휴지 막전위 발생 조건. 세포는 왜 나트륨을 칼륨으로 교환합니까? 생리학에서 휴식 잠재력이란 무엇입니까?

MPP의 형성을 위해서는 다음이 존재해야 합니다: 1) 세포질과 세포외 환경 사이의 이온성 막횡단 구배가 필요합니다(주요 역할은 나트륨 및 칼륨 이온이 담당함). 2) 이온에 대한 막의 투과성이 다르며 이는 막의 이온 채널에 의해 결정됩니다.

기울기의 크기: 세포의 세포질 내 K+는 세포외 환경보다 약 33배 더 큽니다. 세포 내 Na+는 세포외 환경보다 약 14배, C1은 20배, Ca 2+는 수만 배 적습니다.

구배 형성 메커니즘: 칼륨-나트륨 펌프는 Na + 및 K + 구배를 형성합니다(그림 1.2.3). C1~ 구배는 세포에서 공동으로 이동하는 동안 K + 구배 에너지를 사용한 결과와 CI/HCO3 음이온 교환기를 사용하여 중탄산염으로 교환한 결과로 생성됩니다. Ca 2+ 펌프와 Na + 이온 교환을 사용하여 이온이 세포에서 적극적으로 제거됩니다.

쌀. 1.2.3.세포막의 칼륨-나트륨 펌프. 하나의 ATP 분자의 인산염 그룹의 에너지를 사용하여 펌프는 농도 구배에 반하여 세포외액에서 세포질로 2개의 K+ 이온을 운반하고 반대 방향으로 3개의 Na+ 이온을 운반합니다.

이온에 대한 막의 다양한 투과성은 이온 채널의 존재, 그 수 및 상태에 따라 결정됩니다.

이온 채널 -내재막 단백질 개구부(기공)를 형성하고 농도 및 전기 구배에 따라 무기 이온을 세포 안팎으로 허용하거나 세포 밖으로 무기 이온을 허용할 수 있는 여러 하위 단위로 구성되어 있습니다(그림 1.2.4).

쌀. 1.2.4.

ㅏ- 게이트 메커니즘이 없는 누출 채널; 하나님- 게이트 메커니즘이 있는 채널: 비- 채널이 닫혀 있고 잠재적으로 활성화되어 있습니다. V- 채널이 열려있습니다. G- 채널이 닫혀 있고 비활성화되었습니다. 디- 막의 지질 이중층; 1 - 선택적 필터;

2 - 활성화 게이트; 3 - 비활성화 게이트

채널에는 "선택적 필터"(d = 0.3-0.6 nm) 역할을 하는 섹션이 있으며, 이를 통해 이온은 수용성 껍질이 부분적으로 또는 완전히 손실된 후 통과할 수 있습니다. 최대 2천만 개의 이온이 1초 내에 이온 채널을 통과할 수 있으므로 채널의 이온 전류는 이온 펌프 및 이온 교환기 작동과 관련된 이온 전류보다 몇 배 더 높습니다.

이온 채널에는 여러 유형이 있습니다. 채널에는 다음을 결정하는 게이트 메커니즘이 있습니다. 닫은(잠재적으로 활성), 열려 있는(활성화) 또는 닫은(비활성화) 채널 상태. 채널의 투과성("게이트" 상태)은 1) 멤브레인의 극성 변경(전압 제어 채널)에 의해 조절됩니다. 2) 화학 물질의 영향 - 신경 전달 물질, 호르몬, 약물(화학 조절 채널); 3) 막 변형(기계 감응 채널).

전압 제어 채널(나트륨, 칼륨, 칼슘, 염화물)은 흥분성 세포에서 발견됩니다. 여기에는 쌍극자 형태의 게이트 "입자"(채널 센서)가 있으며 그 끝에 반대 전하가 위치합니다. 게이트 응답 시간(밀리초~초)을 기준으로 채널은 빠른 채널과 느린 채널로 구분됩니다. 이러한 채널이 있는 흥분성 세포막 부분을 흥분성 막이라고 합니다(그 부분에서만 활동 전위를 형성할 수 있습니다).

화학조절 채널(“채널 수용체”, “이온성 수용체”)는 생리 활성 물질에 의해 작용하는 수용체의 일부입니다: 신경 전달 물질 - 아세틸콜린, GABA, 글루타메이트 등, 호르몬, 약물(예: M-콜린성 수용체, GABA A - 수용체 등).

기계에 민감한 채널(MCP)는 기계적 자극, 정수압 및 삼투압의 작용으로 막 변형에 반응하여 전도도를 변경합니다. 다양한 유형의 MCP가 확인되었습니다. 막 스트레칭에 의해 채널이 활성화되고 억제됩니다. 양이온(칼륨, 칼슘, 비선택적), 음이온 채널 등. 이는 막의 전위를 변경하고 전압 개폐 채널을 활성화하기에 충분한 전류를 생성할 수 있습니다.

생리학적 휴식 상태에서 막 투과성(P)은 주로 누출 채널에 의해 결정됩니다. Na +의 경우 매우 낮고 C1_의 경우 평균이며 K +의 경우 더 높습니다. P R+가 수락하는 경우

단위당, 그러면 P k+ : P sg: P Na+ = 1: 0.4: 0.04.

휴지 막 전위의 발생 메커니즘. 누출 채널을 통해 세포에서 평형 전위(E k+ = -94 mV)로 K+가 확산되는 것이 MPP 형성의 주요 메커니즘입니다.

(분극 이온으로서의 K+). K+의 평형 전위(E 이온)는 두 가지 힘, 즉 화학적 구배를 따라 이온이 이동하는 힘과 반대 정전기력이 동일해지는 전위입니다. 이들 힘이 동일해지면 이온의 확산이 멈춥니다. 정전기력(전하 차이)에 의해 세포에서 K+가 확산되면 세포질 음이온(단백질, 인산염)이 운반되며, 이는 세포막 내부 표면 근처에서 멈춰서 세포막에 불투과되어 음의 막 전위를 형성합니다.

칼륨-나트륨 펌프(2K + 이온이 세포로 이동하면 3Na + 이온이 제거됨)의 비대칭 작동은 막 분극(약 -10mV)을 생성하고 MPP 형성의 두 번째 메커니즘입니다(참조: 그림 1.2.3).

누출 채널을 통해 셀로 Na +가 약간 확산되면(E Na + = +60 mV) 실제 MPP가 E k +보다 다소 낮아집니다.

(탈분극 이온으로서의 Na+).

MPP의 기능적 역할. 음의 막 전위와 나트륨 이온의 주로 세포외 위치는 Na+에 대한 큰 기전력을 생성하여 이 양이온을 세포 내로 이동시키는 것을 목표로 합니다. 개방형 Na + -Ka- 채널을 통해 이 힘은 생체전위 발달(탈분극 단계)에서 Na +의 뛰어난 역할을 결정합니다. 흥분성 세포와 비자발성 세포의 수송체와 이온 교환체의 활동에서 2차 능동 수송이 가능합니다. 기전력 Na+는 아미노산과 포도당을 세포 내로 이동시키거나 세포에서 칼슘과 수소 이온을 제거하는 데 사용됩니다.

탈분극의 전위 및 임계 수준. 흥분성 세포의 주요 잠재력은 활동 전위(AP)입니다. 이 경우 자연 조건에서 자극제는 전압 제어 이온 채널을 갖는 막을 탈분극시키는 생체 전위(수용체, 시냅스) 및 생체 전류입니다. AP는 자극이 막을 임계 수준(약 15-20mV)까지 탈분극할 수 있을 때 발생합니다. 자극 작용에 따른 탈분극이 임계 수준에 도달하지 않는 경우, 즉 자극이 역치 이하이고 AP가 발생하지 않지만 전위가 형성됩니다.

전전위(국소 반응)는 활동 전위가 발생하는 막의 동일한 영역(즉, 전압 제어 채널을 가짐)에서 역치 이하 자극의 작용으로 인해 발생하는 국소 전위입니다. 전위는 역치 이하 영역(MPP와 탈분극 임계 수준 사이)에 위치하며 탈분극 및 재분극 단계를 갖습니다(그림 1.2.5).

전위 발생 메커니즘.임계치 이하 자극의 작용으로 전압 제어 1Cha + 채널의 개방과 Na + -TOKOM이 세포에 들어가는 것과 관련된 탈분극이 발생하며 이는 탈분극의 임계 수준에 도달하지 않습니다. 탈분극은 또한 더 느린 전압 개폐 K + 채널을 열어 세포를 떠나는 K + 전류를 증가시킨 다음 재분극 단계를 유발합니다. 전위 동안, 세포에 들어가는 Na + -TOK는 전압 개폐 채널과 K + -누출 채널을 통해 세포에서 나가는 K + -전류보다 작습니다. 따라서 역치하 자극이 중단되면 전위는 사라진다.

쌀. 1.2.5.국소 반응(전전위) 및 활동 전위 계획: 7 - 탈분극; 2 - 재분극

전위의 속성.전위의 진폭은 자극의 강도에 직접적으로 의존하며 "강도"의 법칙에 따라 발생합니다(그 진폭은 자극의 강도에 비례함). 전위는 합산이 가능하며, 자극 사이의 간격이 전위의 존재 기간보다 짧은 경우 새로운 전위는 이전 전위와 합산됩니다. 결과적으로, 고주파 역치 이하 자극은 막을 임계 수준까지 탈분극시켜 AP를 유발할 수 있습니다. 전위 동안 흥분성이 증가합니다. 전위의 전파는 짧은 거리(보통 1mm 이내)에서 진폭 감쇠와 함께 발생합니다.

탈분극의 임계 수준(CUD 또는 임계 전위 - E cr) - 막 탈분극이 재생(자기 강화) 특성을 취할 수 있는 수준으로 활동 전위의 발달을 나타냅니다. 이 경우 세포에 들어가는 Na + -TOK는 세포에서 나가는 K + - 전류와 동일하며 이는 막의 전기적 불안정성을 특징으로 합니다. 공정은 탈분극 방향과 AP 형성 방향 모두에서 동일하게 진행될 수 있습니다. 재분극의 방향은 전위에 의해 제한됩니다. MPP를 CUD로 탈분극시키는 자극을 임계 자극. KUD와 MPP의 차이와 동일한 전위의 크기를 호출합니다. 임계 전위(PP = MPP - KUD), 이는 세포의 흥분성을 특징으로 합니다(PP가 작을수록 흥분성은 커지고 그 반대도 마찬가지임).

