Toimintapotentiaali

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Toimintapotentiaali eli toimintajännite eli aktiopotentiaali on solun – usein hermosolun – kalvoa pitkin kulkeva sähköisen latauksen aalto. Aktiopotentiaalit kuljettavat nopeita kudostenvälisiä viestejä ja ne ovat tärkeä osa elollista organismia. Niitä syntyy monentyyppisissä soluissa, mutta laajimmin ne ovat hermoston viestejä hermosolujen välillä ja niiden kautta muille kehon solukoille kuten lihaksille ja rauhasille. Hermosoluja pitkin kulkevat toimintapotentiaalit ovat hermoimpulsseja. Hermosolujen lisäksi myös mm. lihassoluissa etenee aktiopotentiaaleja.

Eläinten lisäksi useilla kasveilla esiintyy toimintapotentiaaleja, jotka säätelevät niiden toimintaa. Eläinten hermoissa etenevät toimintapotentiaalit tapahtuvat natrium- ja kaliumvirtoina kun taas kasvit käyttävät kaliumin lisäksi kalsiumia. Eläinten lihassoluissa myös kalsiumilla on tärkeä rooli aktiopotentiaalin kulussa.

Toimintapotentiaalit ovat hermoviestien kuljetuksen keskeinen tekijä. Niiden ominaisuudet voivat säännellä organismin kehitystä ja yhtä lailla mahdollistaa elinten ja kudosten keskitetyn säätelyn.

Solun sisä- ja ulkopinnan välillä vallitsee aina sähköinen jännite-ero eli potentiaali. Lepotilassa eli lepopotentiaalissa olevan solun sisällä vallitseva varaus on tasaisen negatiivinen (noin -70 mV) suhteessa solun ympäristöön eikä juuri vaihtele. Solu pitää yllä aktiivisesti lepopotentiaalia Na-K-pumpun avulla käyttäen ATP:hen varastoitunutta kemiallista energiaa. Kun aktivoitavissa oleva solu depolarisoituu eli sen sähkölataus nousee lepotasolta yli kynnyksen (engl. threshold), solussa laukeaa aktiopotentiaali.

Hermosolun aktiopotentiaali on solun polaarisuuden nopea, muutaman millisekunnin kestoinen heilahdus negatiivisesta positiiviseen ja takaisin. Lihassolussa aktiopotentiaali voi kestää satoja millisekunteja.

Toimintapotentiaalin vaiheet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lepopotentiaali eli lepojännite[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Solun täytyy pitää yllä aktiivisesti sille ominaista tasapainotilaa, homeostaasia, pystyäkseen toimimaan oikein ja reagoimaan muutoksiin. Lepopotentiaalissa solukalvon yli kulkee jännite-ero, joka aiheuttaa solun sisäpuolelle negatiivisen varauksen verrattuna solun ulkopuoleen. Lepopotentiaali syntyy monesta osatekijästä, kuten solun sisällä olevista, solukalvoa läpäisemättömistä varauksellisista makromolekyyleistä (esimerkiksi proteiineista), sekä solukalvon pinnalla olevien passiivisten Na-, Ca- ja K-ionien vuotokanavien ominaisuuksista. Tärkeässä osassa lepopotentiaalin ylläpidossa on aktiivinen Na-K-ATPaasi, joka pumppaa samalla kolme natriumionia solusta ulos ja kaksi kaliumionia solun sisään käyttäen ATP:n hydrolyysissä vapautuvaa energiaa.

Toimintapotentiaalin alkuvaihe[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Hermosolu voi depolarisoitua esimerkiksi hermovälittäjäaineen vaikutuksesta. Hermovälittäjäainetta sitoutuu solukalvon pinnalla oleviin ionikanaviin saaden ne aukeamaan. Ioneja virtaa soluun ja ne rikkovat lepojännitteen. Jännitteen muuttuminen aiheuttaa joidenkin Na-kanavien aukeamisen, jolloin natriumioneja virtaa soluun.

Toimintapotentiaalin eteneminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Joidenkin Na-kanavien aukeaminen aiheuttaa myös viereisten Na-kanavien aukeamisen. Natriumionit ovat varaukseltaan positiivisia, joten Na-ionien virtaus muuttaa solukalvon sisäpinnan varauksen positiiviseksi.

Huippu[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kun kalvojännite on noin +30 mV, Na-kanavat sulkeutuvat ja pysyvät hetken toimimattomina pystymättä heti osallistumaan mahdollisiin uusiin signaaleihin. Na-kanavien sulkeutuessa kaliumkanavat aukeavat.

Loppu[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kaliumionit ovat natriumionien tavoin positiivisia ja kaliumkanavien avauduttua kaliumionit siirtyvät ulos positiivisesti varautuneelta solukalvon sisäpinnalta. Näin kalvojännite palautuu negatiiviseksi, mitä kutsutaan repolarisaatioksi. Lopuksi Na-K-ATPaasi palauttaa ionikonsentraatiot ennalleen pumppaamalla kaliumioneja solun sisään ja natriumioneja ulos, minkä jälkeen solu on valmis uuteen depolarisaatioon.