Ich versuche zu verstehen, wie alle Potentiale während eines Aktionspotentials erzeugt werden. Meine Frage bezieht sich speziell auf die Natrium-Kalium-Pumpen, aber ich wäre auch dankbar, wenn jemand überprüfen könnte, ob ich die Konzepte richtig verstanden habe.
Soweit ich weiß, liegt das Ruhemembranpotential bei etwa , nahe dem Gleichgewichtspotential für Kalium (aus der Nernst-Gleichung), da die Permeabilität von Kalium viel größer ist als die von Natrium, obwohl die Permeabilität gering ist.
Das Ruhepotential ist jedoch nicht so negativ wie das Gleichgewichtspotential für Kalium aufgrund einer gewissen Permeabilität von Natrium und die Permeabilität von Kalium ist sehr gering, so dass die geringe Permeabilität von Natrium einen gewissen Einfluss darauf hat, dass das Potential das Gleichgewichtspotential von Kalium erreicht.
Wenn das Schwellenpotential von erreicht ist, wird die Spannung angesteuert Ionenkanäle öffnen sich und Natriumionen dringen in die Zelle ein und verursachen eine Depolarisation. Das Potenzial steigt auf ca , das nahe am Gleichgewichtspotential für Natrium liegt (weil die Permeabilität für Natrium viel größer ist als für Kalium). Es erreicht jedoch nicht ganz das Gleichgewichtspotential für Natrium, da einige Kaliumionen die Zelle verlassen.
Wenn der Schwelle erreicht, schließen sich die Natriumkanäle und öffnen sich die Kaliumkanäle. Aufgrund der jetzt viel höheren Permeabilität von Kaliumionen im Vergleich zu dem Ruhepotential der Membran kommt das Potential dem Gleichgewichtspotential für Kalium viel näher, was meiner Meinung nach ungefähr der Fall ist , und daher hyperpolarisiert die Zelle. Dann schließen sich die Kaliumkanäle.
Jetzt bin ich mir nicht sicher, wie das Ruhemembranpotential aus dem hyperpolarisierten Zustand erreicht wird, und ich sehe auch nicht, wo die Wirkung der Natrium-Kalium-Pumpen ins Spiel kommt.
Die Natrium-Kalium-Pumpen sind immer im Einsatz. Man kann sie sich als einen kontinuierlichen Prozess vorstellen, der das Gleichgewichtspotential für die einzelnen Ionen aufrechterhält. Sie schnappen sich immer internes Natrium und tauschen es auf Kosten von ATP gegen externes Kalium aus.
Der Ruhezustand eines Neurons (in Ihrem Beispiel -60 mV) ist jedoch eine Kombination aus dem Gleichgewicht von Natrium, Kalium, Chlor und anderen Ionen. Wenn also die Membran über das Ruhepotential hinaus hyperpolarisiert, ist es tatsächlich das Leckpotential, das das Membranpotential wieder nach oben bringt, nicht die Natrium-Kalium-Pumpe.
Leckpotentiale entstehen durch Ionen (meist Chlor), die über immer offene Kanäle die Membran passieren. Darüber hinaus werden die Natriumkanäle reaktiviert und eine kleine Menge Natrium kann eindringen. (Erinnern Sie sich, dass in einer Population normalerweise eine kleine Menge an Natriumkanälen im Ruhezustand geöffnet ist. Ein weiterer Faktor ist, dass die Kaliumkanäle den anderen schließen, um Faktoren zu dominieren und die Membran langsam wieder in den Ruhezustand zu bringen. Denken Sie daran, dass Ruhe als Gleichgewicht definiert ist von Strömen, es werden immer kleine Mengen an Strömen fließen.Obwohl das Neuron im Ruhezustand ist, dringen also kleine Mengen Natrium ein undweniger Kalium aus.Die Natrium-Kalium-Pumpe hält das Gleichgewichtspotential aufrecht, dasdiesen Strömen erlaubt, zu fließen.
Die Natrium-Kalium-Pumpe ist ein langsamerer Prozess, daher kann sie normalerweise über eine einzelne Spitze hinweg ignoriert werden. Aber wenn es einen Hochfrequenz-Spitzenzug gibt, dann kann sich die kleine Menge Natrium, die in die Zelle eintritt, und Kalium, das die Zelle verlässt, summieren und die Gleichgewichtspotentiale der einzelnen Ionen beeinflussen. Dies verändert natürlich die Feuereigenschaften des Neurons.
