hiperpolarizacija

hiperpolarizacija je biološki proces u kojem se napetost membrane povećava i premašuje vrijednost mirovanja. Ovaj je mehanizam važan za rad mišićnih, živčanih i senzornih stanica u ljudskom tijelu. Omogućuje da akcije kao što su pokreti mišića ili vizija tijelo može omogućiti i kontrolirati.

Što je hiperpolarizacija?

Stanice u ljudskom tijelu zatvorene su membranom. Poznata je i kao plazma membrana i sastoji se od lipidnog sloja. Odvaja intracelularno područje, citoplazmu, od okolnog područja.

Membranska napetost stanica u ljudskom tijelu, poput mišića, živaca ili senzornih stanica u oku, ima potencijal mirovanja kad se odmara. Ova napetost membrane proizlazi iz činjenice da postoji negativan naboj unutar stanice i u izvanćelijskom području, tj. izvan stanica postoji pozitivan naboj.

Vrijednost potencijala za mirovanje razlikuje se ovisno o vrsti stanice. Ako se prekorači ovaj potencijal odmora napona membrane, dolazi do hiperpolarizacije membrane. Zbog toga napon membrane postaje negativniji nego za vrijeme odmora, tj. naboj unutar ćelije postaje još negativniji.

To se obično događa nakon otvaranja ili također zatvaranja ionskih kanala u membrani. Ti ionski kanali su kalijev, kalcijev, kloridni i natrijev kanal koji djeluju na način koji ovisi o naponu.

Hiperpolarizacija se javlja zbog kalijevih kanala ovisnih o naponu, kojima je potrebno određeno vrijeme da se zatvori nakon što se premaši potencijal odmora. Prevoze pozitivno nabijene kalijeve ione u izvanstanično područje. To ukratko dovodi do negativnog naboja unutar stanice, hiperpolarizacije.

Funkcija i zadatak

Hiperpolarizacija stanične membrane je dio takozvanog akcijskog potencijala. To se sastoji od različitih faza. Prva faza je prekoračenje graničnog potencijala stanične membrane, nakon čega slijedi depolarizacija, unutar stanice postoji pozitivniji naboj. To onda vodi do repolarizacije, što znači da se potencijal odmora postiže ponovo. Hiperpolarizacija se tada odvija prije nego što stanica ponovno dosegne potencijal odmora.

Ovaj se postupak koristi za relej signala. Živčane stanice formiraju akcijske potencijale u području aksonske nasipa nakon što su primili signal. Zatim se prenosi u obliku akcijskih potencijala duž aksona.

Sinapsi živčanih stanica potom prenose signal na sljedeću živčanu stanicu u obliku neurotransmitera. Oni mogu imati aktivirajuće djelovanje ili također mogu imati inhibirajuće djelovanje. Proces je ključan za prijenos signala, na primjer, u mozgu.

Viđenje se vrši na sličan način. Stanice oka, takozvane šipke i stožci, primaju signal od vanjskog svjetlosnog podražaja. To dovodi do stvaranja akcijskog potencijala i poticaj se prenosi na mozak. Zanimljivo je da se razvoj stimulusa ovdje ne odvija kao kod ostalih živčanih stanica putem depolarizacije.

U svom mirovanju, živčane stanice imaju membranski potencijal od -65mV, dok vizualne stanice imaju membranski potencijal -40mV u mirovanju. To znači da u stanju mirovanja već imaju pozitivniji potencijal membrane nego živčane stanice. U vizualnim stanicama podražaj se razvija hiperpolarizacijom. Kao rezultat, vizualne stanice oslobađaju manje neurotransmitera, a živčane stanice nizvodno mogu odrediti intenzitet svjetlosnog signala na temelju smanjenja neurotransmitera. Taj se signal potom obrađuje i procjenjuje u mozgu.

Hiperpolarizacija aktivira inhibicijski postsinaptički potencijal (IPSP) u slučaju vida ili određenih neurona. Suprotno tome, neuroni često aktiviraju postsinaptičke potencijale (APSP).

Druga važna funkcija hiperpolarizacije je ta da sprječava stanicu da prebrzo aktivira akcijski potencijal na temelju drugih signala. Dakle, privremeno inhibira stvaranje podražaja u živčanoj stanici.

Bolesti i bolesti

Stanice srca i mišića imaju HCN kanale. HCN označava ciklične nukleotidne kanalizacijske kanale aktivirane hiperpolarizacijom. To su kationski kanali koji su regulirani hiperpolarizacijom stanice. Kod ljudi su poznata 4 oblika ovih HCN kanala. Nazivaju se HCN-1 kroz HCN-4. Sudjeluju u regulaciji srčanog ritma i u aktivnosti spontano aktiviranja živčanih stanica. U neuronima djeluju protiv hiperpolarizacije tako da stanica brže može dostići potencijal odmora. Oni skraćuju takozvani vatrostalni period, koji opisuje fazu nakon depolarizacije. U srčanim stanicama, međutim, oni reguliraju dijastoličku depolarizaciju, koja nastaje na sinusnom čvoru srca.

U studijama s miševima dokazano je da gubitak HCN-1 stvara oštećenje motoričkog pokreta. Odsustvo HCN-2 dovodi do oštećenja neurona i srca, a gubitak HCN-4 dovodi do smrti životinja. Nagađa se da bi ti kanali mogli biti povezani s epilepsijom kod ljudi.

Pored toga, poznate su mutacije u obliku HCN-4 koje dovode do srčane aritmije kod ljudi. To znači da određene mutacije HCN-4 kanala mogu dovesti do poremećaja srčanog ritma.Kanali HCN tako su i meta medicinskih terapija za srčane aritmije, ali i za neurološka oštećenja u kojima hiperpolarizacija neurona traje predugo.

Pacijenti s srčanom aritmijom koji se mogu pratiti do kvara HCN-4 kanala liječe se specifičnim inhibitorima. Međutim, mora se spomenuti da je većina terapija koje se odnose na HCN kanale još uvijek u eksperimentalnoj fazi i stoga još uvijek nisu dostupne ljudima.