따라서 휴지막 전위를 유지하는 메커니즘을 이해하기 위해서는 두 가지 사실을 고려해야 합니다.

1 . 세포 내 칼륨 이온 농도는 세포 외 환경보다 훨씬 높습니다. 2 . 정지 상태의 막은 K+에 대해 선택적으로 투과성이 있으며, Na+의 경우 정지 상태의 막 투과성은 중요하지 않습니다. 칼륨의 투과도를 1로 취하면 정지 상태의 나트륨의 투과도는 0.04에 불과합니다. 따라서, 농도 구배를 따라 세포질에서 K+ 이온이 일정하게 흐릅니다.. 세포질로부터의 칼륨 전류는 내부 표면에 양전하의 상대적인 결핍을 야기하며, 세포막은 음이온이 통과할 수 없으므로, 결과적으로 세포질은 세포 주변 환경과 관련하여 음전하를 띠게 됩니다. 세포와 세포외 공간 사이의 이러한 전위차, 즉 세포의 분극을 휴지막 전위(RMP)라고 합니다.

질문이 생깁니다. 세포 외부와 내부의 이온 농도가 균형을 이룰 때까지 칼륨 이온의 흐름이 계속되지 않는 이유는 무엇입니까? 이것은 하전 입자이므로 그 움직임은 막의 전하에도 달려 있다는 점을 기억해야 합니다. 세포에서 칼륨 이온의 흐름으로 인해 생성되는 세포 내 음전하는 새로운 칼륨 이온이 세포를 떠나는 것을 방지합니다. 전기장의 작용이 농도 구배를 따른 이온의 이동을 보상할 때 칼륨 이온의 흐름이 멈춥니다. 결과적으로, 막의 이온 농도의 주어진 차이에 대해 소위 칼륨에 대한 평형 전위가 형성됩니다. 이 전위(Ek)는 RT/nF *ln /, (n은 이온의 원자가입니다.) 또는

Ek=61.5로그/

막 전위(MP)는 칼륨의 평형 전위에 크게 좌우되지만, 일부 나트륨 이온은 염소 이온뿐만 아니라 여전히 휴지 세포에 침투합니다. 따라서 세포막의 음전하는 나트륨, 칼륨 및 염소의 평형 전위에 따라 달라지며 Nernst 방정식으로 설명됩니다. 이러한 휴지막 전위의 존재는 자극에 대한 특정 반응인 세포의 흥분 능력을 결정하기 때문에 매우 중요합니다.

세포 흥분

안에 흥분세포(휴식 상태에서 활성 상태로의 전환)는 나트륨 및 때로는 칼슘에 대한 이온 채널의 투과성이 증가할 때 발생합니다.투과성이 변화하는 이유는 막 전위의 변화일 수 있습니다. 전기적으로 흥분 가능한 채널이 활성화되고 막 수용체와 생물학적 활성 물질의 상호 작용(수용체 제어 채널 및 기계적 작용)이 있을 수 있습니다. 어쨌든 각성의 발달을 위해서는 다음이 필요합니다. 초기 탈분극 - 막의 음전하가 약간 감소하고,자극의 작용으로 인해 발생합니다. 자극제는 빛, 온도, 화학물질(미각 및 후각 수용체에 대한 영향), 스트레칭, 압력 등 신체의 외부 또는 내부 환경 매개변수의 변화일 수 있습니다. 나트륨이 세포 안으로 돌진하면 이온 전류가 발생하고 막 전위가 감소합니다. - 탈분극막.

표 4

세포 자극에 따른 막 전위의 변화.

나트륨은 농도 구배와 전기적 구배를 따라 세포에 들어갑니다. 세포 내 나트륨 농도는 세포외 환경보다 10배 낮고 세포외에 비해 전하는 음수입니다. 칼륨 채널도 동시에 활성화되지만 나트륨(빠른) 채널은 1~1.5밀리초 내에 활성화 및 비활성화되며 칼륨 채널은 더 오래 걸립니다.

막 전위의 변화는 일반적으로 그래픽으로 표시됩니다. 상단 그림은 막의 초기 탈분극, 즉 자극 작용에 대한 전위 변화를 보여줍니다. 각 흥분성 세포에는 특별한 수준의 막 전위가 있으며, 이에 도달하면 나트륨 채널의 특성이 급격히 변합니다. 이 잠재력을 임계 수준의 탈분극 (KUD). 막전위가 KUD로 바뀌면 전압 의존형 나트륨 채널이 빠르게 열리고 나트륨 이온의 흐름이 세포 안으로 돌진합니다. 양전하를 띤 이온이 세포 안으로 들어오면 세포질의 양전하가 증가합니다. 그 결과, 막횡단 전위차가 감소하고 MP 값이 0으로 감소한 다음, 나트륨이 계속해서 세포에 유입됨에 따라 막이 재충전되고 전하가 반전됩니다(오버슈트). 이제 표면은 전기음성도가 됩니다. 세포질에 - 막이 완전히 탈분극되었습니다 - 중간 그림. 더 이상 요금 변경이 발생하지 않습니다. 나트륨 채널이 비활성화되었습니다– 농도 구배가 아주 약간 변하더라도 더 많은 나트륨이 세포에 들어갈 수 없습니다. 자극이 막을 CUD로 탈분극시키는 힘을 갖는 경우, 이 자극을 역치라고 하며 세포의 흥분을 유발합니다. 잠재적 반전점은 모든 양식의 전체 자극 범위가 신경계의 언어인 흥분 자극으로 번역되었다는 표시입니다. 자극 또는 흥분 전위를 활동 전위라고 합니다. 활동 전위(AP)는 역치 강도의 자극에 반응하여 막 전위의 급격한 변화입니다. AP에는 자극의 강도에 의존하지 않는 표준 진폭 및 시간 매개변수("ALL OR NOTHING" 규칙)가 있습니다. 다음 단계는 휴지 막 전위의 회복입니다. 재분극(하단 그림)은 주로 활성 이온 수송으로 인한 것입니다. 능동수송의 가장 중요한 과정은 나트륨 이온을 세포 밖으로 내보내는 동시에 칼륨 이온을 세포 안으로 펌핑하는 Na/K 펌프의 작동입니다. 막 전위의 회복은 세포에서 칼륨 이온의 흐름으로 인해 발생합니다. 칼륨 채널이 활성화되어 평형 칼륨 전위에 도달할 때까지 칼륨 이온이 통과할 수 있습니다. MPP가 회복될 때까지 세포는 새로운 자극을 인지할 수 없기 때문에 이 과정이 중요합니다.

과분극은 복원 후 MP의 단기적인 증가로, 이는 칼륨 및 염소 이온에 대한 막 투과성의 증가로 인해 발생합니다. 과분극은 AP 이후에만 발생하며 모든 세포에 일반적으로 나타나는 것은 아닙니다. 활동 전위의 단계와 막 전위 변화의 기초가 되는 이온 과정을 다시 한 번 그래픽으로 표현해 보겠습니다(그림 9). 가로축에는 막 전위 값을 밀리볼트 단위로 표시하고, 세로축에는 시간을 밀리초 단위로 표시합니다.

1. KUD로의 막의 탈분극 - 모든 나트륨 채널이 열릴 수 있으며 때로는 칼슘이 빠르고 느리며 전압 개폐 및 수용체 개폐가 가능합니다. 자극의 종류와 세포의 종류에 따라 다릅니다.

2. 세포 내로 나트륨의 급속한 유입 - 빠르고 전압 의존적인 나트륨 채널이 열리고 탈분극이 전위 반전 지점에 도달합니다. 막이 재충전되고 전하 기호가 양수로 변경됩니다.

3. 칼륨 농도 구배의 복원 - 펌프 작동. 칼륨 채널이 활성화되고 칼륨이 세포에서 세포외 환경으로 이동합니다. - 재분극, MPP 복원이 시작됩니다.

4. 미량 탈분극 또는 음의 미량 전위 - 막은 MPP에 비해 여전히 탈분극 상태입니다.

5. 과분극을 추적합니다. 칼륨 채널은 열려 있고 추가적인 칼륨 전류가 막을 과분극시킵니다. 그 후 셀은 원래 MPP 수준으로 돌아갑니다. AP 지속 시간은 셀마다 1~3~4ms입니다.

그림 9 활동 전위 단계

각 셀의 전기적 특성에 대해 중요하고 일정한 세 가지 잠재적 값에 주의하세요.

1. MPP - 휴식 중 세포막의 전기 음성도, 흥분 능력 제공 - 흥분성. 그림에서 MPP = -90mV입니다.

2. CUD - 탈분극의 임계 수준(또는 막 활동 전위 생성을 위한 임계값) - 이는 막 전위에 도달하면 열리는 값입니다. 빠른, 전압 의존성 나트륨 채널과 양이온 나트륨 이온이 세포로 유입되어 막이 재충전됩니다. 막의 전기음성도가 높을수록 CUD로 탈분극하는 것이 더 어려워지고 세포의 흥분성이 낮아집니다.

3. 잠재적 반전 지점(오버슈트) - 이 값 긍정적인양전하를 띤 이온이 더 이상 세포에 침투하지 않는 막 전위 - 단기 평형 나트륨 전위. 그림에서는 + 30mV입니다. –90에서 +30까지의 막 전위의 총 변화는 주어진 세포에 대해 120mV가 되며, 이 값이 활동 전위입니다. 이 전위가 뉴런에서 발생하면 신경 섬유를 따라 퍼지고, 근육 세포에서는 근육 섬유막을 따라 퍼져 수축을 일으키고, 선세포에서는 분비 - 세포의 작용으로 이어집니다. 이는 자극의 작용에 대한 세포의 구체적인 반응입니다. 자극.

자극에 노출되면 잠재의식의 힘불완전한 탈분극이 발생합니다 - 국소 반응(LO). 불완전하거나 부분적인 탈분극은 임계 수준의 탈분극(CLD)에 도달하지 못하는 막 전하의 변화입니다.

그림 10. 역치 이하 강도 자극에 대한 막 전위 변화 - 국소 반응

국소 반응은 기본적으로 AP와 동일한 메커니즘을 가지며, 상승 단계는 나트륨 이온의 유입에 의해 결정되고 하강 단계는 칼륨 이온 방출에 의해 결정됩니다. 그러나 LO의 진폭은 AP와 같은 표준이 아닌 임계값 이하 자극의 강도에 비례합니다.

