Beyin; adım atmaktan tutunda, telefonunu almaya kadar yapılan her harekette, elektrik sinyallerini vücudun geri kalanına iletir. Bu sinyallere eylem potansiyelleri veya aksiyon potansiyelleri denir. Aksiyon potansiyelleri, kasların hassas bir şekilde koordine olmasını ve hareket etmesini sağlamaktadır ve beyindeki nöron adı verilen hücreler tarafından iletilirler.
Eylem potansiyeli, bir nöronun hücre zarı boyunca elektriksel potansiyelde hızlı artışlar ve müteakip düşüşler olarak görselleştirilir. Aksiyon potansiyeli, bilgiyi diğer nöronlara iletmekten sorumlu olan bir nöronun aksonunun uzunluğu boyunca yayılırlar ve belirli bir potansiyele ulaşıldığında meydana gelen ya hep ya hiç durumudur.
Eylem Potansiyelleri Nöronlar Tarafından Taşınır
Aksiyon potansiyelleri beyindeki nöron adı verilen hücreler tarafından iletilir. Nöronlar, çevre hakkındaki bilgileri işlemek ve kordine etmek için, duyular vasıtasıyla vücuttaki kaslara tüm elektrik sinyallerini iletmek ve emirler göndermekten görevlidirler. Nöron, vücudun her yerine bilgi aktarmasına izin veren birkaç parçadan oluşur, bu parçalar şunlardır:
Dendtritler: Dendritler, yakın nöronlardan bilgi alan bir nöronun dallanmış parçalarıdır.
Hücre gövdesi: Hücre gövdesi, nöronun onun içeren çekirdeğini hücrenin kalıtsal bilgiler içerir ve hücrenin büyüme ve üreme kontrol eder.
Akson terminelleri: Akson uçlarından veya diğer nöronlara bilgi iletme uzak hücre gövdesinden elektrik sinyallerinin akışını sağlamaktadır.
Nöron: Nöron dendritleri aracılığıyla girdi alan (klavyedeki bir harf tuşuna basmak gibi) ve aksonu aracılığıyla kişiye bir çıktı (bilgisayar ekranında beliren bu harfin görülmesi) veren bir bilgisayar gibi düşünmek mümkündür. Arada, bilgi işlenir, böylece girdi istenen çıktıyla sonuçlanır.
Eylem Potansiyelinin Tanımı
Ani yükselmeler veya dürtüler olarak da adlandırılan aksiyon potansiyelleri, bir olaya yanıt olarak bir hücresel zar boyunca elektrik potansiyeli hızla yükseldiğinde, sonra düştüğünde ortaya çıkar. Tüm süreç tipik olarak birkaç milisaniye sürmektedir. Hücresel bir membran, bir hücreyi çevreleyen, içeriğini dış ortamdan koruyan ve diğerlerini dışarıda tutarken yalnızca belirli maddelerin içeri girmesine izin veren çift katmanlı protein ve lipitlerdir. Volt (V) cinsinden ölçülen bir elektrik potansiyeli, iş yapma potansiyeline sahip elektrik enerjisi miktarını ölçmektedir. Tüm hücreler, hücre zarları boyunca bir elektrik potansiyeli sağlamaktadır.
Eylem Potansiyellerinde Konsantrasyon Degradelerinin Rolü
Bir hücrenin içindeki potansiyel ile dışarıdaki potansiyelin karşılaştırılmasıyla ölçülen hücresel bir zardan geçen elektrik potansiyeli, hücrenin içindeki ve dışındaki iyonlar olarak adlandırılan yüklü parçacıkların konsantrasyon veya konsantrasyon gradyanlarında farklılıklar olduğu için ortaya çıkmaktadır. Bu konsantrasyon gradyanları, iyonları dengesizlikleri eşitlemeye iten elektriksel ve kimyasal dengesizliklere neden olur; daha farklı dengesizlikler, dengesizliklerin giderilmesi için daha büyük bir motive edici veya itici güç sağlamaktadır. Bunu yapmak için, bir iyon tipik olarak zarın yüksek konsantrasyonlu tarafından düşük konsantrasyonlu tarafa hareket etmektedir.
Aksiyon potansiyelleri için ilgi çekici iki iyon, hücrelerin içinde ve dışında bulunabilen potasyum katyonu (K + ) ve sodyum katyonudur (Na + ). Dışarıya göre hücrelerin içinde daha yüksek bir K + konsantrasyonu vardır. Hücrelerin dış tarafında, içeriye göre yaklaşık 10 kat daha yüksek bir Na + konsantrasyonu vardır.
