Membranpotensial og nerveimpuls
Det er en liten ladningsforskjell mellom innsiden og utsiden av alle celler. Denne kalles membranpotensialet og skyldes fordelingen av positive og negative ioner. Den lille ladningsforskjellen er viktig for transporten av stoffer gjennom cellemembranen.
Membranpotensialet er tilnærmet konstant i de fleste celler bortsett fra nervecellene.
I en nervecelle som hviler, kalles membranpotensialet for hvilepotensial. I en nervecelle som er i aktivitet, kalles det for aksjonspotensial.
Ladningsforskjellen på inn- og utsiden av en nervecelle som er i ro og ikke sender nerveimpulser, kalles hvilepotensialet og er på cirka – 70 mV (millivolt).
Nerveimpulser er elektriske signaler som skapes av ioner som beveger seg gjennom cellemembranen i en nervecelle. Ionene finnes i ulike konsentrasjoner på utsiden og innsiden av cellemembranen. Disse ionene kan bare komme inn i og ut av cellene gjennom ionekanaler og bærerproteiner.
Ved passiv transport av ioner kreves det ikke energi. Det er konsentrasjonsforskjeller som får ionene til å bevege seg ved passiv transport. Vi sier at de diffunderer fra høy til lav konsentrasjon.
Dersom det bare hadde vært passiv transport med diffusjon i cellene, ville det ha blitt lik fordeling av ioner på begge sider av membranen. Da ville transporten ha stoppet opp.
Ionepumper motvirker dette ved å transportere ioner mot konsentrasjonsgradienten, altså fra steder med lav konsentrasjon til steder med høy konsentrasjon av ioner. Dette krever energi og kalles aktiv transport. Aktiv transport av ioner opprettholder konsentrasjonsforskjellen på inn- og utsiden av membranen og muliggjør passiv transport av ioner ved diffusjon.
I nervesystemet er natrium-kalium-pumpa spesielt viktig. Dette er ei ionepumpe som aktivt transporterer natriumioner (Na+) ut av cellen og kaliumioner (K+) inn i cellen. Dermed opprettholder pumpa en høy konsentrasjon av kalium inni cellen og en høy konsentrasjon av natrium utenfor cellen. Dette er nødvendig for at nervecellen skal være klar til å motta og sende en nerveimpuls.
Pumpa drives av ATP og pumper tre natriumioner ut og to kaliumioner inn i cellen for hvert ATP-molekyl som lades ut (ATP ⟺ ADP + P + energi).
Nerveimpulsen er en kortvarig endring i membranpotensialet. I noen millisekunder er innsiden av cellemembranen mer positiv enn utsiden. Dette er aksjonspotensialet som dannes når nerveimpulsen passerer. Endringen i ladning skyldes at noen proteinkanaler åpner seg og får enkelte ioner til å strømme gjennom membranen ved passiv transport.
Straks nerveimpulsen har passert, vil hvilepotensialet bli gjenopprettet, slik at nervecellen blir klar for ny impuls. Det skjer fordi proteinkanaler styrer hvilke ioner som skal komme inn og ut, og fordi natrium-kalium-pumpa starter igjen.
En nerveimpuls er et kortvarig elektrisk signal (aksjonspotensial) som skyldes en strøm av elektrisk ladede ioner gjennom spesielle spenningsregulerte proteinkanaler i cellemembranen på nervecellen.
Hastigheten til nerveimpulsen er avhengig av aksonets diameter og myelinisering. Hastigheten øker med diameteren og er svært mye raskere i aksoner med myelin (100 m/s) enn i aksoner uten myelin (noen få m/s).
Alle nerveimpulser har samme styrke.
Tenk gjennom
Hva ville skjedd dersom alle proteinkanaler var åpne hele tida?
Hva ville skjedd dersom natrium-kalium-pumpa sluttet å virke?
Les forklaring på hva som skjer når en nerveimpuls går i en nervecelle
I cellemembranen finnes det selektive ionekanaler. Noen transporterer bare natriumioner og kalles natriumkanaler. Andre transporterer bare kaliumioner og kalles kaliumkanaler. Videre er noen kanaler alltid åpne for diffusjon (passiv transport), mens andre er lukket og åpnes bare når energi tilføres til aktiv transport.
Ioner har elektrisk ladning. Både natrium- og kaliumioner er begge positive, mens for eksempel kloridionet (Cl-) er negativt. Når det hele tida transporteres ioner over cellemembranen, vil dette føre til at det er ulike mengder negative og positive ladninger utenfor og inni cellene. Dette skaper en spenningsforskjell på hver side av cellemembranen. Denne spenningsforskjellen kalles membranpotensialet.
En nervecelle som er i ro og ikke sender noe signal, har et membranpotensial på −70 mV. Dette kalles cellens hvilepotensial. Når en nerveimpuls går, forandrer membranpotensialet seg etter hvert som ioner pumpes eller diffunderer ut av og inn i cellen. En typisk nerveimpuls har et membranpotensial som forandrer seg fra −70 mV til +20 mV og tilbake til −70 mV. Impulsen kan defineres som en rask forandring i membranpotensialet.
Guoskevaš sisdoallu
I denne simuleringen kan du teste hvordan ioner flytter seg og ladningen endres når du sender en nerveimpuls i aksonet.
I dette forsøket, som tar rundt 90 minutter, kan dere utforske hvordan hvilepotensialet dannes.
Jansen, J. K. S., Glover, J. og Holck, P. (2022, 30. januar). Nervesystemet. I Store medisinske leksikon. Hentet 8. februar 2022 fra https://sml.snl.no/nervesystemet
Kaada, B. (2018, 9. oktober). Aksjonspotensial. I Store medisinske leksikon. Hentet 8. februar 2022 fra https://sml.snl.no/aksjonspotensial