Sehr gute Frage. Die meisten Ihrer Argumente sind nach bestem Wissen und Gewissen zutreffend. Um Ihre Fragen zu beantworten, werde ich ein grundlegendes Modell des Verständnisses bereitstellen. (Haftungsausschluss: - Es tut mir leid, wenn die Erklärung übermäßig durcheinander und verwirrend erscheint )
Die Potentialdifferenz über der Zellmembran muss zu jedem Zeitpunkt so sein, dass alle Flüsse ausgeglichen sind. Nehmen wir an, es gibt eine Zelle mit nichts als Kalium und nicht diffundierbaren negativen Proteinen. Da Kalium das einzige Ion ist, das einen Fluss haben kann, ist die einzige ausgeglichene Position diejenige mit Nullfluss, da jede Netto-Ionenbewegung eine Potentialänderung verursacht und daher nicht der ausgeglichene Zustand ist. Nullfluss wird erreicht, wenn das Konzentrationsverhältnis von Kalium außen und innen so ist, dass die Potentialdifferenz gleich dem Nernst-Potential von Kalium ist.
Um es zu verkomplizieren, fügen wir Natrium hinzu. Jetzt sollte der ausgeglichene Zustand einen Nettofluss von Null haben. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Flüsse beider Ionen Null sind. Sie können gleich und entgegengesetzt sein. Nehmen wir an, dass die Permeabilität der Membran für beide gleich ist. Dann wäre das ausgeglichene Potential gleich weit vom Nernst-Potential beider Ionen entfernt. Denn die Permeabilität ist abstrakt ein Maß für den Widerstand. Der Fluss ist die Potentialdifferenz (zwischen dem Nernst-Potential, wo der Fluss Null wäre, und dem Membranpotential) dividiert durch den Widerstand (wie ein einfacher Strom), der nur dann gleich wäre, wenn diese Differenz gleich ist, also für a Membranpotential in der Mitte zwischen ihren Nernstpotentialen. Daher wird das Ion, das eine höhere Permeabilität hat, einen geringeren Widerstand haben, und mit einem großen gleich dem anderen Ion sein und ein Hoch (geringe Durchlässigkeit). Dies , ist nicht das Membranpotential, sondern die Differenz zwischen diesem Potential und dem Nernstpotential.
Nun zu deiner ersten Frage
...das Ruhemembranpotential wird aus dem hyperpolarisierten Zustand erreicht....
Dies ist einfach zu verstehen, da die Öffnung der Kaliumkanäle den Potentialabfall verursacht wurde nun zurückgesetzt und die Durchlässigkeiten wurden auf die ursprünglichen Ruhewerte zurückgesetzt. Da der Gleichgewichtszustand nur von den Permeabilitäten abhängt, ist der Gleichgewichtszustand davon der RMP ( ), die die Zelle erreichen wird. Seit unausgeglichen ist, bewirkt der leicht unausgeglichene Fluss eine Drift des Potentials in Richtung und wenn es ihn erreicht, stimmen die Flüsse überein und weichen daher nicht weiter ab. Die Drift ist darauf zurückzuführen, dass sich mehr von einem Ion als von dem anderen bewegt, was eine Nettobewegung von Ladungen über die Membran verursacht.
.... hier kommt die Wirkung der Natrium-Kalium-Pumpen ins Spiel....
Das ist leicht zu verstehen, aber schwer zu berechnen. Da die Natrium-Kalium-Pumpe unausgeglichen ist (sie gibt 3 Natriume ab und nimmt 2 Kaliume auf), trägt sie immer einen Nettofluss bei. Daher müssen die verbleibenden Kanäle, anstatt genau gleiche Natrium-Kalium-Flüsse zu haben, einen leichten Kaliumüberschuss haben, um den geringen Fluss auszugleichen, der von der Pumpe beigetragen wird. Als Ergebnis kann der Effekt auf zwei Arten berechnet werden.
Wir finden den Nettoflussbeitrag der Pumpe. Jetzt wissen wir, um welchen Betrag der Kaliumfluss größer sein sollte als der Natriumfluss in den verbleibenden Kanälen, die der PD / R-Formel folgen, und daher können wir die PD so berechnen, dass die Flüsse einen bestimmten Unterschied aufweisen (gleich dem von der Pumpe beigetragenen Fluss). )
Wir führen Experimente durch und finden direkt eine Nettomenge an potentieller "Korrektur", die wegen der Pumpe, die bemerkenswert konstant bleiben wird, zu dem durch Anpassen von Flüssen berechneten Potential hinzugefügt werden muss. Diese Methode ist einfacher und der Wert der Korrektur kann der Literatur online entnommen werden.
Hoffe das hat geholfen. Fühlen Sie sich frei, um Erläuterungen zu bitten. Wenn Sie Internet-Links oder Referenzen wünschen, fragen Sie. :)
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