뉴런의 주요 기능인 신경 자극의 생성, 전도 및 전달은 주로 세포 내부와 외부의 여러 이온 농도가 크게 다르기 때문에 가능해집니다. 여기서 가장 중요한 이온은 K+, Na+, Ca2+, Cl-입니다. 세포 내에는 외부보다 칼륨이 30~40배 더 많고, 나트륨은 약 10배 적습니다. 또한 세포 내에는 세포 간 환경보다 염소 이온과 유리 칼슘이 훨씬 적습니다.

나트륨과 칼륨 농도의 차이는 다음과 같은 특별한 생화학적 메커니즘에 의해 생성됩니다. 나트륨-칼륨 펌프. 이는 뉴런의 막에 내장된 단백질 분자이며(그림 6) 이온의 능동 수송을 수행합니다. 이러한 펌프는 ATP(아데노신 삼인산)의 에너지를 사용하여 3:2의 비율로 나트륨을 칼륨으로 교환합니다. 3개의 나트륨 이온을 세포에서 환경으로 전달하고 2개의 칼륨 이온을 반대 방향(예: 세포 반대 방향)으로 전달합니다. 농도 구배), 한 분자의 에너지에는 ATP가 필요합니다.

뉴런이 성숙하면 나트륨-칼륨 펌프가 막에 내장되고(1μm2당 최대 200개의 이러한 분자가 위치할 수 있음), 그 후 칼륨 이온이 신경 세포로 펌핑되고 나트륨 이온이 제거됩니다. 결과적으로 세포 내 칼륨 이온 농도가 증가하고 나트륨은 감소합니다. 이 프로세스의 속도는 초당 최대 600개의 Na+ 이온으로 매우 높을 수 있습니다. 실제 뉴런에서는 주로 세포 내 Na+의 가용성에 의해 결정되며 Na+가 외부에서 침투할 때 급격히 증가합니다. 두 가지 유형의 이온 중 하나라도 없으면 펌프는 정지합니다. 왜냐하면 펌프는 세포 내 Na+를 세포 외 K+로 교환하는 과정으로만 진행될 수 있기 때문입니다.

Cl- 및 Ca2+ 이온에 대해서도 유사한 수송 시스템이 존재합니다. 이 경우 염소 이온은 세포질에서 세포 간 환경으로 제거되고 칼슘 이온은 일반적으로 세포 소기관 (미토콘드리아 및 소포체 채널) 내부로 전달됩니다.

뉴런에서 일어나는 과정을 이해하려면 세포막에 이온 채널이 있다는 것을 알아야 하며, 그 수는 유전적으로 결정됩니다. 이온 채널- 이것은 막에 박혀 있는 특수 단백질 분자에 있는 구멍입니다. 단백질은 형태(공간 구성)를 변경하여 채널이 열리거나 닫힌 상태가 될 수 있습니다. 이러한 채널에는 세 가지 주요 유형이 있습니다.

— 지속적으로 열려 있습니다.

- 전위 의존성(전압 의존성, 전기 감응성) - 채널은 막횡단 전위차에 따라 열리고 닫힙니다. 세포질막의 외부 표면과 내부 표면 사이의 전위차;

- 화학 의존성(리간드 의존성, 화학 민감성) - 채널은 각 채널에 특정한 특정 물질의 효과에 따라 열립니다.

미세전극 기술은 신경 세포의 전기적 과정을 연구하는 데 사용됩니다. 미세전극을 사용하면 하나의 개별 뉴런이나 신경 섬유의 전기적 과정을 기록할 수 있습니다. 일반적으로 이는 전류를 전도하는 용액(예: 염화칼륨)으로 채워진 직경 1미크론 미만의 매우 얇은 팁이 있는 유리 모세관입니다.

두 개의 전극을 셀 표면에 설치하면 두 전극 사이에 전위차가 기록되지 않습니다. 그러나 전극 중 하나가 뉴런의 세포질 막을 뚫는 경우(즉, 전극 끝이 내부 환경에 있는 경우) 전압계는 약 -70mV까지의 전위 점프를 기록합니다(그림 7). 이 전위를 막전위라고 합니다. 이는 뉴런뿐만 아니라 신체의 다른 세포에서도 덜 뚜렷한 형태로 기록될 수 있습니다. 그러나 신경, 근육 및 선세포에서만 자극 작용에 반응하여 막 전위가 변할 수 있습니다. 이 경우 어떤 자극에도 영향을 받지 않는 세포의 막전위를 막전위라고 합니다. 휴식 잠재력(PP). PP 값은 신경 세포마다 다릅니다. 범위는 -50 ~ -100mV입니다. 이 PP가 발생하는 원인은 무엇입니까?

뉴런의 초기(PP 발달 전) 상태는 내부 전하가 없는 것으로 특징지어질 수 있습니다. 세포질의 양이온과 음이온의 수는 뉴런 막이 투과할 수 없는 큰 유기 음이온의 존재로 인해 발생합니다. 실제로 이러한 그림은 신경 조직의 배아 발달 초기 단계에서 관찰됩니다. 그러다가 성숙해지면서 합성을 촉발하는 유전자가 활성화된다. K+ 채널 영구 개방. K+ 이온은 막에 통합된 후 확산을 통해 세포(K+ 이온이 많은 곳)에서 세포간 환경(그 수가 훨씬 적은 곳)으로 자유롭게 이동할 수 있습니다.

그러나 이것이 세포 내부와 외부의 칼륨 농도의 균형을 맞추지는 못합니다. 양이온의 방출은 점점 더 많은 보상되지 않은 음전하가 세포에 남아 있다는 사실로 이어집니다. 이로 인해 새로운 양으로 하전된 이온의 방출을 방지하는 전위가 형성됩니다. 결과적으로 칼륨의 방출은 칼륨이 세포를 떠나는 칼륨의 농도 압력과 이를 방지하는 전기장의 작용이 균형을 이룰 때까지 계속됩니다. 결과적으로 세포의 외부 환경과 내부 환경 사이에 전위차, 즉 평형 칼륨 전위가 발생합니다. 네른스트 방정식:

EK = (RT / F) (ln [K+]o / [K+ ]i),

여기서 R은 기체 상수, T는 절대 온도, F는 패러데이 수, [K+]o는 외부 용액의 칼륨 이온 농도, [K+ ]i는 셀의 칼륨 이온 농도입니다.

이 방정식은 논리적 추론으로도 도출할 수 있는 의존성을 확인합니다. 외부 및 내부 환경에서 칼륨 이온 농도의 차이가 클수록 PP가 더 커집니다(절대값).

PP에 대한 고전적인 연구는 오징어 거대 축삭에 대해 수행되었습니다. 직경은 약 0.5 mm이므로 축삭 (축삭질)의 전체 내용물을 문제없이 제거 할 수 있으며 축삭은 세포 내 농도에 해당하는 농도의 칼륨 용액으로 채워집니다. 축삭 자체를 세포 간 배지에 해당하는 농도의 칼륨 용액에 넣었습니다. 그 후 PP가 기록되었으며 이는 -75mV와 동일한 것으로 나타났습니다. 이 경우 Nernst 방정식을 사용하여 계산된 평형 칼륨 전위는 실험에서 얻은 것과 매우 가까운 것으로 나타났습니다.

그러나 실제 축삭질로 채워진 오징어 축삭의 PP는 약 -60mV입니다. . 15mV 차이는 어디에서 오는가? PP 생성에는 칼륨 이온뿐만 아니라 나트륨 이온도 관여하는 것으로 나타났습니다. 사실 칼륨 채널 외에도 신경막에는 칼륨 채널도 포함되어 있습니다. 영구적으로 열린 나트륨 채널. 칼륨보다 훨씬 적지만 막은 여전히 소량의 Na+ 이온이 세포 내로 전달되도록 허용하므로 대부분의 뉴런에서 PP는 -60-(-65)mV입니다. 나트륨 전류는 또한 세포 내부와 외부의 농도 차이에 비례합니다. 따라서 이 차이가 작을수록 PP의 절대값은 커집니다. 나트륨 전류는 PP 자체에 따라 달라집니다. 또한 매우 적은 양의 Cl-이온이 막을 통해 확산됩니다. 따라서 실제 PP를 계산할 때 Nernst 방정식에는 세포 내부와 외부의 나트륨 및 염소 이온 농도에 대한 데이터가 추가됩니다. 이 경우 계산된 지표는 실험 지표와 매우 가까운 것으로 나타났으며 이는 뉴런 막을 통한 이온 확산에 의한 PP의 기원에 대한 설명의 정확성을 확인합니다.

따라서 휴지 전위의 최종 수준은 K+, Na+ 전류 및 나트륨-칼륨 펌프의 활동을 비롯한 많은 요인의 상호 작용에 의해 결정됩니다. PP의 최종 가치는 이러한 프로세스의 동적 평형의 결과입니다. 그들 중 하나에 영향을 미치면 PP 수준과 그에 따라 신경 세포의 흥분성 수준이 바뀔 수 있습니다.

위에서 설명한 사건의 결과로 막은 지속적으로 분극 상태에 있습니다. 내부는 외부에 비해 음전하를 띠고 있습니다. 전위차가 감소하는 과정(즉, PP의 절대값 감소)을 탈분극이라고 하며, 전위차의 증가(PP 절대값 증가)를 과분극이라고 합니다.

발행일: 2015-10-09; 읽기: 361 | 페이지 저작권 침해

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2-1. 휴지막 전위는 다음과 같습니다.

1) 기능적 휴식 상태에서 세포막의 외부 표면과 내부 표면 사이의 전위차 *

2) 흥분성 조직의 세포만의 특징

3) 90-120mV의 진폭으로 세포막 전하의 급격한 변동

4) 막의 여기된 부분과 여기되지 않은 부분 사이의 전위차

5) 막의 손상된 부분과 손상되지 않은 부분 사이의 전위차

2-2. 생리적 휴식 상태에서 흥분성 세포막의 내부 표면은 외부와 관련하여 충전됩니다.

1) 긍정적

2) 막의 외부 표면과 동일

3) 부정적*

4) 요금이 부과되지 않습니다.

5) 정답은 없다

2-3. 자극 작용으로 인한 휴지 막 전위의 양의 변화(감소)를 다음과 같이 부릅니다.

1) 과분극

2) 재분극

3) 승영

4) 탈분극*

5) 정적 분극

2~4. 휴지막전위의 음의 변화(증가)를 다음과 같이 부릅니다.

1) 탈분극

2) 재분극

3) 과분극*

4) 승영

5) 복귀

2~5. 활동 전위의 하강 단계(재분극)는 이온에 대한 막 투과성의 증가와 관련됩니다.