Dinlenme Membran Potansiyeli
Devam etmekte olan aksiyon potansiyeli olmadığında (yani hücre hareketsiz olduğunda), nöronların elektrik potansiyeli, tipik olarak -70 mV civarında ölçülen dinlenme membran potansiyelindedir. Bu, hücrenin iç potansiyelinin dışarıdan 70 mV daha düşük olduğu anlamına gelmektedir. Bunun bir denge durumuna işaret ettiği unutulmamalıdır, iyonlar hala hücrenin içine ve dışına hareket eder, ancak dinlenme zarı potansiyelini oldukça sabit bir değerde tutacak bir şekildedir
Dinlenme zarı potansiyeli korunabilir çünkü hücre zarı iyon kanallarını oluşturan proteinler( iyonların hücrelere girip çıkmasına izin veren delikler)- ve iyonları hücrenin içine ve dışına pompalayabilen sodyum / potasyum pompaları içermektedir. İyon kanalları her zaman açık değildir; bazı kanal türleri yalnızca belirli koşullara yanıt olarak açılır. Bu kanallar bu nedenle kapılı kanallar olarak adlandırılır.
Bir sızıntı kanalı rastgele açılır ve kapanır ve hücrenin dinlenme membran potansiyelinin korunmasına yardımcı olur. Sodyum sızıntı kanalları, Na izin + (Na konsantrasyonu, çünkü yavaş hücre içine taşımak için + potasyum kanallarını K izin verirken, iç dış göreli olarak daha yüksektir) + K konsantrasyonu için (hücre dışına taşımak + olduğu dışa göre içeride daha yüksek). Bununla birlikte, potasyum için sodyum için olduğundan çok daha fazla sızıntı kanalı vardır ve bu nedenle potasyum, hücreye giren sodyumdan çok daha hızlı bir şekilde hücre dışına çıkar. Böylece dışarıda daha pozitif yük olur hücrenin, istirahat membran potansiyelinin negatif olmasına neden olur.
Sodyum/potasyum pompası, sodyumu hücreden veya potasyumu hücreye geri taşıyarak dinlenme zarı potansiyelini korur. Bununla birlikte, bu pompa, çıkarılan her üç Na + iyonu için iki K + iyonu getirerek negatif potansiyeli korumaktadır. Aksiyon panelleri için gerilim kapılı iyon kanalları, önemlidirler. Bu kanalların çoğu, hücre zarı dinlenme zarı potansiyeline yakın olduğunda kapalı kalır. Ancak hücrenin potansiyeli daha pozitif (daha az negatif) hale geldiğinde bu iyon kanalları açılacaktır.
Eylem Potansiyelinin Aşamaları
Bir aksiyon potansiyeli, negatiften pozitife, dinlenme zarı potansiyelinin geçici olarak tersine çevrilme şeklindedir. Aksiyon potansiyelinde artış genellikle birkaç aşamaya ayrılır, bu aşamalar şunlardır:
Reseptörüne bağlanan veya parmağınızla bir tuşa basan bir nörotransmiter gibi bir sinyale (veya uyarana) yanıt olarak, bazı Na + kanalları açılır ve konsantrasyon gradyanı nedeniyle Na + ‘ nın hücreye akmasına izin vermektedir. Membran potansiyeli depolarize olur veya daha pozitif hale gelir.
Membran potansiyeli bir eşik değerine (genellikle -55 mV civarında) ulaştığında aksiyon potansiyeli devam eder. Potansiyele ulaşılmazsa, aksiyon potansiyeli oluşmaz ve hücre dinlenme membran potansiyeline geri döner. Bir eşiğe ulaşmanın bu gerekliliği, aksiyon potansiyeline ya hep ya hiç olayı denmesinin nedenidir.
Eşik değerine ulaştıktan sonra voltaj kapılı Na + kanalları açılır ve Na + iyonları hücreye taşar. Zar potansiyeli, negatiften pozitife döner çünkü hücrenin içi artık dışarıya göre daha pozitiftir. Membran potansiyeli +30 mV’ye ulaştığında – aksiyon potansiyelinin zirvesi – voltaj kapılı potasyum kanalları açılır ve K +, konsantrasyon gradyanı nedeniyle hücreyi terk eder. Membran potansiyeli yeniden polarize olur veya negatif dinlenme membran potansiyeline doğru geri hareket etmektedir. K + iyonları, membran potansiyelinin dinlenme potansiyelinden biraz daha negatif olmasına neden olduğundan, nöron geçici olarak hiperpolarize olur. Nöron, sodyum/potasyum pompasının nöronu dinlenme zarı potansiyeline döndürdüğü refrakter bir döneme girmektedir.
Eylem Potansiyelinin Yayılması
Aksiyon potansiyeli, aksonun uzunluğu boyunca bilgiyi diğer nöronlara ileten akson terminallerine doğru hareket eder. Yayılma hızı, daha geniş çapın daha hızlı yayılma anlamına geldiği aksonun çapına ve bir aksonun bir kısmının, bir kablo telinin kaplamasına benzer şekilde hareket eden yağlı bir madde olan miyelinle kaplı olup olmadığına bağlıdır. Kılıflar akson ve elektrik akımının dışarı sızmasını önleyerek aksiyon potansiyelinin daha hızlı oluşmasını sağlamaktadır.
Kaynakça:
https://www.moleculardevices.com/applications/patch-clamp-electrophysiology/what-action-potential
https://www.kenhub.com/en/library/anatomy/action-potential
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoçlu