Гиперполяризация — изменение мембранного потенциала клетки, которое делает его более отрицательным. Это противоположность деполяризации . Он подавляет потенциалы действия, увеличивая стимул, необходимый для перемещения мембранного потенциала до порогового значения потенциала действия .

Гиперполяризация часто вызывается истечением K+ (катиона) через ионные каналы K+ или притоком Cl- (аниона) через другой канал Cl- . С другой стороны, приток катионов, например Na+ через каналы Na+ или Ca2+ через каналы Ca2+ подавляет гиперполяризацию. Если в клетке есть токи Na + или Ca2 + в состоянии покоя, то ингибирование этих токов также приведет к гиперполяризации. Этот отклик потенциалзависимого ионного канала и есть то, как достигается состояние гиперполяризации. Нейрон входит в состояние гиперполяризации сразу после генерации потенциала действия. Так как нейрон гиперполяризован, он находится в рефрактерном периоде , который длится примерно 2 миллисекунды, в течение которого нейрон не может генерировать последующие потенциалы действия. перераспределяют ионы K + и Na + до тех пор, пока мембранный потенциал не вернется к своему потенциалу покоя около -70 милливольт , после чего нейрон снова готов к передаче другого потенциала действия.

Управляемые напряжением ионные каналы и гиперполяризация

Управляемые напряжением ионные каналы реагируют на изменения мембранного потенциала. Такие ионные каналы как: калиевые, хлоридные и натриевые, являются ключевыми компонентами в генерации потенциала действия, а также гиперполяризации. Эти каналы работают путем выбора иона на основе электростатического притяжения или отталкивания, позволяя иону связываться с каналом. Это высвобождает молекулу воды, прикрепленную к каналу, и ион проходит через пору. Управляемые напряжением натриевые каналы открываются в ответ на стимул и снова закрываются. Это означает, что канал либо открыт, либо нет, частично нет открытого пути. Иногда канал закрывается, но его можно сразу открыть повторно, что называется , или его можно закрыть, не открывая сразу, что называется .

При потенциале покоя и потенциал-зависимые натриевые, и калиевые каналы закрываются, но по мере того, как клеточная мембрана становится деполяризованной, управляемые по напряжению натриевые каналы начинают открываться, и нейрон начинает деполяризоваться , создавая петлю обратной связи по току, известную как Модель Ходжкина — Хаксли . Однако ионы калия естественным образом выходят из клетки, и если исходное событие деполяризации было недостаточно значительным, нейрон не генерирует потенциал действия. Однако, если все натриевые каналы открыты, нейрон становится в десять раз более проницаемым для натрия, чем для калия, что приводит к быстрой деполяризации клетки до пика +40 мВ. На этом уровне натриевые каналы начинают инактивироваться, а калиевые каналы, управляемые напряжением, начинают открываться. Эта комбинация закрытых натриевых каналов и открытых калиевых каналов приводит к реполяризации нейрона и снова становится отрицательной. Нейрон продолжает переполяризоваться, пока клетка не достигнет ~ −75 мВ, что является равновесным потенциалом ионов калия. Это точка, в которой нейрон гиперполяризован, между −70 мВ и −75 мВ. После гиперполяризации калиевые каналы закрываются, и естественная проницаемость нейрона для натрия и калия позволяет нейрону вернуться к своему потенциалу покоя −70 мВ. В течение рефрактерного периода , который наступает после гиперполяризации, но до того, как нейрон вернется к своему потенциалу покоя, нейрон способен запускать потенциал действия из-за способности открываться натриевые каналы, однако, поскольку нейрон более отрицательный, он становится труднее достичь порога потенциала действия.

Каналы HCN активируются гиперполяризацией.

Экспериментальная техника

Гиперполяризация — это изменение мембранного потенциала. Нейробиологи измеряют его, используя технику patch-clamp . Используя этот метод, они могут регистрировать ионные токи, проходящие через отдельные каналы. Это делается с помощью стеклянной микропипетки, также называемой пипеткой , диаметром 1 микрометр. Есть небольшой участок, который содержит несколько ионных каналов, а остальные закрыты, что делает его точкой входа для тока. Использование усилителя и зажима напряжения, который представляет собой схему электронной обратной связи, позволяет экспериментатору поддерживать мембранный потенциал в фиксированной точке, а зажим напряжения затем измеряет крошечные изменения тока. Мембранные токи, вызывающие гиперполяризацию, представляют собой либо увеличение внешнего тока, либо уменьшение входящего тока.

Примечания