Co to jest potencjał spoczynkowy?

Potencjał spoczynkowy jest różnicą napięcia na błonie komórkowej i jest czasami określany jako napięcie spoczynkowe. Niektóre typy komórek, takie jak neurony i komórki mięśniowe, wykorzystują potencjał spoczynkowy do wprowadzania zmian w komórce i ciele. Potencjały czynnościowe, skurcz mięśni oraz ustanowienie lub zmiana procesów równowagi w komórce wiążą się z potencjałem spoczynkowym błony.

W cytosolu lub we wnętrzu komórki występują różne stężenia jonów, a także w różnych przedziałach komórkowych i organellach. Ponieważ jony są naładowane dodatnio lub ujemnie, tworzą różnicę ładunku między tymi różnymi przedziałami, tworząc różnicę potencjału elektrycznego. Często komórki będą chciały utrzymać tę różnicę na błonie za pomocą pomp i kanałów jonowo-białkowych. Utrzymanie różnicy potencjałów elektrycznych nazywane jest potencjałem spoczynkowym.

Jony, które są najbardziej zaangażowane w tworzenie i utrzymywanie napięcia spoczynkowego dla membrany, to jony sodu (Na) i potasu (K). Zasadniczo stężenie K ⁺ jest większe wewnątrz komórki niż na zewnątrz, podczas gdy stężenie Na ⁺ jest większe na zewnątrz komórki niż wewnątrz. Ta różnica jest utrzymywana przez membranową pompę białkową zwaną Na ⁺ / K ⁺ -ATPaza, która wykorzystuje trifosforan adenozyny (ATP) do energii w celu utrzymania względnych stężeń. Pompa zawiera trzy jony Na ⁺ do komórki na każde dwa eksportowane jony K ⁺ , dzięki czemu wnętrze komórki ma bardziej ujemny ładunek. Ten potencjał spoczynkowy jest szczególnie ważny w przypadku neuronów, które wykorzystują różnicę napięcia do potencjałów działania ognia.

W neuronach i innych komórkach układu nerwowego potencjał czynnościowy powstaje, gdy potencjał spoczynkowy jest zaburzony. Potencjał czynnościowy rozpoczyna się od napływu jonów Na ⁺ do komórki przez niektóre kanały jonowe, co powoduje depolaryzację potencjału błony po osiągnięciu pewnego progu. Tutaj generowany jest potencjał czynnościowy, a sygnał elektryczny jest przesyłany przez neuron. Po gwałtownym wzroście Na ⁺ , więcej kanałów jonowych zależnych od napięcia otwiera się, uwalniając K ⁺ z komórki, etap potencjału czynnościowego znany jest jako hiperpolaryzacja, w której potencjał błony spada poniżej normalnego napięcia spoczynkowego. Następnie komórka przywraca swój potencjał spoczynkowy przy użyciu Na ⁺ / K ⁺ -ATPazy w procesie repolaryzacji.

Jony wapnia (Ca) są również ważne w utrzymywaniu potencjału błony spoczynkowej w komórkach mięśniowych. Jony Ca ²⁺ są przechowywane w organelli zwanej retikulum sarkoplazmatycznym, która zawiera pompy białkowe w celu utrzymania wysokich stężeń Ca ²⁺ w przedziale. Kiedy komórka mięśniowa ma się skurczyć, sygnał elektryczny uruchamia retikulum sarkoplazmatyczne, wykorzystując potencjał spoczynkowy. Przedział jest wówczas w stanie otworzyć się, uwalniając jony Ca2 ⁺ do komórki, które wiążą się z włóknami, które umożliwiają skurcz mięśnia.