Context
Mentre les funcions de generació, recepció, integració i transmissió de senyals elèctrics per les neurones individuals estan basats en mecanismes força regulats, encara que amb algoritmes relativament simples (que és la proposició d’aquest conjunt d’assaigs), la conducció és un procés molt automatisat.
Mentre la generació, recepció, integració i transmissió de senyals elèctrics per les neurones individuals està força regulada, la conducció és un procés prou simple i automàtic.
La seqüència de passos s’inicia amb l’arribada d’un nombre suficient (un llindar mínim per a cada neurona) de càrregues elèctriques positives en l’entorn dels primers canals de sodi (1) sensibles al voltatge (CSSV). La seva influència (repulsiva, per un qualificatiu col·loquial) sobre els aminoàcids catiònics (positius) especialment Arginina (A+) i Lisina (L+) incrementa la probabilitat d’obertura del canal.
L’entrada de sodi a favor del seu gradient de concentració i també a favor del gradient elèctric de la membrana que normalment és negatiu en la seva cara interna, dona com a resultat una disseminació de les càrregues elèctriques portades per l’ió sodi.
Una part d’aquestes càrregues (o la seva influència), discorre pel neuroplasma i obre el següent (2), o els immediatament consecutius (n), canals de sodi en la membrana, propagant el senyal. Immediatament, el balanceig de l’extrem carboxílic intracel·lular de la proteïna del canal (-COO–) tapona la seva boca interna inactivant l’entrada de més ions sodi, fins i tot si la membrana continua despolaritzada.
Això no obstant, la causa que ha provocat l’obertura del CSSV (el seu canvi de conformació) que és la despolarització inicial del con d’origen axonal, reforçada ara per la nova i actual entrada de sodi al través del primer canal de la fibra nerviosa, no ha desaparegut. El canal inactivat continua amb la configuració d’obertura i és necessari que recuperi la posició tancada per a poder obrir-se de nou, de forma coherent amb una nova estimulació. Aquesta funció de restauració la du a terme un canal de potassi sensible al voltatge (CPSV) amb un mecanisme d’activació similar al canal de sodi encara que, en aquest cas, són les mateixes càrregues positives introduïdes pel primer CSSV les que incrementen la probabilitat d’obertura del canal de potassi. El resultat és una sortida de potassi a l’exterior donat que aquest ió està més concentrat en l’interior cel·lular. Aquesta sortida de càrregues positives portades pel potassi repolaritza la membrana elèctricament i permet el reposicionament total del canal de sodi, per rebre immediatament o bé quedar en espera d’una nova obertura.
El CPSV no inactiva com sí que hem vist que ho fa el CSSV. Com ell mateix ha repolaritzat a la membrana, però, eliminant la causa de la seva obertura, la recuperació de la configuració tancada és automàtica.
Ens podem fer la pregunta de per què els canals de Na+ s’obren abans que els de K+. La raó teleològica indica que si els canals de K⁺ s’obrissin al mateix temps que els de Na⁺, la sortida de K⁺ contrarestaria immediatament l’entrada de Na⁺ i el potencial d’acció no podria iniciar-se.
Per conduir ràpidament i eficaç, el sistema nerviós necessita que el potencial d’acció s’iniciï de manera explosiva i sigui tot-o-res i, per tant, primer entri Na⁺ i provoqui una despolarització ràpida i després surti K⁺ amb el resultat d’una repolarització asíncrona, quasi immediata, però.
Aquesta seqüència pot tenir lloc per l’existència de diferències estructurals i cinètiques. Primer, perquè els canals dependents de voltatge de Na⁺ i K⁺ no responen igual de ràpid al mateix canvi de voltatge. Els canals de Na⁺ són molt més ràpids, s’obren en mil·lisegons immediatament després de superar el llindar mentre que els canals de K⁺ són més lents tant per obrir-se com per tancar-se. En segon lloc, els canals de Na+ tenen un llindar d’activació més baix, i són més sensibles als petits canvis de voltatge. Aquestes diferències de velocitat i llindar són intrínseques a la seva estructura. El CSSV és una gran molècula (la subunitat que porta el canal) amb quatre dominis de sis passos transmembrana cada domini, mentre que la molècula del CPSV equival a un sol domini de la del CSSV.
Malgrat la ràpida repolarització elèctrica produïda pel CPSV, la restauració del gradient químic de concentració dels ions sodi i potassi la fa de forma continuada la bomba d’aquests ions, a una velocitat menor (sostinguda, però) per la implicació d’un procés enzimàtic d’hidròlisis de l’ATP i la corresponent seqüència de fosforilacions i desfosforilacions que provoquen la rotació de la bomba en el pla de la membrana.