2) 칼슘

2~6. 세포 내부에서는 세포간액에 비해 이온 농도가 더 높습니다.

3) 칼슘

2~7. 활동 전위가 발생하는 동안 칼륨 전류가 증가하면 다음이 발생합니다.

1) 급속한 막 재분극*

2) 막 탈분극

3) 막 전위의 역전

4) 후속 탈분극

5) 국소 탈분극

2~8. 세포막의 빠른 나트륨 채널이 완전히 차단되면 다음이 관찰됩니다.

1) 흥분성 감소

2) 활동 전위 진폭의 감소

3) 절대 내화도*

4) 승영

5) 미량 탈분극

2~9. 확산의 결과로 세포막 내부의 음전하가 형성됩니다.

1) 세포 내 K+와 K-Na 펌프의 전기적 기능 *

2) Na+가 세포 속으로

3) C1 – 셀에서

4) Ca2+가 세포 속으로

5) 정답은 없다

2~10. 나머지 전위 값은 이온의 평형 전위 값에 가깝습니다.

3) 칼슘

2~11. 활동 전위의 상승 단계는 이온 투과성의 증가와 관련됩니다.

2) 정답은 없다

3) 나트륨*

2~12. 휴식 막 전위의 기능적 역할을 지정합니다.

1) 전기장은 채널 단백질과 막 효소의 상태에 영향을 미칩니다*

2) 세포 흥분성의 증가를 특징으로합니다.

3) 신경계의 정보 코딩의 기본 단위입니다.

4) 다이어프램 펌프의 작동을 보장합니다.

5) 세포 흥분성의 감소를 특징으로합니다.

2~13. 막의 빠르고 가역적인 탈분극과 신진대사의 변화를 특징으로 하는 특정 반응으로 자극에 반응하는 세포의 능력을 다음과 같이 부릅니다.

1) 과민성

2) 흥분성*

3) 불안정성

4) 전도성

5) 자동

2~14. 세포외 생물학적 활성 물질의 수용으로 인한 세포내 내용물의 변화와 세포내 반응에 참여하는 생물학적 막은 다음과 같은 기능을 수행합니다.

1) 장벽

2) 수용체 조절*

3) 운송

4) 세포분화

2~15. 반응을 일으키는 데 필요하고 충분한 자극의 최소 강도를 다음과 같이 부릅니다.

1) 임계값*

2) 임계값 초과

3) 최대 이하

4) 잠재의식

5) 최대

2~16. 자극 역치가 증가함에 따라 세포 흥분성은 다음과 같습니다.

1) 증가

2) 감소*

3) 변하지 않았다

4) 그렇죠

5) 정답은 없다

2~17. 비전기적 및 전기적 성격의 외부 자극을 생체전기 신호로 변환하는 데 참여하는 생물학적 막은 주로 다음 기능을 수행합니다.

1) 장벽

2) 규제

3) 세포분화

4) 운송

5) 활동전위 생성*

2~18. 활동 전위는 다음과 같습니다.

1) 확산과 정전기라는 두 가지 힘의 평형 상태에서 막에 확립되는 안정적인 전위

2) 기능적 휴식 상태에서 세포의 외부 표면과 내부 표면 사이의 전위

3) 일반적으로 막 재충전을 동반하는 막 전위의 빠르고 활발하게 전파되는 위상 진동*

4) 역치 이하 자극의 작용으로 막 전위의 약간의 변화

5) 막의 장기간 정체된 탈분극

2~19. 활동 전위의 탈분극 단계에서 Na+에 대한 막 투과성:

1) 급격히 증가하고 세포로 유입되는 강력한 나트륨 전류가 나타납니다*

2) 급격히 감소하고 세포를 떠나는 강력한 나트륨 전류가 나타납니다.

3) 크게 변하지 않는다

4) 그렇죠

5) 정답은 없다

2~20. 시냅스 말단의 신경전달물질 방출에 참여하는 생물학적 막은 주로 다음 기능을 수행합니다.

1) 장벽

2) 규제

3) 세포간 상호작용*

4) 수용체

5) 활동전위의 생성

2~21. 세포질에서 나트륨 이온을 제거하고 세포질에 칼륨 이온을 도입하는 분자 메커니즘은 다음과 같습니다.

1) 전압 개폐 나트륨 채널

2) 비특이적 나트륨-칼륨 채널

3) 화학의존 나트륨 채널

4) 나트륨-칼륨 펌프*

5) 누출 채널

2~22. 농도 구배에 따라 막을 통과하는 이온의 이동을 위한 시스템, 아니다직접적인 에너지 소비가 필요한 경우는 다음과 같습니다.

1) 음세포증

2) 수동적 운송*

3) 능동수송

4) 흡수

5) 세포외유출

2~23. 활동 전위가 발생하는 막 전위 수준을 다음과 같이 부릅니다.

1) 휴면막 전위

2) 임계 수준의 탈분극*

3) 과분극 추적

4) 제로 레벨

5) 미량 탈분극

2~24. 흥분성 세포의 휴지 막 전위와 함께 세포외 환경에서 K+ 농도가 증가하면 다음과 같은 현상이 발생합니다.

1) 탈분극*

2) 과분극

3) 막횡단 전위차는 변하지 않습니다.

4) 막횡단 전위차의 안정화

5) 정답은 없다

2~25. 빠른 나트륨 채널 차단제에 노출되었을 때 가장 중요한 변화는 다음과 같습니다.

1) 탈분극(휴식 전위 감소)

2) 과분극(휴식 잠재력의 증가)

3) 활동 전위의 탈분극 단계의 가파른 감소*

4) 활동전위의 재분극 단계를 늦추는 것

5) 정답은 없다

3. 자극의 기본 규칙

흥분성 조직

3-1. 자극의 강도가 증가함에 따라 반응이 점차 증가하여 최대치에 도달하는 법칙을 다음과 같이 부릅니다.

1) “전부 아니면 전무”

2) 강도 지속시간

3) 숙소

4) 권력(권력관계)*

5) 극지

3-2. 흥분성 구조가 역치 및 역치상 자극에 가능한 최대 반응으로 반응하는 법칙을 다음과 같이 부릅니다.

2) “전부 아니면 전무”*

3) 강도 지속시간

4) 숙소

5) 극지

3-3. 레오베이스의 두 배(임계력의 두 배)와 동일한 전류가 여기를 유발하는 최소 시간을 다음과 같이 부릅니다.

1) 유용한 시간

2) 숙소

3) 적응

4) 크로나시아*

5) 불안정성

3~4. 구조는 힘의 법칙을 따릅니다.

1) 심장 근육

2) 단일 신경 섬유

3) 단일 근육 섬유

4) 전체 골격근*

5) 단일 신경세포

이 구조는 "전부 아니면 전무"의 법칙을 따릅니다.

1) 전체 골격근

2) 신경간

3) 심장 근육*

4) 평활근

5) 신경중추

3~6. 천천히 증가하는 자극에 대한 조직의 적응을 다음과 같이 부릅니다.

1) 불안정성

2) 기능적 이동성

3) 과분극

4) 숙박*

5) 제동

3~7. 파라바이오시스의 역설적 단계는 다음과 같은 특징이 있습니다.

1) 자극 강도가 증가함에 따라 반응 감소*

2) 자극의 강도가 감소하면 반응이 감소합니다.

3) 자극 강도가 증가함에 따라 반응도 증가합니다.

4) 자극 강도가 증가해도 동일한 반응

5) 강한 자극에 대한 반응 부족

3~8. 자극 역치는 다음과 같은 지표입니다.

1) 흥분성*

2) 수축성

3) 불안정성

4) 전도성

5) 자동화

발행일: 2015-04-08; 읽기: 2728 | 페이지 저작권 침해

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막 전위 형성에서 활성 이온 수송의 역할

임의의 하나의 이온을 통과시킬 수 있는 "이상적인" 막의 장점 중 하나는 투과 이온이 초기에 막의 양쪽에 고르지 않게 분포되어 있는 경우 에너지를 낭비하지 않고 원하는 만큼 오랫동안 막 전위를 유지한다는 것입니다. 동시에, 살아있는 세포의 막은 세포를 둘러싼 용액에서 발견되는 모든 무기 이온에 대해 어느 정도 투과성이 있습니다. 그러므로 세포는 반드시

우리는 어떻게든 세포내 이온 농도를 특정 수준으로 유지합니다. 이와 관련하여 나트륨 이온은 평형 칼륨 전위에서 근육의 막 전위 편차를 조사하기 위해 이전 섹션에서 투과성의 예를 사용하여 나트륨 이온입니다. 근육 세포 외부와 내부의 측정된 나트륨 이온 농도에 따르면, 이러한 이온에 대한 Nernst 방정식을 사용하여 계산된 평형 전위는 약 60mV이며 세포 내부에는 플러스 기호가 표시됩니다. Goldman 방정식을 사용하여 계산하고 미세 전극을 사용하여 측정한 막 전위는 90mV이며 세포 내부에는 마이너스 기호가 있습니다. 따라서 나트륨 이온의 평형 전위와의 편차는 150mV입니다. 이러한 높은 전위의 영향으로 투과성이 낮더라도 나트륨 이온은 막을 통해 들어가 세포 내부에 축적되어 그에 따라 칼륨 이온이 방출됩니다. 이 과정의 결과로 일정 시간이 지나면 세포 내 및 세포 외 이온 농도가 동일해집니다.

실제로 나트륨 이온은 소위 이온 펌프를 사용하여 세포에서 지속적으로 제거되기 때문에 살아있는 세포에서는 이런 일이 발생하지 않습니다. 이온 펌프의 존재에 대한 가정은 20세기 40년대 R. Dean에 의해 제시되었습니다. 이는 살아있는 세포의 휴지 전위 형성에 관한 막 이론에 매우 중요한 추가 요소였습니다. 세포에서 Na+의 활성 "펌핑"은 칼륨 이온의 세포 내로의 의무적인 "펌핑"과 함께 발생한다는 것이 실험적으로 나타났습니다(그림 2.8). 나트륨 이온에 대한 막의 투과성이 작기 때문에 외부 환경에서 세포로의 진입이 천천히 이루어집니다.

낮은 K+ 농도 높은 Na++ 농도

펌프는 세포 내 나트륨 이온 농도를 효과적으로 유지합니다. 정지 상태의 칼륨 이온에 대한 막의 투과성은 상당히 높으며 막을 통해 쉽게 확산됩니다.

