Aktionspotential

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gå til: navigation, søg
Two plots of the membrane potential (measured in mV) versus time (ms). Top: idealized plot where the membrane potential starts out at -70 mV at time zero.  A stimulus is applied at time = 1 ms, which raises the membrane potential above -55 mV (the threshold potential).  After the stimulus is applied, the membrane potential rapidly rises to a peak potential of +40 mV at time = 2 ms.  Just as quickly, the potential then drops and overshoots to -90 mV at time = 3 ms, and finally the resting potential of -70 mV is reestablished at time = 5 ms. Bottom: a plot of an experimentally determined action potential that is very similar in appearance to the idealized plot, except that the peak is much sharper and the initial drop is to -50 mV increasing to -30 mV before dropping back to the resting potential of -70 mV.
A. Illustration af et ideelt aktionspotential, der viser dets faser, dvs. ændringerne i membranpotentialet i et bestemt punkt på cellemembranen som funktion af tiden. B. Målinger af aktionspotentialer er ofte forvrængede i forhold til det ideelle eksempel på grund af målemetoderne.

Et aktionspotential er en signalmekanisme mellem levende celler. Ved et aktionspotential stiger cellens elektriske membranpotential brat for hurtigt at falde igen, hvilket efterfølges af en stilstandsperiode. Aktionspotentialer forekommer i mange typer dyreceller, under ét kaldt excitable celler, herunder neuroner, muskelceller og kirtelceller, samt visse planteceller. I neuroner spiller aktionspotentialet en central rolle i celle-celle-kommunikationen. I andre typer celler har det til formål at aktivere intracellulære processer. I muskelceller er aktionspotentialet eksempelvis det første skridt i en kæde af begivenheder, der i sidste ende fører til kontraktion (sammentrækning). I bugspytkirtlens betaceller udløser de frigivelsen af insulin.[1] Aktionspotentialer i neuroner kaldes også for ”nerveimpulser”, og en serie af aktionspotentialer udløst af et neuron kaldes et ”impulstog”. Et neuron, der udsender et aktionspotential, siges at ”fyre”.

Udløsning af aktionspotentialer[redigér | redigér wikikode]

Aktionspotentialer udløses af særlige spændingsafhængige ionkanaler i cellens plasmamembran.[2] Disse kanaler er lukkede, når membranpotentialet er tæt på cellens hvilemembranpotential, men begynder straks at åbne, når membranpotentialet stiger til en nøje defineret tærskelværdi. Når kanalerne åbner, tillader de natriumioner (Na+) at strømme ind i cellen, hvilket ændrer den elektrokemiske gradient, så membranpotentialet stiger yderligere. Denne depolarisering får flere natriumkanaler til at åbne, således at der breder sig en depolariserende strøm i alle retninger. Processen fortsætter, indtil samtlige tilgængelige natriumkanaler står åbne, hvorved cellen depolariseres maksimalt. Den pludselige strøm af natriumioner ind i cellen hæver membranpotentialet så meget, at det bliver positivt, hvorpå natriumkanalerne efter cirka et millisekund langsomt inaktiveres.[3] Når natriumkanalerne er lukkede, kan der ikke længere trænge natriumioner ind i neuronet, og de transporteres ud af cellen igen ved aktiv transport. Samtidig begynder kaliumkanaler i cellemembranen at åbnes, hvorved der begynder at strømme kaliumioner (K+) ud af cellen, hvilket bringer den elektrokemiske gradient tilbage til hvileniveauet. Efter et aktionspotential sker der et forbigående fald i membranpotentialet til under hvilemembranpotentialet. Dette fald kaldes en hyperpolarisering. Den periode, det tager membranpotentialet at vende tilbage til hvileniveauet, kaldes refraktærperioden. Faldet skyldes en fortsat strøm af kaliumioner ud af cellen. Refraktærperioden forhindrer den depolariserende strøm (aktionspotentialet) i at vende tilbage, hvor den kom fra. Dette forhindres desuden af de lukkede natriumkanaler.

