio di dispersione, che limita il movimento di Na+ nella cella.

Per mantenere un potenziale di riposo negativo netto, la cella dipende dall'attività di una proteina chiamata la pompa di sodio e potassio, che usa l'energia per pompare simultaneamente il K+ nuovamente dentro la cella e il Na+ fuori. Il rapporto di movimento è 3Na+ fuori per ogni 2K+ dentro.

Si noti che i canali gated del potassio e del sodio sono chiusi in questo stato e sono distinti dai canali di dispersione. Questi canali gated da tensione.

Depolarizzazione

Una versione dei neurotrasmettitori attraverso una giunzione sinaptica, canali del Na+ di cause sulla membrana (ricevente) postsinaptica del neurone da aprirsi in modo che gli ioni di Na+ scorrano dall'ambiente extracellulare in questo neurone a valle.

Questo stimolo deve raggiungere una soglia (~-55mV) affinchè un potenziale d'azione risulti. L'effetto netto è il sollevamento del potenziale di membrana. Ciò è definita la depolarizzazione, mentre l'interno delle cellule diventa più positivo. Il potenziale di membrana aumentato può avviare i canali vicini di Na+ per aprirsi in un modo del tipo di domino, di modo che l'effetto si sparge attraverso il neurone verso l'estremità dell'assone.

Ripolarizzazione

Questa fase è tonico, avanzante verso ristabilire il potenziale di membrana. Qui, i canali tensione-gated del sodio sono inattivati, fermanti l'afflusso+ del Na.

Simultaneamente, i canali tensione-gated+ del K si aprono. Poiché c'è un'più alta concentrazione di K+ dentro la cella, il K+ esce o deflussi la cella. Ciò è associata con una diminuzione nel potenziale di membrana verso il riposo, stato più negativo, dovuto la perdita di K fatto pagare+ dentro il neurone.

Hyperpolarisation (periodo refrattario)

L'effetto dell'attivazione prolungata del canale tensione-gated+ del K provoca ulteriore deflusso del K+ e una diminuzione concorrente nel potenziale di membrana, incomparabile il valore dello stato di riposo come la perdita di risultati+ del K nella perdita di carica positiva.

L'aumento nella negatività della cella si riferisce a come hyperpolarisation. La chiusura del canale tensione-gated+ del K permette alla pompa di sodio e potassio di ristabilire il potenziale dello stato di riposo (~70 sistemi MV e - 75 sistemi MV).

La serie di eventi è illustrata qui sotto:

(a) potenziale di membrana di riposo è un risultato delle concentrazioni differenti di ioni di K+ e di Na+ dentro e fuori della cella. Un impulso nervoso induce Na+ a registrare la cella, con conseguente (b) depolarizzazione. Al potenziale d

Figura 2. (A) il potenziale di membrana di riposo è un risultato delle concentrazioni differenti di ioni di K+ e di Na+ dentro e fuori della cella. Un impulso nervoso induce Na+ a registrare la cella, con conseguente (b) depolarizzazione. Al potenziale d'azione di punta, i canali di K+ si aprono e la cella diventa (c) hyperpolarized. (Immagine ed il titolo sono catturati da “come i neuroni comunicano: Figura 2,„ dell'istituto universitario di OpenStax, della biologia).

L'atto delle pompe di ione è essenziale nel ruolo di trasduzione del segnale. La loro velocità e selettività assicurano i movimenti coordinati e tempestivi degli ioni per stabilire un potenziale d'azione. Il risultato è la riuscita propagazione di una trasduzione del segnale, necessaria per l'esercizio del sistema nervoso.

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Last Updated: Feb 26, 2019

Hidaya Aliouche

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Hidaya Aliouche

Hidaya is a science communications enthusiast who has recently graduated and is embarking on a career in the science and medical copywriting. She has a B.Sc. in Biochemistry from The University of Manchester. She is passionate about writing and is particularly interested in microbiology, immunology, and biochemistry.

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