고농도의 칼륨 이온을 유지하기 위해 에너지를 낭비할 필요가 없으며 발생하는 막 투과 전위차로 인해 유지되며 발생 메커니즘은 이전 섹션에서 자세히 설명합니다. 펌프에 의한 이온의 이동에는 세포의 대사 에너지가 필요합니다. 이 과정의 에너지원은 ATP 분자의 고에너지 결합에 저장된 에너지입니다. 아데노신 트리포스파타제 효소를 사용하여 ATP가 가수분해되어 에너지가 방출됩니다. 동일한 효소가 직접적으로 이온 수송을 수행하는 것으로 여겨집니다. 세포막의 구조에 따라 ATPase는 지질 이중층에 내장된 필수 단백질 중 하나입니다. 운반 효소의 특별한 특징은 외부 표면의 칼륨 이온과 내부 표면의 나트륨 이온에 대한 높은 친화력입니다. 세포에 대한 산화 과정 억제제(시안화물 또는 아지드)의 효과, 세포 냉각은 ATP 가수분해뿐만 아니라 나트륨 및 칼륨 이온의 활성 전달을 차단합니다. 나트륨 이온은 점차적으로 세포 안으로 들어가고 칼륨 이온은 세포 밖으로 나가며, [K+]o/[K+]- 비율이 감소함에 따라 휴지 전위는 천천히 0으로 감소합니다. 우리는 이온 펌프가 세포 내 환경에서 양전하를 띤 나트륨 이온 하나를 제거하고 그에 따라 양전하를 띤 칼륨 이온 하나를 세포 외 공간(비율 1:1)으로 이동시키는 상황을 논의했습니다. 이 경우 이온펌프라고 한다. 전기적으로 중성.

동시에 일부 신경 세포에서는 이온 펌프가 같은 시간 동안 칼륨 이온을 펌핑하는 것보다 더 많은 나트륨 이온을 제거한다는 사실이 실험적으로 발견되었습니다(비율은 3:2일 수 있음). 이러한 경우 이온펌프는 다음과 같다. 전자기,티.

철학_답변

즉, 그 자체로 셀에서 작지만 일정한 총 양전하 전류를 생성하고 추가로 셀 내부에 음전위 생성에 기여합니다. 휴지 세포에서 전기 펌프의 도움으로 생성된 추가 전위는 수 밀리볼트를 초과하지 않습니다.

막 전위 형성 메커니즘, 즉 세포의 휴지 전위에 대한 정보를 요약해 보겠습니다. 음의 부호가 있는 전위의 대부분이 세포막의 내부 표면에 생성되는 주요 과정은 칼륨 채널을 통한 농도 구배를 따라 세포에서 칼륨 이온의 수동적 출구를 지연시키는 전위의 출현입니다. 안에-

통합 단백질. 다른 이온(예: 나트륨 이온)은 전위 생성에 약간만 참여합니다. 그 이유는 이들 이온에 대한 막의 투과성이 칼륨 이온보다 훨씬 낮기 때문입니다. 즉, 휴지 상태에서 이러한 이온에 대한 열린 채널의 수입니다. 작다 . 휴지 전위를 유지하기 위한 매우 중요한 조건은 세포 내부의 나트륨 이온 농도를 낮은 수준으로 보장하여 다음 전제 조건을 생성하는 이온 펌프(통합 단백질)가 세포(세포막)에 존재한다는 것입니다. 주요 전위를 형성하는 세포내 이온은 강철 칼륨 이온입니다. 이온 펌프 자체는 휴지 전위에 약간의 기여를 할 수 있지만 세포 내에서 이온 펌프의 작업이 전기 발생적이라는 전제 하에 이루어집니다.

세포 내부와 외부의 이온 농도

따라서 휴지막 전위를 유지하는 메커니즘을 이해하기 위해서는 두 가지 사실을 고려해야 합니다.

1 . 세포 내 칼륨 이온 농도는 세포 외 환경보다 훨씬 높습니다. 2 . 정지 상태의 막은 K+에 대해 선택적으로 투과성이 있으며 Na+의 경우 정지 상태의 막 투과성은 중요하지 않습니다. 칼륨의 투과도를 1로 취하면 정지 상태의 나트륨의 투과도는 0.04에 불과합니다. 따라서, 농도 구배를 따라 세포질에서 K+ 이온이 일정하게 흐릅니다.. 세포질로부터의 칼륨 전류는 내부 표면에 양전하의 상대적인 결핍을 야기하며, 세포막은 음이온이 통과할 수 없으므로, 결과적으로 세포질은 세포 주변 환경과 관련하여 음전하를 띠게 됩니다. 세포와 세포외 공간 사이의 이러한 전위차, 즉 세포의 분극을 휴지막 전위(RMP)라고 합니다.

Ek=61.5로그/

막 전위(MP)는 칼륨의 평형 전위에 크게 좌우되지만, 일부 나트륨 이온은 염소 이온뿐만 아니라 여전히 휴지 세포에 침투합니다. 따라서 세포막의 음전하는 나트륨, 칼륨 및 염소의 평형 전위에 따라 달라지며 Nernst 방정식으로 설명됩니다. 이러한 휴지막 전위의 존재는 자극에 대한 특정 반응인 세포의 자극 능력을 결정하기 때문에 매우 중요합니다.

세포 흥분

표 4

세포 자극에 따른 막 전위의 변화.

과분극은 복원 후 MP의 단기적인 증가로, 이는 칼륨 및 염소 이온에 대한 막 투과성의 증가로 인해 발생합니다. 과분극은 AP 이후에만 발생하며 모든 세포에 일반적으로 나타나는 것은 아닙니다. 다시 한 번 활동 전위의 단계와 막 전위 변화의 기초가 되는 이온 과정을 그래픽으로 표현해 보겠습니다(그림 1).

뉴런 휴식 잠재력

9). 가로축에는 막 전위 값을 밀리볼트 단위로 표시하고, 세로축에는 시간을 밀리초 단위로 표시합니다.

3. 칼륨 농도 구배의 복원 - 펌프 작동. 칼륨 채널이 활성화되고 칼륨이 세포에서 세포외 환경으로 이동합니다. - 재분극, MPP 복원이 시작됩니다.

4. 미량 탈분극 또는 음의 미량 전위 - 막은 MPP에 비해 여전히 탈분극 상태입니다.

그림 9 활동 전위 단계

각 셀의 전기적 특성에 대해 중요하고 일정한 세 가지 잠재적 값에 주의하세요.

1. MPP - 휴식 중 세포막의 전기 음성도, 흥분 능력 제공 - 흥분성. 그림에서 MPP = -90mV입니다.

자극에 노출되면 잠재의식의 힘불완전한 탈분극이 발생합니다 - 국소 반응(LO).

불완전하거나 부분적인 탈분극은 임계 수준의 탈분극(CLD)에 도달하지 못하는 막 전하의 변화입니다.

그림 10. 역치 이하 강도 자극에 대한 막 전위 변화 - 국소 반응

국소 반응은 본질적으로 AP와 동일한 메커니즘을 가지며, 상승 단계는 나트륨 이온의 유입에 의해 결정되고 하강 단계는 칼륨 이온 방출에 의해 결정됩니다.

그러나 LO의 진폭은 AP와 같은 표준이 아닌 임계값 이하 자극의 강도에 비례합니다.

표 5

세포에는 세포와 세포 간 환경 사이에 전위차가 발생하는 조건이 있다는 것을 쉽게 알 수 있습니다.

1) 세포막은 양이온(주로 칼륨)에 대해 잘 투과하는 반면, 음이온에 대한 막의 투과성은 훨씬 적습니다.

2) 세포와 세포간액에 있는 대부분의 물질의 농도는 매우 다양합니다.

). 따라서 세포막에는 이중 전기층이 나타나며(막 안쪽은 "마이너스", 바깥쪽은 "플러스"), 막에는 일정한 전위차가 존재해야 하며 이를 휴지 전위라고 합니다. . 막은 정지 상태에서 극성을 띠고 있다고 합니다.

Nernst는 1896년에 PP 셀의 유사한 특성과 확산 가능성에 대한 가설을 처음으로 표현했습니다.

지식 기반

군사 의학 아카데미 Yu.V. Chagovets의 학생. 이러한 관점은 이제 수많은 실험 데이터를 통해 확인되었습니다. 사실, 측정된 PP 값과 공식(1)을 사용하여 계산된 PP 값 사이에는 약간의 불일치가 있지만 이는 두 가지 분명한 이유에 의해 설명됩니다. 첫째, 세포에는 하나의 양이온이 아니라 많은 양이온(K, Na, Ca, Mg 등)이 포함되어 있습니다. 이는 Nernst의 공식(1)을 Goldman이 개발한 보다 복잡한 공식으로 대체하여 고려할 수 있습니다.

pK는 칼륨에 대한 막 투과도이고, pNa는 나트륨에 대해 동일하며, pCl은 염소에 대해 동일합니다. [K + ] e는 세포 외부의 칼륨 이온 농도이고, [K + ] i는 세포 내부에서도 동일합니다(나트륨 및 염소의 경우와 유사). 타원은 다른 이온에 해당하는 용어를 나타냅니다. 염소 이온(및 기타 음이온)은 칼륨 및 나트륨 이온과 반대 방향으로 이동하므로 "e" 및 "i" 기호는 반대 순서입니다.

Goldman 공식을 사용한 계산은 실험과 훨씬 더 잘 일치하지만 일부 불일치는 여전히 남아 있습니다. 이는 식 (2)를 도출할 때 능동수송의 운용을 고려하지 않았기 때문이다. 후자를 고려하면 경험과 거의 완전한 동의를 얻는 것이 가능합니다.

19. 막의 나트륨 및 칼륨 채널과 생체 전기 발생에서의 역할. 게이트 메커니즘. 전위 의존 채널의 특징. 활동 전위 발생 메커니즘. AP의 다양한 단계에서 채널 상태와 이온 흐름의 특성. 생체 전기 발생에서 능동 수송의 역할. 중요한 막 잠재력. 흥분성 막에 대한 "전부 아니면 전무"의 법칙. 내화성.

선택적 필터는 "단단한" 구조를 가지고 있다는 것이 밝혀졌습니다. 즉, 다른 조건에서도 루멘을 변경하지 않습니다. 열린 상태에서 닫힌 상태로 또는 그 반대로 채널의 전환은 비선택적 필터, 즉 게이트 메커니즘의 작동과 관련됩니다. 게이트라고 불리는 이온 채널의 하나 또는 다른 부분에서 발생하는 게이트 프로세스를 통해 우리는 채널을 형성하는 단백질 분자의 구조 변화를 이해하고 그 결과 쌍이 열리거나 닫힐 수 있습니다. 결과적으로 게이트는 일반적으로 게이트 프로세스를 제공하는 단백질 분자의 기능 그룹이라고 합니다. 게이트가 생리적 자극, 즉 자연 조건에 존재하는 자극에 의해 구동되는 것이 중요합니다. 생리학적 자극 중에서 막전위의 변화는 특별한 역할을 합니다.

