Aksiyon potansiyeli: nöronların mesajı
Aksiyon potansiyeli beynimizin nöronlarında meydana gelen kısa vadeli elektriksel veya kimyasal bir fenomendir. Diğer nöronlara iletilecek olan mesaj olduğu söylenebilir.
Soma olarak da adlandırılan hücre gövdesinde (çekirdek) üretilir. Terminal düğmesi adı verilen aksonun sonuna kadar (nöronun uzaması, bir kabloya benzer şekilde) sonuna kadar hareket eder.
Belirli bir aksondaki aksiyon potansiyelleri her zaman aynı süreye ve yoğunluğa sahiptir. Akson diğer uzantılara dallanırsa, hareket potansiyeli bölünür, ancak yoğunluğu azalmaz.
Aksiyon potansiyeli nöronun terminal düğmelerine ulaştığında, nörotransmiterler adı verilen kimyasalları salgılar. Bu maddeler, söz konusu nöronda bir aksiyon potansiyeli yaratabilen, onları alan nöronu uyarır veya inhibe eder.
Nöronların aksiyon potansiyelleri hakkında bilinenlerin çoğu dev kalamar aksonları ile yapılan deneylerden geliyor. Başından kuyruğa doğru uzandığı için büyüklüğü nedeniyle çalışması kolaydır. Hayvanın hareket edebilmesi için hizmet ederler.
Nöronal membran potansiyeli
Nöronların içlerinde dıştan farklı elektrik yükleri vardır. Bu fark membran potansiyeli olarak adlandırılır.
Bir nöron dinlenme potansiyeline sahip olduğunda, elektrik yükünün uyarıcı veya inhibe edici sinaptik potansiyeller tarafından değiştirilmediği anlamına gelir.
Buna karşılık, diğer potansiyeller onu etkilediğinde, membran potansiyeli azaltılabilir. Bu depolarizasyon olarak bilinir.
Veya, aksine, membran potansiyeli normal potansiyeline göre arttığında, hiperpolarizasyon denilen bir fenomen ortaya çıkar.
Membran potansiyelinin çok hızlı bir şekilde ters çevrilmesi aniden ortaya çıktığında, bir eylem potansiyeli verilir. Bu, nöron aksonundan geçen mesaja çevrilen kısa bir elektriksel dürtüden oluşur. Hücre gövdesinde başlar, terminal düğmelerine ulaşır.
Bir eylem potansiyelinin meydana gelmesi için, elektriksel değişikliklerin uyarma eşiği adı verilen bir eşiğe ulaşması gerektiğine dikkat etmek önemlidir. Aksiyon potansiyelinin gerçekleşmesi için mutlaka ulaşılması gereken zar potansiyelinin değeridir.
Etki potansiyeli ve iyon seviyesindeki değişiklikler
Normal koşullar altında nöron, içindeki sodyum (Na +) almaya hazırdır. Bununla birlikte, zarı bu iyon için çok geçirgen değildir.
Ek olarak, sodyum iyonlarının ondan uzaklaştırılmasından ve içine potasyum iyonlarının eklenmesinden sorumlu olan hücrelerin zarında bulunan bir protein olan iyi bilinen "sodyum-potasyum taşıyıcıları" na sahiptir. Özellikle, ekstre edilen her 3 iyon sodyum için iki potasyum girin.
Bu taşıyıcılar hücre içinde düşük bir sodyum seviyesini korur. Hücrenin geçirgenliği artarsa ve aniden daha fazla miktarda sodyum girerse, membran potansiyeli kökten değişecektir. Görünüşe göre, bu bir eylem potansiyelini tetikleyen şey.
Özellikle, zarın sodyuma geçirgenliği artar ve bunlara nöronun içine girilir. Aynı zamanda, bu, potasyum iyonlarının hücreden ayrılmasını sağlar.
Geçirgenlikteki bu değişiklikler nasıl gerçekleşir?
Hücreler, iyon kanalları adı verilen çok sayıda proteine zarlarına gömülmüşlerdir. Bunlar, her zaman açık olmasalar da, iyonların hücrelere girip çıkabildiği açıklıklara sahiptir. Kanallar belirli olaylara göre kapatılır veya açılır.
Çok sayıda iyon kanalı türü vardır ve her biri genellikle belirli iyon türlerini sürmek için uzmanlaşmıştır.
Örneğin, açık bir sodyum kanalı saniyede 100 milyondan fazla iyon geçebilir.
Aksiyon potansiyelleri nasıl üretiliyor?
Nöronlar elektrokimyasal olarak bilgi iletir. Bu, kimyasalların elektrik sinyalleri ürettiği anlamına gelir.
Bu kimyasalların elektrik yükü vardır, bu yüzden iyon denir. Sinir sistemlerinde en önemlisi pozitif yükü olan sodyum ve potasyumdur. Kalsiyum (2 pozitif yük) ve klor (ek bir yük) ek olarak.
