Čelijska membrana

Ćelijska membrana i njene strukturne komponente

 

    Ćelijska membrana odvaja i izoluje ćeliju i njen unutrašnji prostor od okoline i na taj način omogućava neometano i specijalizovano funkcionisanje ćelijskih organela. Sastoji se od 40% lipida uglavnom u obliku fosfolipida i holesterola i 60% proteina, dok ugljeni hidrati takođe postoje u različitim proporcijama (1–10%). Fosfolipidi formiraju membranu sa dva sloja sa holesterolom koji doprinosi njegovoj stabilnosti i izdržljivosti. Proteini su neophodni za većinu membranskih funkcija kao što su receptori, jonski kanali, transmembranski prolaz supstanci i kataliza hemijskih reakcija.

    Kako membrana izoluje ćeliju od drugih ćelija i istovremeno izoluje unutrašnjost ćelije od spoljašnjeg okruženja, postoji potreba za komunikacijom i razmenom materije, odnosno potreba za hranjenjem i izlučivanjem nusprodukata ćelije. metabolizam. Ove dve potrebe su zadovoljene zbog osnovne osobine membrane, da bude selektivno propusna bilo na pasivan način ili sa aktivnim transportom, a ta propustljivost se može modifikovati prema potrebama trenutka. Čini se da neki molekuli poput vode ili kiseonika prolaze kroz nju gotovo slobodno, dok se čini da drugi poput velikih proteina potpuno ne mogu da prođu. Jonski kanali igraju odlučujuću ulogu u permeabilnosti membrane za različite jone. Ovi kanali regulišu ne samo brzinu, već i specifično koji joni mogu da prođu.

Potencijal mirovanja

    Komunikacija među neuronima se u principu zasniva na proizvodnji električnih signala. Ova proizvodnja se oslanja na postojanje potencijala mirovanja membrane, odnosno razlike u električnom potencijalu između intra i ekstracelularnog prostora. Kao posledica toga, neuroni, kada su u mirovanju, održavaju razliku u električnom potencijalu između dve površine ćelijske membrane. Ova razlika je u proseku jednaka -65 mV i naziva se potencijal mirovanja. Zavisi od nejednake distribucije jona, tačnije jona natrijuma (Na+) i kalijuma (K+), kao i od selektivne permeabilnosti membrane samo jonima kalijuma. Potencijal se održava pomoću Na+–K+ pumpe koja pumpa Na+ jone iz ćelije i K+ jone u ćeliju u odnosu 3:2, što rezultira negativnim potencijalom za unutrašnjost ćelije. Ova pumpa je izuzetno energetski zahtevna, jer troši do 40% ukupne energije koju neuron troši.

    Fenomen povećanja potencijala mirovanja naziva se hiperpolarizacija. To znači da potencijal neurona, koji je negativan, manifestuje „povećanje“ svog apsolutnog broja i postaje negativniji. Hiperpolarizacija je inhibitorni fenomen jer je smanjena sposobnost neurona da proizvede akcioni potencijal. Naprotiv, smanjenje potencijala mirovanja, koje predstavlja smanjenje apsolutnog broja što razliku čini manje negativnom, naziva se depolarizacija, a pošto povećava sposobnost neurona da proizvede akcioni potencijal, smatra se ekscitatornim.

    Gore navedeni mehanizam ima za cilj da održi skupu razliku u električnom potencijalu koja troši energiju između dve strane ćelijske membrane i između intra- i ekstracelularnog prostora. Ova značajna razlika u potencijalu, u slučaju da se jonski kanali naglo otvore, dovodi do velikog i brzog ulaska Na+ u ćeliju, što rezultira veoma brzim odgovorom neurona na spoljašnje stimuluse ako je potrebno. Stoga, u suštini, potencijal mirovanja igra ulogu potencijala spremnosti.

Akcioni potencijal

    Na osnovu ovog energetskog potencijala mirovanja, u slučaju potrebe, neuron može proizvesti električne potencijale koji se nazivaju akcioni potencijali, a imaju amplitudu oko 100 mV i trajanje 1 ms i brzinu do 100 m/s.

    Ovi potencijali čine fenomen sve ili ništa koji se ne raspada i putuje do udaljenih ciljeva, periodično se regenerišući. Pokreću se na brežuljku koji je specifičan region tela ćelije odakle potiče akson i gde su jonski kanali gušći.

