Войти
В биологии, деполяризация (британский английский: деполяризация) - это изменение в пределах ячейка, во время которой ячейка претерпевает сдвиг в распределении электрического заряда, что приводит к уменьшению отрицательного заряда внутри ячейки. Деполяризация необходима для функционирования многих клеток, связи между клетками и общей физиологии организма.
Потенциал действия в нейроне, демонстрирующий деполяризацию, при которой внутренний заряд клетки становится менее отрицательным (более положительным), и реполяризацию, при которой 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, и внутренняя часть клетки становится положительно заряженной.
Изменение заряда обычно происходит из-за притока ионов натрия ионов в клетку, хотя это может быть опосредовано притоком любого вида катион или отток 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 на нулевое значение.
Деполяризацию иногда называют «гипополяризацией».
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 покоя должен быть установлен внутри клетки, прежде чем клетка может быть деполяризована. 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. натрий-калиевый насос в значительной степени отвечает за оптимизацию условий деполяризации как внутри, так и снаружи ячейки. Выкачивая 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 концентрации создается 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 потенциалзависимые 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.
Натриевый канал, управляемый напряжением. 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 имеет способность претерпевать деполяризацию. Во время деполяризации мембранный потенциал быстро меняется с отрицательного на положительный. Чтобы это быстрое изменение происходило внутри клетки, на плазматической мембране клетки должны произойти несколько событий. Пока натрий-калиевый насос продолжает работать, потенциалзависимые натриевые и кальциевые каналы, которые были закрыты, пока ячейка находилась в состоянии покоя, открываются в ответ на начальное изменение вольтаж. 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.
После того, как клетка деполяризована, она претерпевает одно последнее изменение 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 натрия-калия работает непрерывно на протяжении всего этого процесса.
Процесс реполяризации вызывает выброс потенциала клетки. Ионы калия продолжают выходить из аксона настолько, что потенциал покоя превышается, и потенциал новой клетки становится более отрицательным, чем потенциал покоя. Потенциал покоя в конечном итоге восстанавливается путем закрытия всех потенциалзависимых ионных каналов и активности натрий-калиевого ионного насоса.
Структура нейрона Деполяризация важна для функции многих клеток в организме человека, 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 зависит от способности нейронов использовать деполяризацию для передачи стимулов внутри нейрона или между нейронами.
Стимулы нейронов могут быть физическими, электрическими или химическими и могут либо подавлять, либо возбуждать стимулируемый нейрон. Тормозной стимул передается на дендрит 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.
Суммирование стимулов на бугорке аксона Как только стимулы достигли тела клетки, нерв должен объединить различные стимулы, прежде чем нерв сможет ответить. Стимулы, которые прошли вниз по дендритам, сходятся в бугорке аксона, где они суммируются для определения нейронального ответа. Если сумма стимулов достигает определенного напряжения, известного как пороговый потенциал, деполяризация продолжается от бугорка аксона вниз по аксону.
Всплеск деполяризации, перемещающийся 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 перемещения по аксону нейрона, мембранный потенциал покоя аксона должен быть восстановлен, прежде чем другой потенциал действия сможет пройти по аксону. Это известно как период восстановления нейрона, в течение которого нейрон не может передавать другой потенциал действия.
Важность и универсальность деполяризации внутри клеток можно увидеть во взаимосвязи между палочковыми клетками глаза и связанными с ними нейронами. 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 палочек в деполяризованном состоянии постоянно выделяют нейротрансмиттеры, которые, в свою очередь, стимулируют нервы, связанные с клетками палочек. 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, палочковые клетки производят меньше нейротрансмиттеров, что воспринимается мозгом как увеличение количества света. Следовательно, в случае стержневых клеток и связанных с ними нейронов деполяризация фактически препятствует тому, чтобы сигнал достигал мозга, в отличие от стимуляции передачи сигнала.
Эндотелий представляет 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 важна для общей функции сердечно-сосудистой системы. Эндотелиальные клетки внутри кровеносных сосудов могут изменять прочность своей структуры для поддержания тонуса кровеносных сосудов, которые они выстилают, предотвращать жесткость сосудов и даже помогать 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.
Электрокардиограмма Деполяризация происходит в четырех камерах сердца: сначала в обоих предсердиях, а затем в обоих желудочках.
Этот процесс продолжается регулярно, если только не возникает проблем с сердцем.
Существуют препараты, называемые агентами, блокирующими деполяризацию, которые вызывают длительную деполяризацию, открывая каналы, ответственные за деполяризацию, и не позволяют им закрыться, предотвращая реполяризацию. Примеры включают агонисты никотина суксаметоний и декаметоний.
