Если предположить, что потенциал покоя равен нулю, а другие механизмы точно такие же, как это повлияет на генерацию спайков с точки зрения возбуждающих и тормозных постсинаптических потенциалов (ВПСП и ТПСП). Попытка понять причину отрицательного потенциала покоя, не то, как он поддерживается, а почему. Означает ли это, что EPSP изначально подавлен дизайном?
Здесь есть два очень разных вопроса. Первый вопрос прост (хотя его можно интерпретировать по-разному). Второй вопрос очень сложен, и я на самом деле не уверен, что мы знаем ответ.
1. Как выглядят ПСП, если мембранный потенциал покоя равен 0 мВ?
Если ячейку удерживают при 0 мВ, ее потенциалзависимая проводимость существенно нарушается, и она фактически не способна активировать потенциал действия. Но давайте отложим это в сторону и сосредоточимся на синаптических событиях. Предположим также, что реверсивные потенциалы для каждого иона «нормальны».
Коротко о том, что большинство возбуждающих рецепторов имеют реверсивный потенциал, близкий к 0 мВ, поэтому ВПСП практически не влияют на мембранный потенциал (помните это правило: ток, проходящий через ионный канал, может подтолкнуть мембранный потенциал только к реверсивному потенциалу этого канала). канал). Тормозные рецепторы имеют тенденцию реверсировать около -75 мВ, поэтому они будут иметь большую движущую силу и будут сильно поляризовать клетку.
Немного более длинная история заключается в том, что EPSPS все же будет иметь некоторый эффект — когда ионные каналы открываются, ионы текут в направлении их электрохимического градиента. Для возбуждающих рецепторов это означает, что натрий втекает в клетку, калий вытекает, а кальций втекает. Чистый электрический ток будет примерно равен нулю, но будет обмен ионами и возможность для этих ионов активировать вторичную сигнализацию . пути.
Еще одним эффектом открытия ионных каналов является снижение сопротивления клеточной мембраны. Таким образом, при 0 мВ возбуждающие синапсы могут фактически шунтировать ТПСП.
2. В чем причина вообще наличия отрицательного потенциала покоя?
Первое, что нужно признать, это то, что нейроны хранят большое количество энергии в своих химических градиентах. Калий закачивается в клетку, а натрий, хлорид и кальций откачиваются наружу. Запуск этих насосов метаболически затратен (ваш мозг потребляет 20% вашего метаболизма в состоянии покоя!), и химическая энергия, сжигаемая в процессе (АТФ), становится потенциальной энергией в химическом градиенте. Другими словами, каждый из этих ионов предпочитает находиться по другую сторону мембраны, но насосы удерживают их там, где они есть.
Ионы, как правило, накачиваются таким образом, чтобы поддерживать баланс зарядов: на каждый закачанный положительный заряд уходит один положительный заряд. Теперь, если у вас есть каналы, которые пропускают только один тип ионов (у нас есть), то открытие этого канала приведет к немедленному потоку ионов. Но ждать! В отличие от насосов, этот ионный поток не является заряд-нейтральным, поэтому через очень короткое время мембрана становится заряженной, и этот дисбаланс заряда (напряжение) противодействует химическому градиенту (если ионам не нравится находиться на неправильной стороне химического градиента, они абсолютно ненавидят находиться на неправильной стороне электрического градиента).
То, что у нас есть сейчас, — это огромный запас энергии в виде химических градиентов и средство для нейрона быстро преобразовать эту энергию в электрический потенциал. Если нейрон хочет деполяризоваться, ему достаточно открыть натриевые или кальциевые каналы. Если он хочет реполяризоваться, он открывает калиевые или хлорные каналы. Вы можете думать об этом как о воздушном шаре, соединенном шлангом с двумя резервуарами: один с высоким давлением, другой с вакуумом. Откройте один клапан, и баллон наполнится, откройте другой, и он опустеет.
Хорошо, это было долго, но я, наконец, готов поговорить о потенциале отдыха. Ответ прост: мембраны нейронов более проницаемы для калия, чем для натрия . Один из клапанов всегда немного приоткрыт, и это уводит отрицательный мембранный потенциал от нуля. Это означает, что мембранный потенциал покоя вовсе не является «движущей силой» активности нейронов. Скорее, это просто побочный эффект настоящей электростанции — химических градиентов.
Я упомянул, что нейроны тратят много энергии на поддержание своих химических градиентов. Почему же тогда клетка позволила бы своему калиевому градиенту просто утечься? Это не простой вопрос! Ленивый ответ - "потому что все вольточувствительные каналы работают в диапазоне от -70 до 0 мВ". Я называю это ленью, потому что если бы отдых клеток при -70 мВ действительно не приносил пользы, то эволюция нашла бы способ сохранить всю энергию, потраченную впустую на утечку калия. Значит, должна быть более веская причина. Здесь я превратил это в отдельный вопрос: почему нейроны имеют отрицательный потенциал покоя?
Потенциал относительен, поэтому наличие отрицательного потенциала покоя просто означает, что внутренняя часть клетки отрицательна по отношению к внешней.
Поскольку ВПСП будет в целом положительным изменением, да, отрицательный потенциал покоя удерживает клетку намного ниже порога, но помните, что за короткий промежуток времени эти ВПСП суммируются, чтобы в конечном итоге поднять клетку выше порога.
Ячейка без мембранного потенциала эквивалентна разряженной батарее, в ней нет «электродвижущей силы» (т. е. напряжения), поэтому нет движущей силы для изменения тока (за исключением случаев токов утечки из-за разницы концентраций). . Следовательно, нет притока ионов кальция в пресинаптическое окончание, нейротрансмиттер, содержащий везикулы, не может связываться, и медиатор не высвобождается в щель.
Люк