    Međutim, dok je amplituda akcionog potencijala fenomen „sve ili ništa“, trajanje nije, i ovo trajanje akcionog potencijala određuje količinu Ca2+ koja teče u terminal, sa više Ca2+ koji teče u ćeliju nakon dužeg akcionog potencijala. U ovom okviru, priliv Ca2+ u stabilnom stanju je pojačan depolarizacijom i smanjen hiperpolarizacijom, dok je, obrnuto, akcioni potencijal moduliran naponski osetljivim Ca2+ kanalima.

Grafički prikaz osnovnih procesa koji proizvode akcioni potencijal.

Posle perioda akcionog potencijala

    Posle akcionog potencijala sa hiperpolarizacijom koja se pojavljuje sledi apsolutni refraktorni period i relativni refraktorni period. Apsolutni traje otprilike 1 ms. On igra regulatornu ulogu u stopi proizvodnje akcionog potencijala, ali takođe sprečava prenos potencijala unazad. Ako bi se desio takav prenos unazad, neuron bi bio zarobljen u električnoj oscilaciji tokom dužeg vremenskog perioda, što bi rezultiralo poremećajem njegove adekvatne funkcije i prijema novih stimulusa i pravilnog odgovora na njih.

    Intenzivna aktivnost menja sinaptičku efikasnost pošto je niz visokofrekventnih akcionih potencijala praćen periodom tokom kojeg akcioni potencijali proizvode sukcesivno veće postsinaptičke potencijale. Veoma visoka frekvencija u proizvodnji akcionih potencijala (čak i do 1000 u sekundi kod nekih neurona) naziva se tetanična stimulacija i dovodi do značajnog povećanja veličine potencijala u postsinaptičkom neuronu, fenomen koji se naziva potenciranje. Često ovo povećanje traje čak i nakon povlačenja tetanične stimulacije. Ova perseveracija se naziva post-tetanično potenciranje i obično traje nekoliko minuta, ali može trajati i duže od sat vremena.

    Naprotiv, kada jedan neuron izazove hiperpolarizaciju u telu ćelije ili dendritima drugog, na ovaj način se smanjuje verovatnoća da će postsinaptička ćelija pokrenuti. Ovo se zove postsinaptička inhibicija. Kada se putem kontakta na terminalu aksona druge ćelije smanjuje količina oslobođenog transmitera od strane druge ćelije (presinaptičkog neurona) sa trećom ćelijom kao metom (postsinaptički neuron), ova akcija se naziva presinaptička inhibicija, dok kada se povećava količinu neurotransmitera, to se zove presinaptička facilitacija

    Jedna veoma interesantna karakteristika je da presinaptički neuroni vode evidenciju o svojoj aktivnosti u obliku zaostalog Ca2+ u svojim terminalima. Ovo na kraju dovodi do dugotrajnog potenciranja (Long-term potentiation ili skračeno LTP) koje može trajati od nekoliko sati do dana. Slični mehanizmi koji takođe uključuju koncentraciju slobodnog Ca2+ u presinaptičkom terminalu upravljaju plastičnim sposobnostima neurona.

    U suštini, joni kalcijuma (Ca2+) su intracelularni glasnici, koji pretvaraju električnu aktivnost depolarizacije u sve neelektrične aktivnosti unutar neurona. Dakle, ovi joni služe izlazu sistema, a svako kašnjenje u pokretanju ovih neelektričnih aktivnosti odražava vreme potrebno da se Ca2+ kanali otvore i da Ca2+ pokrene proces.

Lokalni potencijal

    Dok je akcioni potencijal signal na daljinu, neuron takođe proizvodi brojne lokalne signale u obliku receptorskih ili sinaptičkih potencijala, koji se obično šire samo za nekoliko milimetara. Dok je akcioni potencijal fenomen „sve ili ništa“, lokalni potencijali se mogu stepenovati na osnovu količine oslobođenog hemijskog neurotransmitera i trajanja ovih molekula aktivnih u sinaptičkom procepu. Naprotiv, akcioni potencijal nosi informaciju samo u smislu učestalosti generisanja potencijala i trajanja.

U ovom postu bloga radi boljeg shvatanja nekih pitanja predstavljeni su medicinski pojmovi. U vezi bilo kojih medicinskih problema obratite se medicinskom stručnjaku, podaci izneti u ovom postu su samo informativne prirode. Obavezno pročitajte poglavlje bloga pod nazivom Upozorenje.