Membran potansiyelindeki değişiklikler
Bir eylem potansiyelinin gerçekleşmesi için ilk adım, hücrenin membran potansiyelindeki bir değişikliktir. Bu değişiklik, uyarılma eşiğini aşmalıdır.
Özellikle, depolarizasyon olarak adlandırılan zar potansiyelinde bir azalma vardır.
Sodyum kanallarının açılması
Sonuç olarak, zara gömülü olan sodyum kanalları açılır ve böylece sodyumun nöronun içine yoğun bir şekilde girmesine izin verilir. Bunlar difüzyon ve elektrostatik basınç kuvvetleri tarafından tahrik edilir.
Sodyum iyonları pozitif olarak yüklendiklerinde, membran potansiyelinde hızlı bir değişim meydana getirirler.
Potasyum kanallarının açılması
Akson zarı hem sodyum hem de potasyum kanallarına sahiptir. Bununla birlikte, ikincisi daha sonra daha açıktır çünkü daha az hassastırlar. Yani, açılmak için daha yüksek seviyelerde depolarizasyona ihtiyaçları var ve bu yüzden daha sonra açılıyorlar.
Sodyum kanallarının kapatılması
Eylem potansiyelinin maksimum değerine ulaştığı bir zaman gelir. Bu süreden sonra, sodyum kanalları bloke edilir ve kapanır.
Membran tekrar dinlenme potansiyeline ulaşana kadar bir daha açılamazlar. Sonuç olarak, nörona daha fazla sodyum giremez.
Potasyum kanallarının kapanması
Bununla birlikte, potasyum kanalları açık kalır. Bu, potasyum iyonlarının hücreden akmasına izin verir.
Difüzyon ve elektrostatik basınç nedeniyle, aksonun içi pozitif yüklü olduğundan, potasyum iyonları hücreden dışarı itilir.
Böylece, zar potansiyeli her zamanki değerini kurtarır. Yavaş yavaş, potasyum kanalları kapanıyor.
Bu katyon çıkışı, membran potansiyelinin normal değerini geri kazanmasına neden olur. Bu olduğunda, potasyum kanalları tekrar kapanmaya başlar.
Membran potansiyelinin normal değerine ulaştığı anda, potasyum kanalları tamamen kapanır. Bir süre sonra, sodyum kanalları yeniden aktive edilir ve onları açmak için başka bir depolarizasyona hazırlanır.
Son olarak, sodyum-potasyum taşıyıcıları girmiş olan sodyumu salgılar ve daha önce bırakmış olan potasyumu geri kazanır.
Bilgi akson tarafından nasıl yayılır?
Akson, bir kabloya benzer olanın bir uzantısı olan nöronun bir kısmından oluşur. Fiziksel olarak uzaktaki nöronların bağlantı kurup bilgi göndermesine izin vermek için çok uzun olabilirler.
Aksiyon potansiyeli akson boyunca ilerler ve bir sonraki hücreye mesaj göndermek için terminal düğmelerine ulaşır.
Aksiyon potansiyelinin yoğunluğunu aksonun farklı bölgelerinden ölçersek, yoğunluğunun tüm alanlarda aynı kaldığını buluruz.
Ya hep ya hiç
Bunun nedeni, aksonal iletimin temel bir yasayı takip etmesidir: ya hepinin ya da hiçbir şeyin yasası. Yani, bir eylem potansiyeli verilir veya verilmez. Başladıktan sonra, akson boyunca uçlarına kadar ilerler, daima aynı büyüklüğü korur, artmaz veya azalmaz. Ayrıca, eğer bir akson dallanırsa, hareket potansiyeli bölünür, ancak büyüklüğünü korur.
Aksiyon potansiyelleri, nöronun soma- sına bağlı olan aksonun sonunda başlar. Normalde, genellikle sadece bir yönde hareket ederler.
Aksiyon ve davranış potansiyelleri
Bu noktada kendinize şu soruyu sorabilirsiniz: eğer aksiyon potansiyeli tamamen ya da hiç bir süreçse, farklı yoğunluk seviyeleri arasında değişiklik gösterebilecek kas kasılması gibi bazı davranışlar nasıl ortaya çıkar? Bu, frekans yasası nedeniyle olur.
Frekans kanunu
Olan, tek bir eylem potansiyelinin doğrudan bilgi sağlamadığıdır. Bunun yerine, bilgi bir aksonun boşalma veya atış hızı ile belirlenir. Yani, eylem potansiyellerinin meydana gelme sıklığı. Bu "frekans yasası" olarak bilinir.
Bu nedenle, yüksek aksiyon potansiyeli sıklığı, çok yoğun bir kas kasılmasına neden olur.
Aynısı algı ile olur. Örneğin, yakalanacak çok parlak bir görsel uyarıcı, gözlere bağlı olan aksonlarda yüksek bir "ateşleme hızı" üretmelidir. Bu şekilde, aksiyon potansiyellerinin frekansı fiziksel bir uyarıcının yoğunluğunu yansıtır.