I dyreceller forekommer der hovedsageligt to typer aktionspotentialer: Et der udløses af spændingsafhængige natriumkanaler, og et der udløses af spændingsafhængige calciumkanaler. Natriumbaserede aktionspotentialer varer typisk under et millisekund, hvorimod calciumbaserede aktionspotentialer kan vare i 100 millisekunder eller længere. I nogle typer neuroner udløser langsomme calciumbaserede aktionspotentialer en lang serie natriumbaserede aktionspotentialer. I hjertemuskelceller udløser et hurtigt natriumbaseret aktionspotential derimod en indstrømning af calciumioner, der aktiverer calciumkanaler i den enkelte celles sarkolemma. De udefrakommende calciumioner og calciumionerne fra sarkolemma udløser tilsammen kontraktion af hjertemuskelcellen.

Depolariseringer[redigér | redigér wikikode]

Ionkanaler[redigér | redigér wikikode]

En lokal depolarisering kan ske ved påvirkning af tre ionkanaler (ionotrope kanaler):

  1. Spændingsafhængige ionkanaler (som fx natriumkanaler i sinus-/AV-knuden), hvor kanalerne åbnes ved et bestemt membranpotential
  2. Ligandstyrede ionkanaler (som acetylcholin fra nerveceller til muskelceller), der åbnes ved binding af en ligand til en receptor
  3. Mekanoceptive ionkanaler (især i glat muskulatur), hvor stræk, kulde, varme, stress, pH og andre fysiologiske påvirkninger kan føre til åbning.

Metabotrope receptorer[redigér | redigér wikikode]

Derudover kan en lokal depolarisering opstå ved påvirkning af såkaldte metabotrope receptorer (second-messenger-systemet). Dette er et system, der hovedsageligt sker ved påvirkning af neurotransmittere og hormoner, men også metaboliter (som ilt, kuldioxid og NO). Disse stoffer binder sig også til receptorer. Men i stedet for at udøve deres virkning direkte (som spændingsafhængige ionkanaler) virker de ved aktivering af såkaldt "second-messengers". Den mest udbredte secondmessenger er cAMP (cyklisk AMP – dvs. adenosinmonofosfat, altså ét fosfat i stedet for tre som i ATP). Et hormon (fx adrenalin) eller en neurotransmitter (fx dopamin eller serotonin) binder sig altså til receptoren, hvilket fører til dannelse af cAMP. cAMP aktiverer herefter cAMP-dependent-protein-kinase (proteinkinase A). Denne kinase udøver herefter virkningen ved at fosforylere bestemte proteiner. Fx ved fosforylering af ionkanaler.

Generelt siger man, at ionkanaler formidler direkte, hurtig og præcis information, mens metabotrop påvirkning er mere langsom og modulerende. Dvs. metabotrop påvirking først og fremmest påvirker, hvor let cellerne har ved at opnå et aktionspotential. Desuden skal nævnes, at mange stoffer både kan virke på metabotrope og ionotrope receptorer; fx acetylcholin (på nikotinerge (ionotrope) og muscarinerge (metabotrope)), glutamat (nervesystemets vigtigste ekcitatoriske neurotransmitter) og GABA (nervesystemets vigtigste inhibitoriske neurotransmitter).

Opsummering[redigér | redigér wikikode]

Kun en depolarisering, der overgår tærskelværdien, vil igangsætte et aktionspotential. Aktionspotentialer vil altid formidle depolariseringer langs hele cellen og har altid den samme effekt (man siger, at de ikke er gradierede).

Referencer[redigér | redigér wikikode]

  1. (Engelsk) MacDonald PE, Rorsman P (February 2006). "Oscillations, intercellular coupling, and insulin secretion in pancreatic beta cells". PLoS Biol. 4 (2): e49. doi:10.1371/journal.pbio.0040049. PMID 16464129. 
  2. (Engelsk) Barnett MW, Larkman PM (June 2007). "The action potential". Pract Neurol 7 (3): 192–7. PMID 17515599. http://pn.bmj.com/content/7/3/192.short. 
  3. (Engelsk) Blaustein, Mordecai P., Joseph P.Y. Kao og Donald R. Matteson. Cellular Physiology and Neurophysiology, 2. udgave, p. 78. USA: Elsevier-Mosby, 2012, ISBN 978-0-3230-5709-7.