Hyperpolarizace je biologický proces, při kterém se zvyšuje napětí membrány a překračuje klidovou hodnotu. Tento mechanismus je důležitý pro funkci svalových, nervových i senzorických buněk v lidském těle. Prostřednictvím něj může tělo aktivovat a ovládat akce, jako je pohyb svalů nebo vidění.
Co je to hyperpolarizace?
Hyperpolarizace je biologický proces, při kterém se zvyšuje napětí membrány a překračuje klidovou hodnotu. Tento mechanismus je důležitý pro funkci svalových, nervových i senzorických buněk v lidském těle. Buňky v lidském těle jsou uzavřeny membránou. Nazývá se také plazmatická membrána a skládá se z lipidové dvojvrstvy. Odděluje intracelulární oblast, cytoplazmu, od okolní oblasti. Napětí membrány buněk v lidském těle, jako jsou svalové buňky, nervové buňky nebo senzorické buňky v oku, mají klidový potenciál v klidovém stavu. Toto membránové napětí je způsobeno skutečností, že uvnitř buňky je záporný náboj a v extracelulární oblasti, tj. Mimo buňky, kladný náboj. Hodnota klidového potenciálu se liší v závislosti na typu buňky. Pokud je tento klidový potenciál membránového napětí překročen, dojde k hyperpolarizaci membrány. Výsledkem je, že membránové napětí se stává zápornějším než během klidového potenciálu, tj. Náboj uvnitř buňky se stává ještě zápornějším. K tomu obvykle dochází po otevření nebo dokonce uzavření iontových kanálů v membráně. Tyto iontové kanály jsou draslík, vápník, chlorid , a sodík kanály, které fungují způsobem závislým na napětí. K hyperpolarizaci dochází kvůli napětí draslík kanály, jejichž uzavření po překročení klidového potenciálu trvá určitou dobu. Přepravují kladně nabité draslík ionty do extracelulární oblasti. To krátce vede k negativnějšímu náboji uvnitř buňky, hyperpolarizaci.
Funkce a úkol
Hyperpolarizace buněčná membrána je součástí tzv akční potenciál. Skládá se z několika fází. První fází je překročení prahového potenciálu buněčná membrána, následovaná depolarizací, uvnitř buňky je kladnější náboj. Následuje repolarizace, což znamená, že se znovu dosáhne klidového potenciálu. Poté následuje hyperpolarizace, než buňka opět dosáhne klidového potenciálu. Tento proces slouží k přenosu signálů. Nervové buňky tvoří akční potenciály v axon pahorkatina po přijetí signálu. To se pak přenáší podél axon ve formě akčních potenciálů. The synapsy nervových buněk pak přenáší signál do další nervová buňka ve formě neurotransmiterů. Mohou mít aktivační nebo inhibiční účinek. Tento proces je nezbytný pro přenos signálů v systému mozek, například. Vize se také vyskytuje podobným způsobem. Buňky v oku, takzvané tyčinky a čípky, přijímají signál z vnějšího světelného stimulu. To má za následek vznik akční potenciál a podnět je poté přenesen do mozek. Je zajímavé, že zde nedochází k vývoji stimulů depolarizací jako v jiných nervových buňkách. Nervové buňky mají v klidové poloze membránový potenciál -65 mV, zatímco fotoreceptory mají v klidovém potenciálu membránový potenciál -40 mV. V klidovém stavu tedy již mají pozitivnější membránový potenciál než nervové buňky. Ve fotoreceptorových buňkách dochází k rozvoji stimulu hyperpolarizací. Výsledkem je, že se fotoreceptory uvolňují méně neurotransmiter a následné neurony mohou určit intenzitu světelného signálu na základě redukce neurotransmiteru. Tento signál je poté zpracován a vyhodnocen v mozek. Hyperpolarizace spouští inhibiční postsynaptický potenciál (IPSP) v případě vidění nebo určitých neuronů. Na druhou stranu v případě neuronů často aktivuje postsynaptické potenciály
(APSP). Další důležitou funkcí hyperpolarizace je to, že brání buňce v opětovném spuštění akční potenciál příliš rychle kvůli jiným signálům. Dočasně tak inhibuje tvorbu stimulů v nervová buňka.
Nemoci a poruchy
Srdce a svalové buňky mají kanály HCN. HCN zde znamená hyperpolarizací aktivované cyklické nukleotidové kationové kanály. Jsou to kationové kanály regulované hyperpolarizací buňky. U lidí jsou známé 4 formy těchto HCN kanálů. Jsou označovány jako HCN-1 až HCN-4. Podílejí se na regulaci srdečního rytmu i na činnosti spontánně se aktivujících neuronů. V neuronech působí proti hyperpolarizaci, takže buňka může rychleji dosáhnout klidového pontenciálu. Zkrátí tak takzvanou refrakterní periodu, která popisuje fázi po depolarizaci. v srdce buňky, na druhé straně, regulují diastolickou depolarizaci, která je generována na sinusový uzel srdce. Ve studiích na myších bylo prokázáno, že ztráta HCN-1 způsobuje poruchu motorických pohybů. Absence HCN-2 vede k poškození neuronů a srdce a ztráta HCN-4 způsobuje u zvířat smrt. Spekuluje se, že tyto kanály mohou být spojeny s epilepsie u lidí. Kromě toho je známo, že mutace ve formě HCN-4 způsobují srdeční arytmie u lidí. To znamená, že určité mutace kanálu HCN-4 mohou vést na srdeční arytmie. Proto jsou kanály HCN také cílem léčebných terapií srdeční arytmie, ale také pro neurologické vady, u nichž hyperpolarizace neuronů trvá příliš dlouho. Pacienti s srdeční arytmie kvůli dysfunkci kanálu HCN-4 jsou léčeni specifickými inhibitory. Je však třeba zmínit, že většina terapií týkajících se kanálů HCN je stále v experimentální fázi, a proto pro ně dosud není dostupná.