Bu nedenle, ya hep ya hiç yasanın yasası, frekans yasası ile tamamlanmaktadır.
Diğer bilgi alışverişi şekilleri
Aksiyon potansiyelleri nöronlarda meydana gelen tek elektrik sinyali değildir. Örneğin, bir sinaps aracılığıyla bilgi göndermek, verileri alan nöronun zarına küçük bir elektrik impulsu verir.
Bazı durumlarda, bir etki potansiyeli oluşturmak için çok zayıf olan hafif bir depolarizasyon, zar potansiyelini biraz değiştirebilir.
Bununla birlikte, bu değişiklik aksondan geçerken azar azar azalır. Bu tür bilgi aktarımında ne sodyum ne de potasyum kanalları açılır veya kapanmaz.
Böylece, akson bir su altı kablosu gibi davranır. Sinyal tarafından iletildiğinde, genliği azalır. Bu, iletimin azalması olarak bilinir ve aksonun özellikleri nedeniyle oluşur.
Aksiyon potansiyelleri ve miyelin
Hemen hemen tüm memelilerin aksonları miyelin ile kaplıdır. Yani sinir iletimini sağlayan ve onu daha hızlı yapan bir maddeyle çevrili bölümleri vardır. Miyelin, hücre dışı sıvının erişmesine izin vermeden akson etrafına sarılır.
Miyelin, merkezi sinir sisteminde oligodendrositler adı verilen hücreler tarafından üretilir. Periferik sinir sisteminde Schwann hücreleri tarafından üretilirken.
Miyelin kılıfları olarak bilinen miyelin segmentleri, aksonun ele geçen bölgelerine bölünmüştür. Bu bölgelere Ranvier nodülleri denir ve hücre dışı sıvı ile temas halindedirler.
Aksiyon potansiyeli, miyelinsiz bir aksonda (miyelin tarafından kaplanmayan) miyelinli olandan farklı bir şekilde iletilir.
Etki potansiyeli, miyelin ile kaplı aksonal zar boyunca kablonun özellikleri ile hareket edebilir. Bu şekilde akson, elektriksel değişimi, hareket potansiyelinin oluştuğu yerden bir sonraki Ranvier nodülüne iletir.
Bu değişiklik hafifçe azalır, ancak bir sonraki düğümde bir aksiyon potansiyeli uyandıracak kadar yoğundur. Daha sonra, bu potansiyel tekrar tetiklenir veya Ranvier'in her bir düğümünde, miyelinlenmiş bölge boyunca bir sonraki düğüme taşınır.
Bu tür eylem potansiyeli iletimi, tuzlanma iletimi olarak adlandırılır. Adı “dans etmek” anlamına gelen Latince “saltare” den geliyor. Kavram, dürtü nodülden nodüle atlıyor gibi görünüyor.
Eylem potansiyellerini iletmek için saltatory iletimin avantajları
Bu tür bir sürüşün avantajları vardır. İlk olarak, enerji tasarrufu için. Sodyum-potasyum taşıyıcıları, aksiyon potansiyelleri sırasında akson içinden fazla sodyum çıkaran çok fazla enerji harcarlar.
Bu sodyum-potasyum taşıyıcıları, aksonun miyelinle kaplı olmayan bölgelerinde bulunur. Bununla birlikte, miyelinli bir aksonda, sodyum sadece Ranvier'in nodüllerine girebilir. Bu nedenle, çok daha az sodyum girer ve bu nedenle dışarıya daha az sodyum pompalanması gerekir. Bu nedenle, sodyum-potasyum taşıyıcıları daha az çalışmak zorundadır.
Miyelinin bir başka yararı da ne kadar hızlı olduğu. Etki potansiyeli, miyelinli bir aksonda daha hızlı bir şekilde tahrik edilir, çünkü dürtü, bir aksondan diğerine atlamak zorunda kalmadan, tüm akson boyunca ilerlemek zorunda kalmaz.
Hızdaki bu artış, hayvanların daha hızlı düşünmesini ve tepki vermesini sağlar. Kalamar gibi diğer canlılarda, boyutlarındaki artıştan dolayı hızlanan miyelinsiz aksonlar vardır. Kalamarın aksonları, daha hızlı hareket etmelerini sağlayan (saniyede yaklaşık 35 metre) büyük bir çapa (yaklaşık 500 )m) sahiptir.
Bununla birlikte, aynı hızda, kedi aksonlarındaki hareket potansiyelleri, 6 um'lik bir çapa sahip olmalarına rağmen hareket eder. Olan bu aksonların miyelin içermesi.
Miyelinli bir akson, 20 diameterm çapında, saatte yaklaşık 432 kilometre hızında aksiyon potansiyellerine yol açabilir.
