Гиперполяризация

Гиперполяризация это биологический процесс, при котором натяжение мембраны увеличивается и превышает значение покоя. Этот механизм важен для функционирования мышечных, нервных и сенсорных клеток человеческого тела. Он позволяет телу активировать и контролировать такие действия, как движения мышц или зрение.

Что такое гиперполяризация?

Клетки в человеческом теле окружены мембраной. Он также известен как плазматическая мембрана и состоит из липидного бислоя. Он отделяет внутриклеточную область, цитоплазму, от окружающей области.

Напряжение мембран клеток человеческого тела, таких как мышечные, нервные или сенсорные клетки глаза, имеет потенциал покоя в состоянии покоя. Это мембранное натяжение возникает из-за того, что внутри клетки и во внеклеточной области существует отрицательный заряд, т.е. вне ячеек есть положительный заряд.

Значение потенциала покоя различается в зависимости от типа ячейки. Если этот потенциал покоя мембранного напряжения превышен, происходит гиперполяризация мембраны. Это делает напряжение на мембране более отрицательным, чем при потенциале покоя, т.е. заряд внутри ячейки становится еще более отрицательным.

Обычно это происходит после открытия или закрытия ионных каналов в мембране. Эти ионные каналы представляют собой калиевые, кальциевые, хлоридные и натриевые каналы, которые функционируют в зависимости от напряжения.

Гиперполяризация возникает из-за зависимых от напряжения калиевых каналов, которым требуется определенное время для закрытия после превышения потенциала покоя. Они переносят положительно заряженные ионы калия во внеклеточную область. Это на короткое время приводит к более отрицательному заряду внутри клетки - гиперполяризации.

Функция и задача

Гиперполяризация клеточной мембраны является частью так называемого потенциала действия. Он состоит из разных этапов. Первый этап - превышение порогового потенциала клеточной мембраны, после чего следует деполяризация, внутри клетки больше положительного заряда. Затем это приводит к реполяризации, а это означает, что снова достигается потенциал покоя. Затем происходит гиперполяризация до того, как клетка снова достигает потенциала покоя.

Этот процесс используется для передачи сигналов. Нервные клетки формируют потенциалы действия в области холмика аксона после того, как получили сигнал. Затем он передается в форме потенциалов действия по аксону.

Затем синапсы нервных клеток передают сигнал следующей нервной клетке в виде нейротрансмиттеров. Они могут иметь активирующий или тормозящий эффект. Этот процесс важен для передачи сигналов, например, в головном мозге.

Подобным образом происходит и зрение. Клетки глаза, так называемые палочки и колбочки, получают сигнал от внешнего светового раздражителя. Это приводит к формированию потенциала действия, и стимул передается в мозг. Интересно, что развитие стимула не происходит за счет деполяризации, как в случае с другими нервными клетками.

В состоянии покоя нервные клетки имеют мембранный потенциал -65 мВ, тогда как зрительные клетки имеют мембранный потенциал -40 мВ в состоянии покоя. Это означает, что у них уже есть более положительный мембранный потенциал, чем у нервных клеток, когда они находятся в состоянии покоя. В зрительных клетках стимул развивается за счет гиперполяризации. В результате зрительные клетки выделяют меньше нейротрансмиттеров, а расположенные ниже нервные клетки могут определять интенсивность светового сигнала на основе уменьшения количества нейротрансмиттеров. Затем этот сигнал обрабатывается и оценивается в головном мозге.

Гиперполяризация запускает тормозящий постсинаптический потенциал (IPSP) в случае зрения или в определенных нейронах. Напротив, нейроны часто активируют постсинаптические потенциалы. (ВПДП).

Еще одна важная функция гиперполяризации заключается в том, что она предотвращает повторный запуск клеткой потенциала действия слишком быстро на основе других сигналов. Таким образом, он временно подавляет генерацию раздражителей в нервной клетке.

Болезни и недуги

Клетки сердца и мышц имеют каналы HCN. HCN обозначает активируемые гиперполяризацией циклические нуклеотидные катионные каналы. Это катионные каналы, которые регулируются гиперполяризацией клетки. У человека известны 4 формы этих каналов HCN. Они обозначаются как HCN-1 - HCN-4. Они участвуют в регуляции сердечного ритма и в деятельности спонтанно активируемых нервных клеток. В нейронах они противодействуют гиперполяризации, поэтому клетка может быстрее достичь потенциала покоя. Таким образом, они сокращают так называемый рефрактерный период, который описывает фазу после деполяризации. Однако в клетках сердца они регулируют диастолическую деполяризацию, которая возникает в синусовом узле сердца.

В исследованиях на мышах было показано, что потеря HCN-1 вызывает дефект двигательных движений. Отсутствие HCN-2 приводит к повреждению нейронов и сердца, а потеря HCN-4 приводит к гибели животных. Было высказано предположение, что эти каналы могут быть связаны с эпилепсией у людей.

Кроме того, известны мутации в форме HCN-4, которые приводят к сердечной аритмии у людей. Это означает, что определенные мутации канала HCN-4 могут привести к нарушению сердечного ритма.Таким образом, каналы HCN также являются мишенью для лечения сердечных аритмий, а также неврологических дефектов, при которых гиперполяризация нейронов длится слишком долго.

Пациентам с сердечной аритмией из-за нарушения работы канала HCN-4 лечат специфическими ингибиторами. Однако следует отметить, что большинство методов лечения, связанных с каналами HCN, все еще находятся на экспериментальной стадии и поэтому еще не доступны для людей.