hyperpolarisering

De hyperpolarisering är en biologisk process där membranspänningen ökar och överskrider vilvärdet. Denna mekanism är viktig för funktionen av muskel-, nerv- och sensoriska celler i människokroppen. Det gör att åtgärder som muskelrörelser eller syn kan aktiveras och kontrolleras av kroppen.

Vad är hyperpolarisationen?

Celler i människokroppen är inneslutna av ett membran. Det är också känt som plasmamembranet och består av en lipid-dubbelskikt. Det separerar det intracellulära området, cytoplasma, från det omgivande området.

Membranspänningen hos celler i människokroppen, såsom muskel-, nerv- eller sensoriska celler i ögat, har en vilopotential när du är i vila. Denna membranspänning uppstår genom det faktum att det finns en negativ laddning inuti cellen och i det extracellulära området, d.v.s. utanför cellerna finns det en positiv laddning.

Värdet för vilopotentialen varierar beroende på celltypen. Om denna vilopotential för membranspänningen överskrids sker hyperpolarisering av membranet. Detta gör membranspänningen mer negativ än under vilopotentialen, d.v.s. laddningen inuti cellen blir ännu mer negativ.

Detta sker vanligtvis efter öppning eller stängning av jonkanaler i membranet. Dessa ionkanaler är kalium-, kalcium-, klorid- och natriumkanaler som fungerar på ett spänningsberoende sätt.

Hyperpolarisationen sker på grund av spänningsberoende kaliumkanaler som behöver en viss tid för att stänga efter att vilopotentialen har överskridits. De transporterar de positivt laddade kaliumjonerna till det extracellulära området. Detta leder kort till en mer negativ laddning inuti cellen, hyperpolarisationen.

Funktion & uppgift

Hyperpolarisationen av cellmembranet är en del av den så kallade handlingspotentialen. Detta består av olika stadier. Det första steget är överskridandet av tröskelpotentialen för cellmembranet, följt av depolarisering, det finns en mer positiv laddning inuti cellen. Detta leder sedan till ompolarisering, vilket innebär att vilopotentialen nås igen. Sedan sker hyperpolarisationen innan cellen når vilopotentialen igen.

Denna process används för att vidarebefordra signaler. Nervceller bildar handlingspotentialer i området för axonhögen efter att de har fått en signal. Detta överförs sedan längs axon i form av handlingspotentialer.

Synapserna i nervcellerna överför sedan signalen till nästa nervcell i form av neurotransmittorer. Dessa kan ha en aktiverande effekt eller också ha en hämmande effekt. Processen är väsentlig för överföring av signaler, till exempel i hjärnan.

Att se är gjort på liknande sätt. Celler i ögat, de så kallade stavarna och kottarna, får signalen från den yttre ljusstimulan. Detta leder till bildandet av handlingspotentialen och stimulansen överförs till hjärnan. Intressant är att stimulansutvecklingen inte sker genom depolarisering, som är fallet med andra nervceller.

I sin viloposition har nervceller en membranpotential på -65 mV, medan visuella celler har en membranpotential på -40 mV vid en vilopotential. De har en mer positiv membranpotential än nervceller även när de är i vila. När det gäller visuella celler utvecklas stimulansen genom hyperpolarisering. Som ett resultat frisätter de visuella cellerna färre neurotransmittorer och de nedströms nervcellerna kan bestämma intensiteten hos ljussignalen baserat på minskningen av neurotransmittorer. Denna signal bearbetas sedan och utvärderas i hjärnan.

Hyperpolarisationen utlöser en hämmande postsynaptisk potential (IPSP) för syn eller i vissa neuroner. Däremot aktiverar neuroner ofta postsynaptiska potentialer (APSP).

En annan viktig funktion för hyperpolarisering är att den förhindrar cellen från att utlösa en handlingspotential för snabbt baserat på andra signaler. Så det hämmar tillfälligt genereringen av stimuli i nervcellen.

Sjukdomar och sjukdomar

Hjärta- och muskelceller har HCN-kanaler. HCN står för hyperpolarisationsaktiverade cykliska nukleotid-gated katjonskanaler. Dessa är katjonskanaler som regleras av hyperpolarisationen av cellen. Fyra former av dessa HCN-kanaler är kända hos människor. De kallas HCN-1 till HCN-4. De är involverade i regleringen av hjärtrytmen och i aktiviteten för spontant aktiverande nervceller. I neuroner motverkar de hyperpolarisering så att cellen kan nå vilopotentialen snabbare. Så de förkortar den så kallade eldfasta perioden, som beskriver fasen efter depolarisering. I hjärtceller, å andra sidan, reglerar de den diastoliska depolariseringen, som alstras vid sinusnoden i hjärtat.

I studier med möss har förlusten av HCN-1 visat sig skapa en motorisk rörelsesfel. Frånvaron av HCN-2 leder till neuronal och hjärtskada och förlusten av HCN-4 leder till djurens död. Det har spekulerats att dessa kanaler kan vara kopplade till epilepsi hos människor.

Dessutom är mutationer i HCN-4-formen kända som leder till hjärtarytmi hos människor. Detta innebär att vissa mutationer i HCN-4-kanalen kan leda till störningar i hjärtrytmen.HCN-kanalerna är därför också målet för medicinska terapier för hjärtarytmier, men också för neurologiska defekter där hyperpolarisationen av neuronerna varar för länge.

Patienter med hjärtarytmier som kan spåras tillbaka till ett fel i HCN-4-kanalen behandlas med specifika hämmare. Det måste emellertid nämnas att de flesta terapier relaterade till HCN-kanalerna fortfarande befinner sig i experimentsteget och därför inte är tillgängliga för människor ännu.