Valintakoe B: Lääketiede ja biotieteet
Mikä on aktiopotentiaali?
Aktiopotentiaali on hermo- tai lihassolun kalvojännitteen nopea ja ohimenevä muutos, jonka avulla viesti etenee solua pitkin. Kun kalvojännite nousee kynnysarvon, noin −55 mV, yli, jänniteherkät natriumkanavat avautuvat ja jännite kääntyy hetkeksi positiiviseksi, noin +30 mV:iin. Sen jälkeen kaliumkanavat palauttavat jännitteen negatiiviseksi.
Depolarisaatiossa natriumia virtaa soluun, ja sisäpuoli muuttuu positiiviseksi. Natriumkanavat sulkeutuvat itsestään, ja viiveellä avautuvista kaliumkanavista kaliumia virtaa ulos, mikä palauttaa jännitteen (repolarisaatio). Hetken jännite on lepotasoa negatiivisempi (hyperpolarisaatio).
Aktiopotentiaali noudattaa kaikki tai ei mitään -periaatetta. Kynnyksen alittava ärsyke ei tuota impulssia, ja kynnyksen ylittävä tuottaa aina täysikokoisen impulssin. Ärsykkeen voimakkuus näkyy impulssien tiheytenä, ei niiden suuruutena.
Refraktaariaikana uutta aktiopotentiaalia ei synny, koska natriumkanavat ovat inaktivoituneet. Se rajoittaa impulssien enimmäistaajuutta ja estää impulssia palaamasta taaksepäin. Myeliinituppi nopeuttaa johtumista, koska aktiopotentiaali syntyy vain Ranvierin kuroumissa ja hyppää niiden välillä.
Kaava
Enimmäistaajuus ≈ 1 / refraktaariaika. Johtumisaika = matka / johtumisnopeus.
Esimerkki
Hermosolun absoluuttinen refraktaariaika on 2 ms. Mikä on impulssien enimmäistaajuus? Kuinka kauan impulssi kulkee 1,2 m:n matkan selkäytimestä varpaaseen, kun johtumisnopeus on myelinoidussa aksonissa 60 m/s ja myelinoimattomassa 1 m/s?
- Enimmäistaajuus on noin 1 / 0,002 s = 500 impulssia sekunnissa.
- Myelinoitu aksoni: t = 1,2 m / 60 m/s = 0,02 s = 20 ms.
- Myelinoimaton aksoni: t = 1,2 m / 1 m/s = 1,2 s, eli 60 kertaa pidempi.
- Ero selittää, miksi nopeat liikehermot ja kosketusta välittävät hermosäikeet ovat myelinoituja.
Tyypillinen virhe
Virhe on ajatella, että voimakas ärsyke tuottaa suuremman aktiopotentiaalin. Aktiopotentiaalin suuruus on aina sama. Voimakas ärsyke tuottaa impulsseja tiheämmin ja aktivoi useampia hermosoluja.
Valintakokeessa B
Hermoimpulssi kuuluu lukion biologiaan, ja valintakoe B arvioi kuvaajien tulkintaa. Kalvojännitteen kuvaajasta kannattaa osata nimetä vaiheet ja kertoa, mikä ioni liikkuu kussakin vaiheessa ja mihin suuntaan.
Missä kurssissa tämä opetetaan
SmartVK:n valintakoe B -kurssin luvussa 24: Aistit ja hermoimpulssi: ärsykkeestä aistimukseen. Katso kurssin sisältö.
Kysymyksiä
Mikä on refraktaariaika?
Refraktaariaika on aktiopotentiaalin jälkeinen jakso, jolloin uutta aktiopotentiaalia ei voi syntyä lainkaan (absoluuttinen) tai se vaatii tavallista voimakkaamman ärsykkeen (suhteellinen). Syynä ovat natriumkanavien inaktivoituminen ja kaliumkanavien hidas sulkeutuminen. Refraktaariaika rajoittaa taajuutta ja pitää impulssin kulkusuunnan yhtenä.
Miten myeliini nopeuttaa johtumista?
Myeliinituppi eristää aksonin, joten ionivirrat eivät vuoda kalvon läpi tupen kohdalla. Aktiopotentiaali syntyy vain tuppien välisissä Ranvierin kuroumissa, ja sähköinen muutos etenee kuroumasta toiseen nopeasti aksonin sisällä. Tätä kutsutaan hyppiväksi johtumiseksi. MS-taudissa myeliini vaurioituu ja johtuminen hidastuu tai katkeaa.