Hyperpolarizace

Hyperpolarizace je biologický proces, při kterém se membránové napětí zvyšuje a překračuje klidovou hodnotu. Tento mechanismus je důležitý pro funkci svalových, nervových a senzorických buněk v lidském těle. Umožňuje tělu aktivovat a ovládat činnosti, jako jsou pohyby svalů nebo vidění.

Co je to hyperpolarizace?

Buňky v lidském těle jsou uzavřeny membránou. Je také známá jako plazmová membrána a sestává z lipidové dvojvrstvy. Odděluje intracelulární oblast, cytoplazmu, od okolní oblasti.

Membránové napětí buněk v lidském těle, jako jsou svalové, nervové nebo senzorické buňky v oku, má v klidu klidový potenciál. Toto membránové napětí vyplývá ze skutečnosti, že uvnitř buňky a v extracelulární oblasti, tj. mimo buňky je kladný náboj.

Hodnota klidového potenciálu se liší v závislosti na typu buňky. Pokud je tento klidový potenciál membránového napětí překročen, dojde k hyperpolarizaci membrány. Díky tomu je membránové napětí negativnější než během zbytkového potenciálu, tj. náboj uvnitř buňky je ještě negativnější.

K tomu obvykle dochází po otevření nebo uzavření iontových kanálů v membráně. Tyto iontové kanály jsou draslíkové, vápenaté, chloridové a sodíkové kanály, které fungují napěťově závislým způsobem.

K hyperpolarizaci dochází v důsledku draslíkových kanálů závislých na napětí, které potřebují určitou dobu k uzavření po překročení klidového potenciálu. Transportují kladně nabité ionty draslíku do extracelulární oblasti. To krátce vede k zápornějšímu náboji uvnitř buňky, k hyperpolarizaci.

Funkce a úkol

Hyperpolarizace buněčné membrány je součástí takzvaného akčního potenciálu. Skládá se z různých fází. Prvním stupněm je překročení prahového potenciálu buněčné membrány, následované depolarizací, uvnitř buňky je kladnější náboj. To pak vede k repolarizaci, což znamená, že klidový potenciál je znovu dosažen. Poté dojde k hyperpolarizaci, než buňka znovu dosáhne klidového potenciálu.

Tento proces se používá k přenosu signálů. Nervové buňky vytvářejí akční potenciály v oblasti axonové mohyly poté, co přijaly signál. To se pak přenáší podél axonu ve formě akčních potenciálů.

Synapsie nervových buněk pak přenášejí signál do další nervové buňky ve formě neurotransmiterů. Ty mohou mít aktivační účinek nebo také inhibiční účinek. Tento proces je nezbytný při přenosu signálů, například v mozku.

Vidění se také provádí podobným způsobem. Buňky v oku, tzv. Tyčinky a kužely, přijímají signál z vnějšího světelného podnětu. To vede k vytvoření akčního potenciálu a stimul se přenáší do mozku. Je zajímavé, že k vývoji stimulu nedochází prostřednictvím depolarizace, jako je tomu v případě jiných nervových buněk.

Ve své klidové poloze mají nervové buňky membránový potenciál -65 mV, zatímco vizuální buňky mají membránový potenciál -40 mV při klidovém potenciálu. Mají pozitivnější membránový potenciál než nervové buňky, i když jsou v klidu. Ve vizuálních buňkách se stimul vyvíjí hyperpolarizací. Výsledkem je, že vizuální buňky uvolňují méně neurotransmiterů a nervové buňky po proudu mohou stanovit intenzitu světelného signálu na základě redukce neurotransmiterů. Tento signál je poté zpracován a vyhodnocen v mozku.

Hyperpolarizace spouští inhibiční postsynaptický potenciál (IPSP) v případě vidění nebo v určitých neuronech. Naproti tomu neurony často aktivují postsynaptické potenciály (APSP).

Další důležitou funkcí hyperpolarizace je, že brání buňce v opětovném spuštění akčního potenciálu na základě jiných signálů. Takže dočasně inhibuje vytváření podnětů v nervové buňce.

Nemoci a nemoci

Srdeční a svalové buňky mají kanály HCN. HCN znamená kationtové kanály aktivované hyperpolarizací aktivovanými cyklickými nukleotidy. Jedná se o kationtové kanály, které jsou regulovány hyperpolarizací buňky. U lidí jsou známy 4 formy těchto kanálů HCN. Nazývají se HCN-1 až HCN-4. Podílejí se na regulaci srdečního rytmu a na aktivitě spontánně aktivujících nervových buněk. V neuronech působí proti hyperpolarizaci, takže buňka může dosáhnout klidového potenciálu rychleji. Zkracují tak tzv. Žáruvzdornou periodu, která popisuje fázi po depolarizaci. Na druhé straně v srdečních buňkách regulují diastolickou depolarizaci, která je generována v sinusovém uzlu srdce.

Ve studiích na myších bylo prokázáno, že ztráta HCN-1 způsobuje poruchu motorického pohybu. Nepřítomnost HCN-2 vede k poškození neuronů a srdce a ztráta HCN-4 vede ke smrti zvířat. Bylo spekulováno, že tyto kanály mohou být spojeny s epilepsií u lidí.

Kromě toho jsou známy mutace ve formě HCN-4, které vedou k srdeční arytmii u lidí. To znamená, že určité mutace kanálu HCN-4 mohou vést k narušení srdečního rytmu.Kanály HCN jsou proto také cílem lékařských terapií pro srdeční arytmie, ale také pro neurologické defekty, ve kterých hyperpolarizace neuronů trvá příliš dlouho.

Pacienti se srdečními arytmiemi, které lze vysledovat zpět k poruše kanálu HCN-4, jsou léčeni specifickými inhibitory. Je však třeba zmínit, že většina terapií týkajících se kanálů HCN je stále v experimentální fázi, a proto ještě nejsou pro člověka dostupné.