Hiperpolarizasyon

Hiperpolarizasyon membran geriliminin arttığı ve dinlenme değerini aştığı biyolojik bir süreçtir. Bu mekanizma, insan vücudundaki kas, sinir ve duyu hücrelerinin işlevi için önemlidir. Kas hareketleri veya görme gibi eylemlerin vücut tarafından etkinleştirilmesini ve kontrol edilmesini sağlar.

Hiperpolarizasyon nedir?

İnsan vücudundaki hücreler bir zarla çevrelenmiştir. Aynı zamanda plazma zarı olarak da bilinir ve bir lipit çift tabakasından oluşur. Hücre içi alanı, sitoplazmayı çevreleyen alandan ayırır.

Gözdeki kas, sinir veya duyu hücreleri gibi insan vücudundaki hücrelerin zar gerginliği, istirahat halindeyken dinlenme potansiyeline sahiptir. Bu zar gerginliği, hücre içinde ve hücre dışı alanda negatif bir yük olması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Hücrelerin dışında pozitif bir yük vardır.

Dinlenme potansiyeli değeri, hücre tipine bağlı olarak değişir. Membran voltajının bu dinlenme potansiyeli aşılırsa, membranın hiperpolarizasyonu meydana gelir. Bu, membran voltajını dinlenme potansiyeline göre daha negatif yapar, yani. hücre içindeki yük daha da negatif hale gelir.

Bu genellikle zardaki iyon kanallarının açılmasından veya kapanmasından sonra gerçekleşir. Bu iyon kanalları, voltaja bağlı bir şekilde çalışan potasyum, kalsiyum, klorür ve sodyum kanallarıdır.

Hiperpolarizasyon, dinlenme potansiyeli aşıldıktan sonra kapanması için belirli bir süreye ihtiyaç duyan voltaja bağlı potasyum kanalları nedeniyle oluşur. Pozitif yüklü potasyum iyonlarını hücre dışı alana taşır. Bu kısaca hücre içinde daha negatif bir yüke, hiperpolarizasyona yol açar.

İşlev ve görev

Hücre zarının hiperpolarizasyonu, sözde aksiyon potansiyelinin bir parçasıdır. Bu, farklı aşamalardan oluşur. İlk aşama hücre zarının eşik potansiyelinin aşılması ve ardından depolarizasyondur, hücre içinde daha pozitif bir yük vardır. Bu daha sonra yeniden kutuplaşmaya yol açar, bu da dinlenme potansiyeline yeniden ulaşıldığı anlamına gelir. Daha sonra hiperpolarizasyon, hücre tekrar dinlenme potansiyeline ulaşmadan önce gerçekleşir.

Bu işlem, sinyalleri iletmek için kullanılır. Sinir hücreleri, bir sinyal aldıktan sonra akson höyüğü alanında aksiyon potansiyelleri oluşturur. Bu daha sonra akson boyunca aksiyon potansiyelleri şeklinde aktarılır.

Sinir hücrelerinin sinapsları daha sonra sinyali nörotransmiterler şeklinde bir sonraki sinir hücresine iletir. Bunların harekete geçirici bir etkisi olabilir veya ayrıca inhibe edici bir etkisi olabilir. Süreç, örneğin beyinde sinyallerin iletilmesinde çok önemlidir.

Görmek de benzer şekilde yapılır. Gözdeki çubuklar ve koniler adı verilen hücreler, sinyali harici ışık uyarıcısından alır. Bu, aksiyon potansiyelinin oluşumuna yol açar ve uyarı beyne iletilir. İlginç bir şekilde, uyarıcı gelişimi, diğer sinir hücrelerinde olduğu gibi depolarizasyon yoluyla gerçekleşmez.

Dinlenme pozisyonunda, sinir hücreleri -65mV zar potansiyeline sahipken, görsel hücreler dinlenme potansiyelinde -40mV zar potansiyeline sahiptir. Dinlenme halindeyken bile sinir hücrelerinden daha pozitif bir zar potansiyeline sahiptirler. Görsel hücrelerde, uyarı hiperpolarizasyon yoluyla geliştirilir. Sonuç olarak, görsel hücreler daha az nörotransmiter salgılar ve aşağı akım sinir hücreleri, nörotransmiterlerdeki azalmaya bağlı olarak ışık sinyalinin yoğunluğunu belirleyebilir. Bu sinyal daha sonra beyinde işlenir ve değerlendirilir.

Hiperpolarizasyon, görme durumunda veya belirli nöronlarda inhibe edici bir postsinaptik potansiyeli (IPSP) tetikler. Buna karşılık, nöronlar genellikle postsinaptik potansiyelleri aktive ediyor (APSP).

Hiperpolarizasyonun bir diğer önemli işlevi, hücrenin diğer sinyallere bağlı olarak bir aksiyon potansiyelini çok hızlı bir şekilde yeniden tetiklemesini önlemesidir. Böylece sinir hücresinde uyaranların oluşumunu geçici olarak engeller.

Hastalıklar ve rahatsızlıklar

Kalp ve kas hücrelerinde HCN kanalları bulunur. HCN, hiperpolarizasyonla aktive edilen siklik nükleotid kapılı katyon kanallarını ifade eder. Bunlar hücrenin hiperpolarizasyonu ile düzenlenen katyon kanallarıdır. Bu HCN kanallarının 4 formu insanlarda bilinmektedir. HCN-1 ila HCN-4 olarak adlandırılırlar. Kalp ritminin düzenlenmesinde ve kendiliğinden aktive olan sinir hücrelerinin aktivitesinde rol alırlar. Nöronlarda hiperpolarizasyona karşı koyarlar, böylece hücre dinlenme potansiyeline daha hızlı ulaşabilir. Böylece depolarizasyondan sonraki aşamayı tanımlayan refrakter dönemi kısaltırlar. Kalp hücrelerinde ise kalbin sinüs düğümünde oluşan diyastolik depolarizasyonu düzenlerler.

Farelerle yapılan çalışmalarda, HCN-1 kaybının bir motor hareket kusuru oluşturduğu gösterilmiştir. HCN-2'nin yokluğu nöronal ve kardiyak hasara yol açar ve HCN-4'ün kaybı hayvanların ölümüne yol açar. Bu kanalların insanlarda epilepsi ile bağlantılı olabileceği düşünülüyor.

Ek olarak, HCN-4 formundaki mutasyonların insanlarda kardiyak aritmiye yol açtığı bilinmektedir. Bu, HCN-4 kanalının belirli mutasyonlarının kalp ritminde bir bozukluğa yol açabileceği anlamına gelir.HCN kanalları bu nedenle kardiyak aritmiler için tıbbi tedavilerin hedefidir, fakat aynı zamanda nöronların hiperpolarizasyonunun çok uzun sürdüğü nörolojik kusurlar için de hedeftir.

HCN-4 kanalındaki bir arızaya kadar izlenebilen kardiyak aritmili hastalar, spesifik inhibitörlerle tedavi edilir. Bununla birlikte, HCN kanallarıyla ilgili çoğu terapinin hala deneysel aşamada olduğu ve bu nedenle henüz insanlar tarafından erişilebilir olmadığı belirtilmelidir.