Hopp til innhold

Fagstoff

Membranpotensial og nerveimpuls

Nerveimpulser er elektriske signaler som skapes av ioner som beveger seg over cellemembranen. Ulike ioner skaper en spenningsforskjell mellom innsiden og utsiden av cellen. Denne spenningsforskjellen kalles membranpotensialet, og impulsen kan defineres som en rask forandring i membranpotensialet.

Illustrasjon av nerve med myelin på aksonet og lysglimt som illustrerer impulser

Membranpotensialet

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.

Forenklet bilde av cellemembranen i en nervecelle med negativ ladning på innsiden (minus 70 millivolt)

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).

Ionestrømmer

Illustrasjon av gjennomskåret cellemembran med fire proteinkanaler. Noen stoffer kan aldri passere.

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.

Aktiv og passiv transport av ioner

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.

Tegning av membranprotein som fungerer som ionekanal — Ionepumpe – en proteinkanal som utfører aktiv transport gjennom cellemembranen

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.

Natrium-kalium-pumpa

Video: Kristin Bøhle, Per-Odd Eggen

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).

Illustrasjon som viser serie med tverrsnitt av cellemembran og en proteinkanal som transporterer ioner ved aktiv transport — Natrium-kalium-pumpe: seks trinn som viser hvordan natrium pumpes ut og kalium pumpes inn i nervecellen for å danne hvilepotensialet på –70 mV

Nerveimpulsen

Figur av nervecelle der ladningen endres fra pluss til minus i korte øyeblikk bortover aksonet

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.

To illustrasjoner: Til venstre: tverrsnitt av membran med proteinkanaler. Til høyre: en kurve som viser spenningen.

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?

Video: Alf Jacob Nilsen, Kristin Bøhle

Membranpotensialet

Les forklaring på hva som skjer når en nerveimpuls går i en nervecelle

Illustrasjon som viser tverrsnitt av cellemembran med proteiner som transporterer natrium og kalium gjennom membranen — Natrium-kalium-pumpe

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.

Illustrasjon som viser tverrsnitt av cellemembran med ladninger — Hvilepotensial

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.

To illustrasjoner: Til venstre: tverrsnitt av membran med proteinkanaler. Til høyre: en kurve som viser spenningen. — Hvilepotensialet gjenopprettes.

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.

Relatert innhold

Simulering av nerveimpuls

I denne simuleringen kan du teste hvordan ioner flytter seg og ladningen endres når du sender en nerveimpuls i aksonet.

Forsøk: Simulering av membranpotensial

I dette forsøket, som tar rundt 90 minutter, kan dere utforske hvordan hvilepotensialet dannes.

Kilder

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

CC BY-SASkrevet av Kristin Bøhle.

Sist faglig oppdatert 01.02.2022