Was ist Hyperpolarisation?

Hyperpolarisierung tritt auf, wenn sich der Unterschied im elektrischen Potential zwischen zwei Seiten einer Zellmembran signifikant ändert, was zu einem großen elektrischen Potential über der Membran führt. Insbesondere wird der Wert des elektrischen Potentials über der Membran negativer, was bedeutet, dass die Ladung auf der Innenseite der Zellmembran negativer ist als die Ladung auf der Außenseite der Membran. Dieser Prozess wird in der Neurowissenschaft häufig beobachtet, wenn Neuronen durch Prozesse aktiviert werden, die Änderungen des elektrischen Potentials beinhalten. Das Gegenteil von Hyperpolarisation ist Depolarisation, bei der das Potential einer Zelle positiver wird, was bedeutet, dass sich in der Zellmembran deutlich weniger negative Ladung befindet.

Elektrochemische Prozesse sind im Allgemeinen für das Auftreten von Hyperpolarisation über Zellmembranen verantwortlich. Die Konzentrationen verschiedener Chemikalien auf verschiedenen Seiten einer Membran können dazu führen, dass sich ein elektrisches Potential über die Membran entwickelt. Wenn das elektrische Potential einen bestimmten Punkt erreicht, wird im Allgemeinen ein biologischer Prozess ausgelöst, beispielsweise das Abfeuern eines Neurons. Nach diesem Punkt neigt die Membran dazu, zu ihrem Ruhepotential oder dem elektrischen Potential zurückzukehren, bevor irgendwelche Reize das elektrochemische Ereignis hervorrufen. In Neuronen geschieht dieser Prozess kontinuierlich; Stimuli bewirken, dass über einer Membran eine Polarisation auftritt, und wenn der Grad dieser Polarisation eine bestimmte Schwelle überschreitet, feuert das Neuron und kehrt zu seinem Ruhepotential zurück.

Ein Neuron wird nicht feuern, bis sein elektrisches Potential eine bestimmte Schwelle überschreitet. Beim Erreichen der Schwelle steigt das elektrische Potential drastisch an, so dass das Neuron ein elektrisches Signal an andere Körperteile senden kann. Nach diesem Potentialanstieg tritt Hyperpolarisierung auf. Das elektrochemische Potential wird kurz negativ und fällt unter das Ruhepotential ab, bevor es zum Ruhepotential zurückkehrt. Normalerweise dauert diese Phase der Hyperpolarisierung nur einen kurzen Bruchteil einer Sekunde.

Hyperpolarisation und elektrische Potentiale zwischen Membranen beinhalten im Allgemeinen die Übertragung von Elektronen in Ionen. Ein Ion ist ein Atom, das entweder eine positive oder eine negative Ladung hat. Kalium- und Chlorionen sind üblicherweise an elektrochemischen Potentialen beteiligt; Ihre relativen Konzentrationen bestimmen die Größe des elektrochemischen Zellpotentials. In der Ruhephase liegt Kalium in der Zellmembran; Wenn das Kalium einem Reiz ausgesetzt wird, strömt es heraus und negative Chlorionen strömen durch die Membran in die Zelle. Gelegentlich verursachen Natrium- und Calciumionen elektrochemische Zellpotentiale auch über Zellmembranen.