막 전체의 전위차에 의해 제어되는 채널이 있으며, 막 전위의 일부 값에서는 열려 있고 다른 값에서는 닫혀 있습니다. 이러한 채널을 전위 종속이라고 합니다. PD 세대가 관련되어 있습니다. 특별한 중요성으로 인해 생체막의 모든 이온 채널은 전압 의존형과 전압 독립형의 두 가지 유형으로 나뉩니다. 두 번째 유형의 채널에서 게이트의 움직임을 제어하는 자연적인 자극은 막 전위의 변화가 아니라 다른 요인입니다. 예를 들어, 화학적 민감성 채널에서 제어 자극의 역할은 화학 물질에 속합니다.

전압 개폐 이온 채널의 필수 구성 요소는 전압 센서입니다. 이는 전기장의 변화에 반응할 수 있는 단백질 분자 그룹에 부여된 이름입니다. 그것이 무엇인지, 어떻게 위치하는지에 대한 구체적인 정보는 아직 없지만, 전기장이 물리적 환경에서 전하(자유 또는 구속)로만 상호 작용할 수 있다는 것은 분명합니다. Ca2+(자유 전하)는 세포간액의 함량 변화가 막 전위의 변화와 동일한 결과를 가져오기 때문에 전압 센서 역할을 한다는 가정이 있었습니다. 예를 들어 간질의 칼슘 이온 농도가 10배 감소하면 원형질막이 약 15mV만큼 탈분극되는 것과 같습니다. 그러나 나중에 전압 센서의 작동에 Ca2+가 필요하지만 그 자체는 아니라는 것이 밝혀졌습니다. AP는 세포간 배지의 유리칼슘 농도가 10~8mol 이하로 떨어져도 생성됩니다. 또한, 세포질의 Ca2+ 함량은 일반적으로 원형질막의 이온 전도도에 거의 영향을 미치지 않습니다. 분명히 전압 센서는 큰 쌍극자 모멘트를 갖는 단백질 분자 그룹인 전하에 연결됩니다. 그들은 다소 낮은 점도(30 - 100 cP)와 낮은 유전 상수를 특징으로 하는 지질 이중층에 잠겨 있습니다. 이 결론은 막 전위가 이동하는 동안 전압 센서 움직임의 운동학적 특성을 연구함으로써 도달되었습니다. 이 움직임은 일반적인 변위 전류를 나타냅니다.

전압 의존형 나트륨 채널의 현대 기능 모델은 역위상으로 작동하는 두 가지 유형의 게이트의 존재를 제공합니다. 관성 특성이 다릅니다. 이동성이 높은(가벼운) 게이트를 m-게이트라고 하고, 관성이 강한(무거운) 게이트를 h-게이트라고 합니다. 정지 상태에서는 h-게이트가 열려 있고 m-게이트가 닫혀 있어 채널을 통한 Na+ 이동이 불가능합니다. 플라즈마렘마가 탈분극되면 두 유형의 게이트가 모두 움직이기 시작하지만 불균등한 관성으로 인해 m-게이트는 다음과 같이 움직입니다.

H게이트가 닫히기 전에 열어라. 이 순간 나트륨 채널이 열려 Na+가 이를 통해 세포 안으로 돌진합니다. m-게이트에 대한 h-게이트의 이동 지연은 AP의 탈분극 단계의 지속 시간에 해당합니다. h-게이트가 닫히면 막을 통과하는 Na+의 흐름이 멈추고 재분극이 시작됩니다. 그런 다음 h 및 m 게이트가 원래 상태로 돌아갑니다. 전압 의존성 나트륨 채널은 원형질막의 급속한(단속적) 탈분극 동안 활성화(켜짐)됩니다. ,

PD는 세포간 매질에서 염을 형성하는 음이온에 비해 원형질막을 통한 나트륨 이온의 더 빠른 확산으로 인해 생성됩니다. 결과적으로 탈분극은 나트륨 양이온이 세포질로 유입되는 것과 관련이 있습니다. PD가 발생하면 나트륨이 세포에 축적되지 않습니다. 흥분하면 나트륨이 들어오고 나갑니다. PD의 발생은 세포질의 이온 농도 위반으로 인해 발생하는 것이 아니라 나트륨 투과성이 증가하여 원형질막의 전기 저항이 떨어지기 때문에 발생합니다.

이미 언급한 바와 같이, 역치 및 역치상 자극의 영향으로 흥분성 막은 AP를 생성합니다. 이 과정의 특징은 법 "전부 아니면 전무. 이는 점진주의의 반대이다. 이 법칙의 의미는 PD의 매개변수가 자극의 강도에 의존하지 않는다는 것입니다. CMP가 달성되면 흥분성 막을 통과하는 전위차의 변화는 들어오는 전류를 제공하는 전압 개폐 이온 채널의 특성에 의해서만 결정됩니다. 그 중에서 외부 자극은 가장 민감한 자극만을 열어준다. 다른 것들은 자극에 관계없이 이전 것 때문에 열립니다. 그들은 막횡단 이온 전달에 점점 더 많은 새로운 전압 의존형 이온 채널이 포함되는 과정의 자발적인 특성에 대해 이야기합니다. 따라서 진폭. AP의 앞쪽 가장자리와 뒤쪽 가장자리의 지속 시간과 경사도는 세포막의 이온 구배와 해당 채널의 운동 특성에만 의존합니다. "전부 아니면 전무"의 법칙은 흥분성 막을 가진 단일 세포와 섬유의 특징적인 특성입니다. 이는 대부분의 다세포 형성의 특징이 아닙니다. 예외는 syncytium의 유형에 따라 구성된 구조입니다.

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휴식 잠재력이 무엇인지 알아야 하는 이유는 무엇입니까?

"동물 전기"란 무엇입니까? “생체전류”는 신체의 어디에서 오는가? 수중 환경의 살아있는 세포가 어떻게 "전기 배터리"로 변할 수 있습니까?

재분배로 인해 세포가 어떻게 변하는지 알면 이러한 질문에 답할 수 있습니다.전기 요금 자신을 위해 창조하다 전위 막에.

신경계는 어떻게 작동합니까? 모든 것이 어디에서 시작됩니까? 신경 자극을 위한 전기는 어디에서 오는가?

신경 세포가 막에 전위를 생성하는 방법을 알아낸다면 이러한 질문에 답할 수도 있습니다.

따라서 신경계가 어떻게 작동하는지 이해하는 것은 개별 신경 세포, 즉 뉴런이 어떻게 작동하는지 이해하는 것부터 시작됩니다.

그리고 신경 자극을 가진 뉴런의 활동의 기초는 다음과 같습니다. 복구전기 요금막에 전위의 크기가 변화합니다. 하지만 잠재력을 바꾸려면 먼저 그것을 가져야 합니다. 그러므로 우리는 신경 활동을 준비하는 뉴런이 전기적 신호를 생성한다고 말할 수 있습니다. 잠재적인, 그러한 작업의 기회로.

따라서 신경계의 작용을 연구하는 첫 번째 단계는 전하가 신경 세포에서 어떻게 이동하는지, 그리고 이로 인해 막에 전위가 어떻게 나타나는지 이해하는 것입니다. 이것이 우리가 할 일이며, 이 과정을 뉴런에 전위가 나타나는 과정이라고 부르겠습니다. 휴식 전위 형성.

정의

일반적으로 세포가 작동할 준비가 되면 세포막 표면에 이미 전하가 존재합니다. 그것은이라고 휴식 막 전위 .

휴지전위는 세포가 생리학적 휴식 상태에 있을 때 막의 내부와 외부 사이의 전위차입니다. 평균값은 -70mV(밀리볼트)입니다.

'잠재력'은 기회다, 그것은 "역량"의 개념과 유사합니다. 막의 전위는 양전하 또는 음전하를 이동시키는 능력입니다. 전하는 나트륨 및 칼륨 이온, 칼슘 및 염소와 같은 하전된 화학 입자에 의해 수행됩니다. 이 중 염소이온만 음전하(-)를 띠고 나머지는 양전하(+)를 띤다.

따라서, 전위를 갖는 막은 상기 하전된 이온을 세포 안팎으로 이동할 수 있습니다.

신경계에서 전하는 금속 와이어처럼 전자에 의해 생성되는 것이 아니라 전하를 갖는 화학 입자인 이온에 의해 생성된다는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 신체와 세포의 전류는 전선처럼 전자가 아닌 이온의 흐름입니다. 또한 막 전하가 측정된다는 점에 유의하십시오. 내부에서외부가 아닌 세포.

매우 원시적인 방식으로 표현하면 "플러스"가 세포 외부에서 우세하다는 것이 밝혀졌습니다. 양전하를 띤 이온이 있고 내부에는 "마이너스" 기호가 있습니다. 음으로 하전된 이온. 안에 새장이 있다고 말할 수 있겠네요 전기 음성 . 이제 어떻게 이런 일이 일어났는지 설명하면 됩니다. 물론 우리의 모든 세포가 부정적인 "특성"이라는 사실을 깨닫는 것은 불쾌합니다. ((

본질

휴지 전위의 본질은 막 안쪽에 음이온 형태의 음전하가 우세하고 막 바깥쪽에 집중되어 있는 양이온 형태의 양전하가 부족하다는 것입니다. 안의.

세포 안에는 '부정성'이 있고, 세포 밖에는 '긍정성'이 있습니다.

이러한 상태는 (1) 막의 거동, (2) 양이온과 나트륨 이온의 거동, (3) 화학적 힘과 전기적 힘의 관계라는 세 가지 현상을 통해 달성됩니다.

1. 막 거동

휴지 전위에 대한 막의 거동에는 세 가지 과정이 중요합니다.

1) 교환 내부 나트륨 이온에서 외부 칼륨 이온으로. 교환은 특별한 막 수송 구조인 이온 교환기 펌프에 의해 수행됩니다. 이러한 방식으로 막은 세포를 칼륨으로 과포화시키지만 나트륨으로는 고갈시킵니다.

2) 개방형 칼륨 이온 채널. 이를 통해 칼륨은 세포에 들어가고 나갈 수 있습니다. 대부분 나오네요.

