hyperpolarizáciou je biologický proces, v ktorom napätie membrány zvyšuje a prekračuje pokojovú hodnotu. Tento mechanizmus je dôležitý pre funkciu svalových, nervových a zmyslových buniek v ľudskom tele. Umožňuje organizmu aktivovať a kontrolovať činnosti, ako sú pohyby svalov alebo videnie.
Čo je to hyperpolarizácia?
Bunky v ľudskom tele sú uzavreté membránou. Je tiež známa ako plazmová membrána a pozostáva z lipidovej dvojvrstvy. Oddeľuje intracelulárnu oblasť, cytoplazmu, od okolitej oblasti.
Membránové napätie buniek v ľudskom tele, ako sú svalové, nervové alebo senzorické bunky v oku, má v pokoji pokojový potenciál. Toto membránové napätie vyplýva zo skutočnosti, že vo vnútri bunky a v extracelulárnej oblasti, t.j. mimo buniek je kladný náboj.
Hodnota pokojového potenciálu sa líši v závislosti od typu bunky. Ak je tento pokojový potenciál membránového napätia prekročený, dochádza k hyperpolarizácii membrány. Vďaka tomu je membránové napätie negatívnejšie ako počas pokojového potenciálu, t.j. náboj vo vnútri bunky sa stáva ešte negatívnejším.
To sa zvyčajne deje po otvorení alebo zatvorení iónových kanálov v membráne. Tieto iónové kanály sú draslíkové, vápnikové, chloridové a sodíkové kanály, ktoré fungujú napäťovo závislým spôsobom.
K hyperpolarizácii dochádza v dôsledku draslíkových kanálov závislých od napätia, ktoré potrebujú určitý čas na uzavretie po prekročení pokojového potenciálu. Transportujú pozitívne nabité ióny draslíka do extracelulárnej oblasti. Toto krátko vedie k negatívnejšiemu náboju vo vnútri bunky, k hyperpolarizácii.
Funkcia a úloha
Hyperpolarizácia bunkovej membrány je súčasťou takzvaného akčného potenciálu. Pozostáva z rôznych fáz. Prvým stupňom je prekročenie prahového potenciálu bunkovej membrány, po ktorom nasleduje depolarizácia, v bunke je pozitívnejší náboj. To potom vedie k repolarizácii, čo znamená, že sa dosiahne opäť pokojový potenciál. Potom dôjde k hyperpolarizácii skôr, ako bunka znova dosiahne pokojový potenciál.
Tento proces sa používa na prenos signálov. Nervové bunky vytvárajú akčné potenciály v oblasti valca axónu po prijatí signálu. Toto sa potom prenáša pozdĺž axónu vo forme akčných potenciálov.
Synapsie nervových buniek potom prenášajú signál do nasledujúcej nervovej bunky vo forme neurotransmiterov. Tieto môžu mať aktivačný účinok alebo tiež inhibičný účinok. Tento proces je nevyhnutný pri prenose signálov, napríklad v mozgu.
Videnie sa robí podobným spôsobom. Bunky v oku, tzv. Tyčinky a kužele, prijímajú signál z vonkajšieho svetelného stimulu. To vedie k vytvoreniu akčného potenciálu a stimul sa prenáša do mozgu. Je zaujímavé, že k stimulácii nedochádza depolarizáciou, ako je to v prípade iných nervových buniek.
V pokojovej polohe majú nervové bunky membránový potenciál -65 mV, zatiaľ čo vizuálne bunky majú membránový potenciál -40 mV pri pokojovom potenciáli. Majú pozitívnejší membránový potenciál ako nervové bunky, aj keď sú v pokoji. Vo vizuálnych bunkách sa stimul rozvíja hyperpolarizáciou. Výsledkom je, že vizuálne bunky uvoľňujú menej neurotransmiterov a nervové bunky po prúde môžu určiť intenzitu svetelného signálu na základe redukcie neurotransmiterov. Tento signál sa potom spracuje a vyhodnotí v mozgu.
Hyperpolarizácia spúšťa inhibičný postsynaptický potenciál (IPSP) v prípade videnia alebo v určitých neurónoch. Naproti tomu neuróny často aktivujú postsynaptické potenciály (APSP).
Ďalšou dôležitou funkciou hyperpolarizácie je, že bráni bunke v opätovnom spustení akčného potenciálu príliš rýchlo na základe iných signálov. Takže dočasne inhibuje tvorbu stimulov v nervovej bunke.
Choroby a choroby
Srdcové a svalové bunky majú kanály HCN. HCN je skratka pre hyperpolarizáciou aktivované cyklické nukleotidom riadené katiónové kanály. Sú to katiónové kanály, ktoré sú regulované hyperpolarizáciou bunky. U ľudí sú známe 4 formy týchto kanálov HCN. Nazývajú sa HCN-1 až HCN-4. Podieľajú sa na regulácii srdcového rytmu a na aktivite spontánne aktivujúcich nervových buniek. V neurónoch pôsobia proti hyperpolarizácii, takže bunka môže rýchlejšie dosiahnuť pokojový potenciál. Skrátia takzvanú žiaruvzdornú periódu, ktorá popisuje fázu po depolarizácii. Na druhej strane v srdcových bunkách regulujú diastolickú depolarizáciu, ktorá sa vytvára v sínusovom uzle srdca.
V štúdiách s myšami sa preukázalo, že strata HCN-1 spôsobuje defekt motorického pohybu. Neprítomnosť HCN-2 vedie k poškodeniu neurónov a srdca a strata HCN-4 vedie k smrti zvierat. Predpokladá sa, že tieto kanály môžu byť spojené s epilepsiou u ľudí.
Okrem toho sú známe mutácie vo forme HCN-4, ktoré vedú k srdcovej arytmii u ľudí. To znamená, že určité mutácie kanála HCN-4 môžu viesť k narušeniu srdcového rytmu.Kanály HCN sú preto tiež cieľom lekárskych terapií pre srdcové arytmie, ale tiež pre neurologické defekty, pri ktorých hyperpolarizácia neurónov trvá príliš dlho.
Pacienti so srdcovými arytmiami, ktoré sa dajú vysledovať až k poruche kanála HCN-4, sa liečia špecifickými inhibítormi. Je však potrebné uviesť, že väčšina terapií týkajúcich sa kanálov HCN je stále v experimentálnej fáze, a preto ešte nie sú dostupné pre ľudí.
