vilomembranpotential (nerv-fysiologi)

Описание: Jonkoncentrationer intra- och extracellulärt:
• Natrium (Na⁺): Hög koncentration extracellulärt. Driver depolarisation under en aktionspotential.
• Kalium (K⁺): Hög koncentration intracellulärt. Viktig för att upprätthålla vilomembranpotentialen.
• Klorid (Cl⁻): Följer ofta natrium men har viktiga funktioner i inhiberande signaler.
• Kalcium (Ca²⁺): Extremt låg intracellulär koncentration men nödvändig för neurotransmittorfrisättning vid synapser.

Jonkanaler: Selektivitet och indelning
Jonkanaler är proteiner som reglerar jonflöde över cellmembranet. De har en central roll i att generera och överföra signaler i nervceller.
Jonkanalers selektivitet bestäms av:
• Porstorlek: Kanalen är anpassad för en viss jons diameter.
• Laddning: Negativt laddade kanaler attraherar positivt laddade joner (t.ex. Na⁺ och K⁺).
• Hydreringsskal: En jon måste ofta avlägsna sitt vattenhölje (hydratiseringsskal) för att passera.

Typer av jonkanaler

A. Passiva (läck-) kanaler
• Alltid öppna och ansvarar för vilomembranpotentialen.
• Exempel: Kaliumläckkanaler (K⁺-kanaler) som tillåter kontinuerligt kaliumutflöde.

B. Aktiva (gated) kanaler
Dessa kanaler är öppna eller stängda beroende på stimuli. De delas in i olika typer:
1. Spänningsstyrda kanaler (voltage-gated)
• Aktiveras av förändringar i membranpotentialen.
• Exempel:
• Na⁺-kanaler: Viktiga för aktionspotentialens depolarisation.
• K⁺-kanaler: Ansvarar för repolarisation.
• Ca²⁺-kanaler: Aktiverar neurotransmittorfrisättning vid synapsen.
2. Ligandstyrda kanaler (ligand-gated)
• Aktiveras av att en specifik molekyl (ligand) binder till kanalen.
• Exempel:
• Nikotinerga acetylkolinreceptorer i muskler.
3. Mekaniskt styrda kanaler (mechanosensitive)
• Reagerar på mekaniska krafter som tryck eller sträckning.
• Exempel: Kanaler i hudens sensoriska neuroner som svarar på beröring.
4. Temperaturstyrda kanaler
• Reagerar på temperaturförändringar.
• Exempel: TRP-kanaler (Transient Receptor Potential) som aktiveras av värme eller kyla.

Membranpotential: Vilomembran och aktionspotential
1. Vilomembranpotential (~-70 mV):
• Skapas av passiva kaliumläckkanaler och Na⁺/K⁺-pumpen.
• Inne i cellen är det negativt relativt till utsidan.
2. Aktionspotential:
• Depolarisation: Spänningsstyrda Na⁺-kanaler öppnas, Na⁺ strömmar in → cellen blir mindre negativ.
• Repolarisation: Na⁺-kanaler stängs, K⁺-kanaler öppnas → K⁺ strömmar ut, och potentialen återgår.
• Hyperpolarisation: K⁺-kanaler förblir öppna en kort stund → membranpotentialen blir mer negativ än vilonivån.

Natrium/Kalium-pumpen (Na⁺/K⁺-ATPase): Roll och funktion
Roll:
Natrium-kalium-pumpen är en aktiv transportmekanism som ansvarar för att upprätthålla nervcellens jonkoncentrationer och därmed membranpotentialen. Den transporterar joner mot deras koncentrationsgradienter genom att använda energi från ATP.

Funktion:
Pumpen flyttar:
• 3 Na⁺ ut ur cellen
• 2 K⁺ in i cellen
Detta genererar en nettoutflöde av positiva laddningar, vilket bidrar till att göra cellens inre mer negativ.

Hur pumpen fungerar steg för steg:
1. Binding av joner:
• Tre Na⁺ binder till pumpens intracellulära sida.
2. ATP-hydrolys:
• ATP spjälkas till ADP och en fosfatgrupp (P), vilket fosforylerar pumpen och ändrar dess form.
3. Transport av Na⁺ ut:
• Den formändrade pumpen släpper Na⁺ till den extracellulära sidan.
4. Binding av K⁺:
• Två K⁺ joner binder till pumpen från utsidan.
5. Defosforylering:
• Fosfatgruppen släpper, vilket återställer pumpens ursprungliga form.
6. Transport av K⁺ in:
• K⁺ släpps in i cellen.

Membranets vilopotential: Uppkomst och mekanismer
Vilopotential är den elektriska spänning (vanligen cirka -70 mV) som upprätthålls över nervcellens membran i vila. Den skapas av:
1. Jonkoncentrationernas skillnader mellan intra- och extracellulärvätskan.
2. Jonernas rörelse genom passiva läckkanaler.
3. Natrium-kalium-pumpens aktivitet.

Vilopotentialens mekanismer:
1. Kaliumläckkanaler (K⁺):
• Kaliumjonerna är mycket mer permeabla än natrium. Kalium diffunderar ut ur cellen genom passiva läckkanaler, eftersom koncentrationen av K⁺ är högre intracellulärt.
• När K⁺ lämnar cellen, blir cellens insida mer negativ.
2. Natriumläck:
• En liten mängd Na⁺ diffunderar in i cellen genom läckkanaler, men dess permeabilitet är mycket lägre än K⁺.
3. Elektrostatisk kraft:
• När K⁺ lämnar cellen, byggs en negativ laddning upp intracellulärt. Denna negativa laddning attraherar tillbaka K⁺ och motverkar ytterligare utflöde.
4. Natrium-kalium-pumpen:
• Genom att kontinuerligt transportera 3 Na⁺ ut och 2 K⁺ in bibehålls jonkoncentrationerna och den negativa insidan av membranet. Pumpen bidrar med cirka -5 till -10 mV av vilopotentialen.

Resultat:
• Insidan av cellen är negativ relativt till utsidan, tack vare:
• Övervikt av K⁺-permeabilitet.
• Aktiv transport via Na⁺/K⁺-pumpen.