3) 폐쇄형 나트륨 이온 채널. 이 때문에 교환 펌프에 의해 세포에서 제거된 나트륨은 다시 세포로 돌아올 수 없습니다. 나트륨 채널은 특별한 조건에서만 열리며, 그런 다음 휴지 전위가 중단되어 0으로 이동합니다(이를 탈분극막, 즉 극성 감소).

2. 칼륨이온과 나트륨이온의 거동

칼륨 이온과 나트륨 이온은 막을 통해 서로 다르게 이동합니다.

1) 이온 교환 펌프를 통해 나트륨은 세포에서 강제로 제거되고 칼륨은 세포 안으로 끌려갑니다.

2) 지속적으로 열린 칼륨 채널을 통해 칼륨은 세포 밖으로 나가지만 이를 통해 다시 세포 안으로 돌아올 수도 있습니다.

3) 나트륨은 세포에 들어가기를 “원하지만” “할 수 없습니다.” 그에게는 채널이 닫혀 있습니다.

3. 화학적 힘과 전기적 힘의 관계

칼륨 이온과 관련하여 화학적 힘과 전기적 힘 사이에 -70mV 수준의 평형이 설정됩니다.

1) 화학적인 그 힘은 칼륨을 세포 밖으로 밀어내지만 나트륨을 세포 안으로 끌어들이는 경향이 있습니다.

2) 전기 같은 그 힘은 양으로 하전된 이온(나트륨과 칼륨 모두)을 세포 안으로 끌어들이는 경향이 있습니다.

휴식 잠재력의 형성

신경 세포, 즉 뉴런의 휴지 막 전위가 어디서 나오는지 간단히 말씀드리겠습니다. 결국 모든 사람이 알고 있듯이 우리 세포는 외부에서만 양성이지만 내부에서는 매우 부정적이며 그 안에는 음이온과 양성 입자 부족-양이온과 같은 과도한 음의 입자가 있습니다.

그리고 여기서 논리적 함정 중 하나가 연구원과 학생을 기다리고 있습니다. 세포의 내부 전기 음성도는 여분의 음수 입자 (음이온)의 출현으로 인해 발생하지 않지만 반대로 특정 수의 양수 손실로 인해 발생합니다. 입자(양이온).

따라서 우리 이야기의 본질은 세포의 음이온 입자가 어디에서 왔는지 설명한다는 사실이 아니라 뉴런에서 양전하 이온, 즉 양이온의 결핍이 어떻게 발생하는지 설명한다는 사실에 있습니다.

양전하를 띤 입자는 세포에서 어디로 가나요? 이것이 나트륨 이온-Na + 및 칼륨-K +임을 상기시켜 드리겠습니다.

나트륨-칼륨 펌프

그리고 요점은 신경 세포막에서 끊임없이 작동한다는 것입니다. 교환기 펌프 , 막에 내장된 특수 단백질에 의해 형성됩니다. 그들은 무엇을 하고 있나요? 그들은 세포의 "자신의" 나트륨을 외부의 "외부" 칼륨으로 교환합니다. 이로 인해 세포에는 신진대사에 사용되는 나트륨이 부족해집니다. 동시에 세포는 칼륨 이온으로 넘쳐 흐르고 있으며, 이 분자 펌프가 세포 속으로 유입됩니다.

더 쉽게 기억할 수 있도록 비유적으로 다음과 같이 말할 수 있습니다. 세포는 칼륨을 좋아합니다!"(여기서 진정한 사랑에 대한 이야기는 할 수 없지만!) 그렇기 때문에 이미 칼륨이 풍부함에도 불구하고 칼륨을 자신에게 끌어들이는 것입니다. 따라서 그녀는 나트륨 이온을 나트륨 이온 2개에 나트륨 이온 3개를 제공하여 수익성이 없게 교환합니다. .따라서 이 교환에 ATP 에너지를 소비합니다. 그리고 그것을 소비하는 방법! 뉴런의 총 에너지 소비의 최대 70%가 나트륨-칼륨 펌프 작업에 소비될 수 있습니다. 그것이 사랑이 하는 일입니다. 비록 그것이 현실이 아닐지라도!

그런데 세포가 미리 만들어진 휴식 잠재력을 가지고 태어나지 않는다는 것이 흥미 롭습니다. 예를 들어, 근아세포의 분화 및 융합 중에 막 전위는 -10에서 -70mV로 변경됩니다. 이들 막은 전기음성도가 더 높아지고 분화 중에 분극화됩니다. 그리고 실험에서는 인간 골수에서 추출한 다능성 중간엽 간질 세포(MMSC)인공 탈분극은 분화를 억제했습니다. 세포(Fischer-Lougheed J., Liu J.H., Espinos E. 등. 인간 근모세포 융합은 기능적 내부 정류기 Kir2.1 채널의 발현을 필요로 합니다. Journal of Cell Biology 2001; 153: 677-85; Liu J.H., Bijlenga P., Fischer-Lougheed J. 등 인간 근모세포 융합에서 내부 정류기 K+ 전류 및 과분극의 역할 Journal of Physiology 1998; 510: 467-76; Sundelacruz S., Levin M., Kaplan D. L. 막 전위는 지방 생성 및 골 형성을 제어합니다. 중간엽 줄기세포의 분화.Plos One 2008;3).

비유적으로 말하면 다음과 같이 말할 수 있습니다.

휴식 잠재력을 생성함으로써 세포는 "사랑으로 충전"됩니다.

이것은 두 가지에 대한 사랑입니다.

1) 칼륨에 대한 세포의 사랑,

2) 칼륨의 자유에 대한 사랑.

이상하게도 이 두 가지 유형의 사랑의 결과는 공허함입니다!

세포에 음전하(휴지 전위)를 생성하는 것은 바로 이 공허함입니다. 보다 정확하게는 부정적인 잠재력이 생성됩니다.세포 밖으로 빠져나간 칼륨이 남긴 빈 공간.

따라서 막 이온 교환기 펌프의 활동 결과는 다음과 같습니다.

나트륨-칼륨 이온 교환기 펌프는 세 가지 잠재력(가능성)을 생성합니다.

1. 전위 - 양전하를 띤 입자(이온)를 세포 안으로 끌어들이는 능력.

2. 나트륨 이온 전위 - 나트륨 이온을 세포 안으로 끌어들이는 능력(다른 나트륨 이온은 제외).

3. 이온성 칼륨 전위 - 칼륨 이온을 세포 밖으로 밀어내는 것이 가능합니다(칼륨 이온이 아닌 다른 이온도 밀어낼 수 없음).

1. 세포 내 나트륨(Na+) 결핍.

2. 세포 내 칼륨(K+) 과잉.

우리는 이렇게 말할 수 있습니다: 막 이온 펌프는 다음을 생성합니다. 농도 차이이온, 또는 그라데이션(차이)농도, 세포내 환경과 세포외 환경 사이.

나트륨 결핍으로 인해 이 동일한 나트륨이 이제 외부에서 세포 안으로 "들어가"게 됩니다. 이것이 물질이 항상 행동하는 방식입니다. 용액의 전체 부피에 걸쳐 농도를 동일하게 유지하려고 노력합니다.

동시에 세포에는 외부 환경에 비해 칼륨 이온이 과잉 존재합니다. 막 펌프가 이를 세포 안으로 펌핑하기 때문입니다. 그리고 그는 안과 밖의 집중력을 동일하게 하려고 노력하고, 그리하여 세포를 떠나려고 애쓴다.

여기서 나트륨 이온과 칼륨 이온은 서로를 "알아채는" 것처럼 보이지 않고 "자신에게만" 반응한다는 점을 이해하는 것도 중요합니다. 저것들. 나트륨은 동일한 나트륨 농도에 반응하지만 주변에 칼륨이 얼마나 많은지 "주의를 기울이지 않습니다". 반대로, 칼륨은 칼륨 농도에만 반응하고 나트륨을 "무시"합니다. 세포 내 이온의 거동을 이해하려면 나트륨 이온과 칼륨 이온의 농도를 별도로 비교할 필요가 있는 것으로 나타났습니다. 저것들. 세포 내부와 외부의 나트륨 농도와 세포 내부와 외부의 칼륨 농도를 별도로 비교할 필요가 있지만 교과서에서 자주 수행되는 것처럼 나트륨과 칼륨을 비교하는 것은 의미가 없습니다.

용액에서 작용하는 농도 균등화의 법칙에 따르면 나트륨은 외부에서 세포 안으로 들어가고 싶어합니다. 그러나 정상 상태의 막은 잘 통과할 수 없기 때문에 그럴 수 없습니다. 소량이 들어오면 세포는 다시 즉시 이를 외부 칼륨으로 교환합니다. 따라서 뉴런의 나트륨은 항상 공급이 부족합니다.

그러나 칼륨은 쉽게 세포 밖으로 나갈 수 있습니다! 우리는 그 사람으로 가득 차 있고 그녀는 그를 붙잡을 수 없습니다. 그래서 막에 있는 특별한 단백질 구멍(이온 채널)을 통해 나옵니다.

분석

화학에서 전기로

그리고 이제 가장 중요한 것은 표현되는 생각을 따르는 것입니다! 우리는 화학 입자의 이동에서 전하의 이동으로 이동해야 합니다.

칼륨은 양전하를 띠므로 세포를 떠날 때 그 자체뿐만 아니라 "플러스"(양전하)도 꺼냅니다. 그 자리에 "마이너스"(음전하)가 셀에 남아 있습니다. 이것이 휴지막 전위입니다!

휴지 막 전위는 세포에서 양이온 칼륨 이온이 누출되어 형성되는 세포 내부의 양전하 결핍입니다.

결론

쌀. 휴지전위(RP) 형성 계획. 저자는 그림을 만드는 데 도움을 준 Ekaterina Yuryevna Popova에게 감사를 표합니다.

휴면전위의 구성요소

휴지 전위는 세포 측면에서 음수이며 두 부분으로 구성됩니다.

1. 첫 번째 부분은 약 -10밀리볼트이며, 이는 멤브레인 펌프 교환기의 고르지 않은 작동으로 인해 얻어집니다(결국 칼륨으로 다시 펌핑하는 것보다 나트륨으로 더 많은 "플러스"를 펌핑합니다).

2. 두 번째 부분은 칼륨이 항상 세포 밖으로 누출되어 양전하를 세포 밖으로 끌어내는 것입니다. 이는 막 전위의 대부분을 제공하여 이를 -70밀리볼트까지 낮춥니다.

