Actiepotentiaal
Een actiepotentiaal is een golf van elektrische ontlading over het membraan van een neuron. Actiepotentialen vormen een essentiële eigenschap van dierlijk leven, maar komen ook voor in sommige planten. Ze maken het mogelijk om snel informatie te verzenden tussen verschillende weefsels. Met name het zenuwstelsel maakt uitvoerig gebruikt van actiepotentialen, om informatie tussen zenuwcellen onderling uit te wisselen, maar ook tussen zenuwcellen en andere delen van het lichaam, zoals spieren of klieren.
Inhoud |
[bewerk] Mechanisme
Om een actiepotentiaal te genereren, zijn er verschillende factoren nodig. Ten eerste moet er een extracellulair signaal zijn in de vorm van een neurotransmitter. Dit leidt tot een depolarisatie van de celmembraan, die leidt tot het verplaatsen van deze depolarisatie langs het axon in een zichzelf ondersteunend proces.
[bewerk] Neurotransmitters
Als een neurotransmitter wordt vrijgegeven in de synaptische spleet, zal deze door diffusie naar het postsynaptische element gaan en daar binden aan een receptor. Er zijn verschillende soorten transmitters met verschillende effecten op de postsynaptische cel. Enkele voorbeelden zijn de excitatoire transmitters zoals glutamaat, acetylcholine en serotonine. Deze moleculen kunnen binden aan specifieke receptoren die een kanaal vormen door de celmembraan, die semipermeabel zijn voor ionen. Aan de andere kant zijn er de inhibitoire transmitters zoals GABA (Gamma-aminoboterzuur) die een tegenovergesteld hebben op de membraanpotentiaal: zij hyperpolariseren de cel waardoor deze meer activatie vereist om alsnog te voeren.
[bewerk] Fysiologie
Door het binden van de transmitter worden de kanalen geopend waardoor de membraanpotentiaal verandert. In rust is deze ongeveer -65 millivolt (mV) ten opzichte van het externe milieu. Door het binden verandert de geleidbaarheid voor een ion (meestal natrium) die daardoor de cel instroomt. Door deze influx stijgt de membraanpotentiaal naar een bepaalde grenswaarde van ongeveer -50 mV. Als deze grenswaarde (in het Engels: threshold) bereikt wordt, begint een proces van zichzelf versterkende activatie. Dit komt doordat er voltage-gevoelige kanalen in de celmembraan zitten die opengaan boven deze waarde. Hierdoor stijgt de membraanpotentiaal nog sterker tot een waarde van ongeveer +25 mV: de cel is nu gedepolariseerd. Als dit de enige kanalen zouden zijn dan zou de gedepolariseerde toestand eindeloos gehandhaafd blijven. Om weer te repolariseren gaat een tweede soort kanalen open, namelijk de kaliumkanalen. Dit leidt tot de uitstroom van kalium-ionen en een daling van de membraanpotentiaal. Zodra de potentiaal weer onder de grenswaarde zit gaan de kalium kanalen weer langzaam dicht, maar doordat deze kanalen iets langer open blijven staan wordt de cel te sterk gepolariseerd (ook wel hyperpolarisatie genoemd). Doordat spanningsafhankelijke natriumkanalen inactiveren aan het einde van een actiepotentiaal ontstaat een refractaire periode, waarin een cel niet in staat is om een actiepotentiaal te genereren.
[bewerk] Model voor actiepotentialen
Alan Hodgkin en Andrew Huxley hebben in 1952 een wiskundig model voorgesteld dat de generatie van een actiepotentiaal beschrijft aan de hand van de geleidbaarheid van natrium- en kalium- ionkanalen. Op basis van een set van differentiaalvergelijkingen kan het gedrag van een cel op stimulatie uit de omgeving voorspeld worden. Aan de hand van waarden gemeten in vivo, konden de waarden van verschillende variabelen ingevuld worden.
De eerste vergelijking is voor de n-gate (een afsluitbaar element die snel open- en dicht gaat) van natriumkanalen, de tweede voor de m-gate (een langzaam afsluitend element) van natriumkanalen en tenslotte de vergelijking van de kaliumkanalen. Robert Fitzhugh en J. Nagumo hebben het aantal variabelen teruggebracht tot twee vergelijkingen met dezelfde resultaten door het gedrag van de n-gate en de m-gate te combineren in één vergelijking.
[bewerk] Referenties en externe links
- R. Fitzhugh, Impulses and physiological states in theoretical models of nerve membranes, 1182-Biophys. J., 1 (1961), pp. 445-466.
- J. Nagumo, S. Arimoto, and S. Yoshizawa, An active pulse transmission line simulating 1214-nerve axons, Proc. IRL, 50 (1960), pp. 2061-2070.
- http://www.iro.umontreal.ca/~eckdoug/vibe/Relaxation/FitzhughNagumo.html : Site met applets over actiepotentialen
- Engelstalig filmpje over ionkanalen tijdens het actiepotentiaal
