Hiperpolarizacija je biološki proces u kojem se napon membrane povećava i premašuje vrijednost mirovanja. Ovaj je mehanizam važan za funkciju mišića, živaca kao i osjetnih stanica u ljudskom tijelu. Kroz nju, tijelo poput pokreta mišića ili vida može omogućiti i kontrolirati tijelo.
Što je hiperpolarizacija?
Hiperpolarizacija je biološki proces u kojem se napon membrane povećava i premašuje vrijednost mirovanja. Ovaj je mehanizam važan za funkciju mišića, živaca kao i osjetnih stanica u ljudskom tijelu. Stanice u ljudskom tijelu zatvorene su membranom. Naziva se još i plazmatskom membranom, a sastoji se od dvosloja lipida. Odvaja unutarćelijsko područje, citoplazmu, od okolnog područja. Napetost membrana stanica u ljudskom tijelu, kao što su mišićne stanice, živčane stanice ili osjetne stanice u oku, imaju potencijal mirovanja u stanju mirovanja. Ovaj napon membrane uzrokovan je činjenicom da se unutar stanice nalazi negativni naboj, a u izvanstaničnom području, odnosno izvan stanica, pozitivan naboj. Vrijednost potencijala mirovanja varira ovisno o vrsti stanice. Ako se prekorači ovaj potencijal mirovanja membranskog napona, dolazi do hiperpolarizacije membrane. Kao rezultat, napon membrane postaje negativniji nego tijekom potencijala mirovanja, tj. Naboj unutar stanice postaje još negativniji. To se obično događa nakon otvaranja ili čak zatvaranja ionskih kanala u membrani. Ti su ionski kanali kalij, kalcijum, klorid i natrij kanali koji funkcioniraju na napon ovisan način. Do hiperpolarizacije dolazi uslijed ovisnosti o naponu kalij kanali kojima je potrebno vrijeme za zatvaranje nakon što se premaši potencijal odmora. Prevoze pozitivno nabijene kalij ioni u izvanstanično područje. To nakratko rezultira negativnijim nabojem unutar stanice, hiperpolarizacijom.
Funkcija i zadatak
Hiperpolarizacija stanična membrana dio je tzv akcijski potencijal. To se sastoji od nekoliko faza. Prva faza je prelazak praga potencijala stanična membrana, nakon čega slijedi depolarizacija, unutar stanice postoji pozitivniji naboj. Nakon toga slijedi repolarizacija, što znači da se potencijal za odmor ponovno postiže. Nakon toga slijedi hiperpolarizacija prije nego što stanica ponovno dosegne potencijal mirovanja. Ovaj postupak služi za prijenos signala. Živčane stanice stvaraju akcijske potencijale u aksona brdsko područje nakon primanja signala. To se zatim prenosi putem aksona u obliku akcijskih potencijala. The sinapse živčanih stanica zatim prenose signal sljedećem živčana stanica u obliku neurotransmitera. Oni mogu imati aktivirajući ili inhibicijski učinak. Proces je presudan za prijenos signala u mozak, na primjer. Vizija se također javlja na sličan način. Stanice u oku, takozvane šipke i čunjevi, primaju signal od vanjskog svjetlosnog podražaja. To rezultira stvaranjem akcijski potencijal a podražaj se zatim prenosi na mozak. Zanimljivo je da se ovdje razvoj podražaja ne događa depolarizacijom kao u drugim živčanim stanicama. Živčane stanice imaju membranski potencijal od -65mV u položaju mirovanja, dok fotoreceptori imaju membranski potencijal od -40mV u potencijalu odmora. Dakle, oni već imaju pozitivniji membranski potencijal od živčanih stanica u stanju mirovanja. U fotoreceptorskim stanicama razvoj podražaja događa se hiperpolarizacijom. Kao rezultat, fotoreceptori oslobađaju manje neurotransmiter a nizvodni neuroni mogu odrediti intenzitet svjetlosnog signala na temelju smanjenja neurotransmitera. Taj se signal zatim obrađuje i procjenjuje u mozak. Hiperpolarizacija pokreće inhibicijski postsinaptički potencijal (IPSP) u slučaju vida ili određenih neurona. U slučaju neurona, s druge strane, to često aktivira postsinaptičke potencijale
(APSP). Druga važna funkcija hiperpolarizacije je ta što sprečava stanicu da ponovno pokrene an akcijski potencijal prebrzo zbog drugih signala. Dakle, privremeno inhibira stvaranje podražaja u živčana stanica.
Bolesti i poremećaji
Srce a mišićne stanice imaju HCN kanale. HCN ovdje označava kationske kanale s cikličkim nukleotidom aktiviranim hiperpolarizacijom. Oni su kationski kanali regulirani hiperpolarizacijom stanice. U ljudi su poznata 4 oblika ovih HCN kanala. Njih se naziva HCN-1 do HCN-4. Uključeni su u regulaciju srčanog ritma, kao i u aktivnost spontano aktivirajućih neurona. U neuronima se suprotstavljaju hiperpolarizaciji kako bi stanica mogla brže doći do potencijala za odmor. Tako skraćuju takozvano vatrostalno razdoblje, koje opisuje fazu nakon depolarizacije. U srce stanice, s druge strane, reguliraju dijastoličku depolarizaciju koja nastaje na sinusni čvor srca. U studijama s miševima dokazano je da gubitak HCN-1 uzrokuje nedostatak u motoričkim pokretima. Odsutnost HCN-2 dovodi do oštećenja neurona i srca, a gubitak HCN-4 uzrokuje smrt životinja. Nagađa se da bi ti kanali mogli biti povezani s epilepsija kod ljudi. Uz to, poznato je da uzrokuju mutacije u obliku HCN-4 srčana aritmija kod ljudi. To znači da određene mutacije HCN-4 kanala mogu dovesti do srčana aritmija. Stoga su HCN kanali također meta medicinskih terapija za srčane aritmije, ali i za neurološke nedostatke kod kojih hiperpolarizacija neurona traje predugo. Pacijenti sa srčane aritmije zbog disfunkcije kanala HCN-4 liječe se specifičnim inhibitorima. Međutim, mora se spomenuti da je većina terapija u vezi s HCN kanalima još uvijek u eksperimentalnoj fazi i stoga još uvijek nije dostupna ljudima.