칼륨은 -90밀리볼트의 세포 전기음성도 수준에서만 세포 밖으로 나가는 것을 중지합니다(보다 정확하게는 입력과 출력이 동일함). 그러나 이는 양전하를 운반하는 나트륨이 세포 안으로 지속적으로 누출되면서 방해를 받습니다. 그리고 셀은 -70밀리볼트 수준에서 평형 상태를 유지합니다.

휴식 잠재력을 생성하려면 에너지가 필요합니다. 이러한 비용은 "자신의" 내부 나트륨(Na + 이온)을 "외부" 외부 칼륨(K +)으로 교환하는 이온 펌프에 의해 발생됩니다. 이온 펌프는 ATPase 효소이며 ATP를 분해하여 서로 다른 유형의 이온을 서로 교환하기 위해 에너지를 받는다는 것을 기억하십시오. 두 가지 전위가 멤브레인과 동시에 "작동"한다는 것을 이해하는 것이 매우 중요합니다. (이온의 농도 구배) 및 전기적(막 반대편의 전위차). 이온은 에너지가 낭비되는 두 힘의 영향을 받아 한 방향 또는 다른 방향으로 이동합니다. 이 경우 두 가지 전위(화학적 또는 전기적) 중 하나는 감소하고 다른 하나는 증가합니다. 물론, 전위(전위차)를 별도로 고려한다면 이온을 이동시키는 "화학적" 힘은 고려되지 않을 것입니다. 그러면 이온 이동을 위한 에너지가 어디에서나 나온다는 잘못된 인상을 받을 수도 있습니다. 그러나 그것은 사실이 아닙니다. 두 가지 힘, 즉 화학적 힘과 전기적 힘을 모두 고려해야 합니다. 이 경우 세포 내부에 음전하를 띤 큰 분자가 '엑스트라' 역할을 합니다. 화학적 또는 전기적 힘에 의해 막을 가로질러 이동되지 않습니다. 따라서 이러한 음의 입자는 존재하고 막의 내부와 외부 사이의 전위차의 음의 측면을 제공하지만 일반적으로 고려되지 않습니다. 그러나 민첩한 칼륨 이온은 정확하게 움직일 수 있으며 화학적 힘의 영향으로 세포에서 누출되어 전위(전위차)의 가장 큰 부분을 생성합니다. 결국, 양전하를 막 외부로 이동시켜 양전하를 띤 입자가 되는 것은 칼륨 이온입니다.

따라서 나트륨-칼륨 막 교환 펌프와 그에 따른 세포에서 "추가" 칼륨의 누출에 관한 것입니다. 이 유출 동안 양전하의 손실로 인해 세포 내부의 전기 음성도가 증가합니다. 이것이 "휴식 막 전위"입니다. 이는 셀 내부에서 측정되며 일반적으로 -70mV입니다.

결론

비유적으로 말하면, "막은 이온 흐름을 제어하여 세포를 "전기 배터리"로 전환합니다."

휴지 막 전위는 두 가지 과정으로 인해 형성됩니다.

1. 나트륨-칼륨 멤브레인 펌프의 작동.

칼륨-나트륨 펌프의 작동은 두 가지 결과를 가져옵니다.

1.1. 이온 교환 펌프의 직접적인 전기 발생(전기 현상 생성) 작용. 이는 세포 내부에 작은 전기음성도(-10mV)가 생성되는 것입니다.

이에 대한 책임은 나트륨과 칼륨의 불평등한 교환입니다. 칼륨이 교환되는 것보다 더 많은 나트륨이 세포에서 방출됩니다. 그리고 나트륨과 함께 칼륨과 함께 반환되는 것보다 더 많은 "플러스"(양전하)가 제거됩니다. 양전하가 약간 부족합니다. 멤브레인은 내부에서 음전하를 띠고 있습니다(약 -10mV).

1.2. 높은 전기 음성도 출현을 위한 전제 조건 생성.

이러한 전제 조건은 세포 내부와 외부의 칼륨 이온 농도가 동일하지 않다는 것입니다. 과도한 칼륨은 세포를 떠나 양전하를 제거할 준비가 되어 있습니다. 이제 이에 대해 아래에서 이야기하겠습니다.

2. 세포에서 칼륨 이온이 누출됩니다.

세포 내부의 농도가 증가한 영역에서 칼륨 이온은 외부의 농도가 낮은 영역으로 이동하는 동시에 양전하를 수행합니다. 세포 내부에는 양전하의 강한 결핍이 있습니다. 결과적으로 멤브레인은 내부에서 추가로 음전하를 띕니다(최대 -70mV).

마지막

칼륨-나트륨 펌프는 휴지 전위 출현을 위한 전제 조건을 만듭니다. 이는 세포의 내부 환경과 외부 환경 사이의 이온 농도의 차이입니다. 나트륨 농도의 차이와 칼륨 농도의 차이는 별도로 나타납니다. 이온 농도를 칼륨과 동일하게 만들려는 세포의 시도는 칼륨 손실, 양전하 손실로 이어지며 세포 내에서 전기 음성도를 생성합니다. 이 전기 음성도는 휴지 전위의 대부분을 차지합니다. 그것의 작은 부분은 이온 펌프의 직접적인 전기 발생성입니다. 칼륨으로 교환되는 동안 나트륨의 주요 손실.

동영상: 휴식 막 전위

모든 살아있는 세포는 반투과성 막으로 덮여 있으며, 이를 통해 양성 및 음성 하전 이온의 수동적 이동과 능동적 선택적 수송이 발생합니다. 이러한 전달로 인해 막의 외부 표면과 내부 표면 사이에 전하(전위)의 차이, 즉 막 전위가 발생합니다. 막 전위에는 세 가지 뚜렷한 징후가 있습니다. 휴지막전위, 국소전위, 또는 현지 반응, 그리고 활동 잠재력.

세포가 외부 자극의 영향을 받지 않으면 막전위는 오랫동안 일정하게 유지됩니다. 이러한 휴지 세포의 막 전위를 휴지 막 전위라고 합니다. 세포막 외부 표면의 휴지 전위는 항상 양수이고, 세포막 내부 표면의 경우 항상 음수입니다. 막 내부 표면의 휴지 전위를 측정하는 것이 관례입니다. 세포질의 이온 구성은 세포간액의 이온 구성보다 더 안정적입니다. 휴지기 전위의 크기는 각 세포 유형에 대해 상대적으로 일정합니다. 줄무늬 근육 세포의 경우 그 범위는 -50 ~ -90mV이고, 신경 세포의 경우 -50 ~ -80mV입니다.

휴면전위의 원인은 다음과 같습니다. 다양한 농도의 양이온과 음이온세포 외부와 내부뿐만 아니라 선택적 투과성그들에게는 세포막이 있습니다. 휴식 중인 신경 및 근육 세포의 세포질에는 세포외액보다 약 30~50배 더 많은 칼륨 양이온, 5~15배 적은 나트륨 양이온, 10~50배 적은 염소 음이온이 포함되어 있습니다.

휴식 중에는 세포막의 나트륨 채널이 거의 모두 닫혀 있고 칼륨 채널은 대부분 열려 있습니다. 칼륨 이온은 열린 채널을 만날 때마다 막을 통과합니다. 세포 내부에는 훨씬 더 많은 칼륨 이온이 있기 때문에 삼투압에 의해 칼륨 이온이 세포 밖으로 밀려납니다. 방출된 칼륨 양이온은 세포막 외부 표면의 양전하를 증가시킵니다. 세포에서 칼륨 이온이 방출되면 세포 내부와 외부의 칼륨 이온 농도가 곧 동일해집니다. 그러나 이는 양전하를 띤 막의 외부 표면으로부터 양이온 칼륨 이온을 밀어내는 전기적 힘에 의해 방지됩니다.

막 외부 표면의 양전하가 커질수록 칼륨 이온이 세포질에서 막을 통과하는 것이 더 어려워집니다. 칼륨 이온은 전기 반발력이 삼투압 K+의 힘과 같아질 때까지 세포를 떠납니다. 막 위의 이 전위 수준에서 세포로부터 칼륨 이온의 출입은 평형 상태에 있으므로 이 순간 막 위의 전하를 칼륨 평형 전위. 뉴런의 경우 -80 ~ -90mV입니다.

휴지 세포에서는 막의 거의 모든 나트륨 채널이 닫혀 있기 때문에 Na+ 이온은 농도 구배를 따라 소량으로 세포 안으로 들어갑니다. 이는 칼륨 이온 방출로 인해 발생하는 세포 내부 환경의 양전하 손실을 아주 작은 범위에서만 보상하지만 이러한 손실을 크게 보상할 수는 없습니다. 따라서 나트륨 이온이 세포 내로 침투(누설)하면 막 전위가 약간만 감소하며, 그 결과 휴지 막 전위는 칼륨 평형 전위에 비해 약간 낮은 값을 갖습니다.

따라서 세포 밖으로 나가는 칼륨 양이온은 세포외액에 있는 과량의 나트륨 양이온과 함께 휴지 세포막의 외부 표면에 양성 전위를 생성합니다.

휴식 상태에서 세포의 원형질막은 염소 음이온에 대한 투과성이 높습니다. 세포외액에 더 풍부한 염소 음이온은 세포 내로 확산되어 음전하를 띠게 됩니다. 세포 외부와 내부의 염소 이온 농도의 완전한 균등화는 발생하지 않습니다. 이는 같은 전하의 전기적 상호 반발력에 의해 방지됩니다. 만들어진 염소 평형 잠재력,염소 이온이 세포 안으로 들어가고 나가는 것이 평형 상태에 있습니다.

세포막은 유기산의 큰 음이온에 실질적으로 불투과성입니다. 따라서 이들은 세포질에 남아 있으며, 들어오는 염소 음이온과 함께 휴식 중인 신경 세포의 막 내부 표면에 음전위를 제공합니다.

정지 막 전위의 가장 중요한 의미는 막의 거대분자에 작용하는 전기장을 생성하고 전하를 띤 그룹에 공간의 특정 위치를 제공한다는 것입니다. 이 전기장이 나트륨 채널 활성화 게이트의 닫힌 상태와 비활성화 게이트의 열린 상태를 결정하는 것이 특히 중요합니다(그림 61, A). 이는 세포가 휴식 상태에 있고 흥분할 준비가 되어 있음을 보장합니다. 휴지막 전위가 상대적으로 조금만 감소해도 나트륨 채널의 활성화 "게이트"가 열려 세포가 휴지 상태에서 제거되고 흥분이 발생합니다.