Aksjonspotensial

Aksjonspotensial - Rask og midlertidig forandring i elektrisk potensial. En midlertidig reversering av det elektriske potensial over en membran via åpning/lukking av ionekanaler. Et aksjonspotensial kan gi langdistansetransport av et signal gjennom planten. I ikke-stimulert stilling (hvilepotensial) er cellens innside elektrisk negativt ladet i forhold til utsiden. Når en impuls passerer cellen endres den indre ladningen fra negativ til positiv når aksjonspotensialet passerer.

En rask hendelse i en celle hvor membranpotensialet brått stiger, blir mer positivt (depolarisering) grunnet åpning av ionekanaler, f.eks. åpning av kalsiumkanaler og transport av kalsium (Ca2+) inn i cytoplasma,  etterfulgt av et raskt fall i membranpotensial hvor det blir mer negativt (hyperpolarisering) ved f.eks. transport av Ca2+ ut av cellen.. Aksjonspotensialet virker som et signal som kan forflytte seg fra celle til celle i ledningsvevet i planter, for eksempel i den berøringsfølsomme planten Mimosa pudica eller venus fluefanger (Dioneae) (en karnivor plante). Hos dyr deltar aksjonspotensialer i overføring av nerveimpulser og muskelkontraksjoner ved åpning og lukking av natrium-kalium og kloridkanaler (ligandregulerte ionekanaler).

Aksjonspotensial oppstår fordi et stimulus gir en midlertidig åpning av  selektive ionekanaler i membranen slik at det oppstår økt fluks av ioner ned deres elektrokjemiske gradient. Derved skjer en depolarisering av membranen i løpet av mindre enn 1 millisekund (msek)  slik at cytoplasma blir elektrisk positiv i forhold til det ytre medium, før det returnerer til opprinnelig verdi.  Vann beveger seg ut av pulvinusceller som gjør at bladene klapper sammen og stengelen blir hengende nedover.  Bøyning av tentaklene hos soldogg ( Drosera skyldes et aksjonspotensial fra toppen av tentaklen ned til epidermiscellene i tentakkelstilken. Åpning av klaffen i blærerot er et annet eksempel på raske bevegelser og aksjonspotensial. Svir man med en fyrstikk enden av et blad hos Mimosa pudica klapper småbladene sammen synkront etter et signal som beveger seg videre gjennom planten. Hvilemembranpotensialet er ca. -150 mV, men ved berøring skjer det en rask og dramatisk endring av permeabiliteten over membranen kalt aksjonspotensial. Forut for sammenklapping av pulvinusceller (hengsleceller) ved basis av blad og bladstilk hos planten Mimosa pudica er det et aksjonspotensial som beveger seg 1-10 cm s-1. De seismonastiske bladbevegelsene skyldes utlasting av kalium i de ytre regioner av pulvinus. Pulvinusceller blir påvirket av blått lys. Andre planter som har relativt raskt bevegelser er venus fluefanger (Dionaea muscipula), telegrafplanten (Desmodium gyrans), og blomsterdeler hos Berberis, gjøglerblom (Mimulus) og Stylidium, samt pollinier hos orkidéer.

Hvis hvilepotensialet i en nervecelle er -70 millivolt (mV) over membranen, så vil en depolarisering til -60 mV gi et aksjonspotensial, mens fra -70 mV til -80 mV gir en hyperpolarisering. Spenning målt i volt (V) er forskjell i elektrisk potensial, det vil si evne til å frakte strøm over en motstand. Membranen er meget tynn med tykkelse 8-10 nanometer (nm)

spenning (V) = strøm (I)· motstand (R) (Ohms lov).

Den elektriske potensialforskjellen (V) grunnet ladningsseparasjonen er:

\(V= \frac{Q}{C}\)

hvor C er kapasitansen målt i Farad (F), Q er elektrisk ladning målt i Coulomb, og V er spenning målt i Volt. Coulomb/Volt=Farad

Analogt til en kapasitor innen elektronikk som består av to ledende metallplater atskilt av et isolerende materiale (i biologi er det dielektriske materiale mellom metallplatene cellemembranen som atskiller ekstracellulære ladninger (ioner) fra intracellulære ladninger). Permittiviteten (ε, epsilon), F/m,  eller dielektrisitetskonstanten angir et mål på egenskapen til det dielektriske materialet mellom metallplatene, altså egenskapene til membranen, en resistanse-kapasitanse krets, RC-krets. Den porøse membranen virker som resistor og kapasitor Hvis det settes spenning på platene vil elektrisk strøm gjøre den ene platen positiv og den andre negativ, en potensialforskjell som kan lagre elektrisk ladning Q. Jo større areal på platene og mindre avstand mellom dem, desto større blir kapasitansen C. Hvis arealet til metallplatene, eller her arealet til membranen er lik A målt i kvadratmeter (m2), d (m) er avstanden mellom platene, det vil si tykkelsen på membranen, så vil en tynn membran 5-10 nm (10-9 m) og et membranpotensial på -70 - -150 mV kunne gi store ladningsforskjeller, en feltstyrke på flere millioner volt per meter. Kapasitansen for en membran er i størrelsesorden  1-2 mikrofarad per kvadratcentimeter (µF cm-2).

\(C=\frac{Q}{V}=\epsilon \frac{A}{d}\)

Energien W (joule, J) lagret i en kapasitor er:

\(W=\frac{1}{2}CV^2\)

Tilbake til hovedside

Publisert 4. feb. 2011 10:05 - Sist endret 23. mai 2019 15:21