3회차_전기생리2_양유미

전기생리학(2) 개요

• 전기생리학(2)는 생명과학 I의 자극 전달, 흥분 전도 개념을 심화시킨 내용
• 기본적인 이론과 내용 위주로 학습하는 것이 중요
• Membrane Potential 파트에서는 수치 계산보다는 개념적 이해에 집중

막 전위 생성

1. 확산 순수율에 영향을 미치는 요인

• 확산은 농도, 전하, 압력과 관련됨
• 농도차: 고농도에서 저농도로 물질 이동 (순확산)
• 전기적 전위차: 전하를 고려하여 전위차 계산
• 압력차: 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 물질 이동, 투과성과 관련

2. 전기화학적 전위

• 삼투는 물의 농도에 대한 개념
• 삼투압: 반투과성 막을 경계로 용매가 이동할 때 발생하는 높이 차이; 입자 수에 대한 개념
• 삼투압 계산 시 몰랄 농도(osmolality)와 몰 농도(osmolarity) 구분 필요

몰랄 농도 vs 몰 농도

• 삼투압 관련 몰농도 개념 도입 시 비전해질: 1 mole = 1 osmole
• 전해질: 해리된 입자 수를 곱하여 계산
• 몰랄 농도(osmolality): 물 1kg 당 용질의 osmole 수
• 몰 농도(osmolarity): 물 1L 당 용질의 osmole 수

체내의 정상 삼투압(Real Osmolarity)

• 37℃에서 300mOsm/L, 1 osmole/L = 19300 mmHg 삼투압
• 체내 측정값은 5500 mmHg; 이온 전하, 움직임 제한 등의 변수 존재
• 실제값 계산 시 계산값에 0.93 곱함

3. Na+-K+ 펌프 (Sodium-Potassium Pump)

• 능동 수송에 필요한 에너지
• 세포 안팎의 농도 구배 유지에 필수적 역할
• 세포 volume 유지
• 3개의 Na+를 밖으로, 2개의 K+를 안으로 수송

네른스트 전위 (Nernst Potential)

1. 네른스트 전위란?

• 특정 이온에 대한 평형 전압
• 신경세포, 근육세포 등에서 작용 전위와 관련
• 세포 안 K+ 많음, 세포 밖 Na+ 많음
• K+는 농도 구배 따라 세포 밖으로 이동하려 함
• Na+는 세포 안으로 이동하려 함
• 전기적 전위차 고려 시 밖 (+) 전하, 안 (-) 전하 반영 필요
• K+를 밖으로 끌어내는 힘을 네른스트 전위라 함
• 네른스트 방정식으로 계산 (-94mV, Na+는 +61mV)

2. 네른스트 방정식 (Nernst Equation)

• 임의의 이온 S의 평형 전위값(ES) 계산식
• EK = (RT/zF) * ln([K+]o/[K+]i)
  • RT/F는 37°C에서 약 61로 계산
  • z: 이온의 전하, F: 패러데이 상수
• 양이온: log 앞 상수 (+), 음이온: log 앞 상수 (-)
• 음이온의 경우 분자/분모 뒤집어 계산

기출

3. 골드만 방정식 (Goldman-Hodgkin-Katz Equation)

• 여러 이온에 대한 diffusion potential 계산
• 각 이온의 투과성 (permeability) 값 추가
• 골드만 방정식 = 60mV * log( (Pk[K+]o + PNa[Na+]o + PCl[Cl-]i) / (Pk[K+]i + PNa[Na+]i + PCl[Cl-]o) )

안정막 전위 (Resting Membrane Potential)

1. 안정막 전위 (휴지 전압)

• 세포 안정 상태 (흥분 X, 활동 X) 시 막의 내/외부 전위차
• 세포 내부: K+ 이온 많음, 외부: Na+, Ca2+ 이온 많음
• 농도 구배에 의해 전위차 발생
• 신경, 근육세포: 강한 (-) 전하
• hair cell, 적혈구: (+) 전하에 가까움

2. 전기화학적 추진력 (Electrochemical Driving Force)

• VDF = Vm - Veq (막 전위 - 평형 전위)
• 두 값으로 이온 이동 방향 추측 가능 양이온: 양(+)의 값일 때 외부로, 음(-)의 값일 때 내부 이동 음이온: 반대 방향

Neuron의 안정막전압

• Na+-K+ 펌프: 전하 차에 의해 바깥쪽은 (+), 안쪽은 (-)가 형성
• K+ 투과성이 Na+보다 100배 이상 높음; K+ leak channel 통해 K+가 밖으로 새어나감

3. 안정막 전위 계산 (Calculation of Resting Membrane Potential)

• K+만 움직인다고 가정 시 네른스트 방정식 사용

활동 전위 (Action Potential)

1. 신경세포 활동 전위 (Neuronal Action Potential)

• 휴지 상태: -70mV 유지, Na+, K+ 채널 대부분 닫힘
• 역치(-55mV) 이상 자극 시 Na+ 채널 열림 -> Na+ 폭발적 유입
• 재분극 시작 시 Na+ 채널 닫힘 (resting level 도달 전까지 다시 안 열림)
• Na+ 채널 닫히기 시작 시 K+ 채널 열림
• K+ 이동 -> 휴지 전위 도달

활동전위 과정

• Na 채널 안쪽 inactive site 존재 -> 안정막 전압으로 돌아갈 때까지 열리지 않음
• 닫히는 Na 채널과 달리 K 채널은 resting level에 도달 할 때까지 잘 닫히지 않음
• K 채널은 Na 채널보다 부분적으로 열리므로 점진적 변화 (상대적으로 느림)
• threshold (역치): Na channel을 열 수 있을 만한 힘

활동전위 발생 Summary

• 1. Na+ channel

• A (resting) : 닫힘

• B (depol) : 열림

• C ( repol:)열림

• D:(hyperpol열림

• 2. K voltage gated channel: n gate

• A :(resting) 닫힘

• B: (depol) 열림

• C:(repol) 닫힘

• D:(hyperpol) 열림

활동전위 요약 Summary

• Conductance 변화는 대부분 나트륨 채널의 전도도 변화에 일어난다. -Leak k channel이 존재하기 있기 때문에 50~100 K의conducatance가 Na보다 높다. -Na+ conductance 5000배 정도 급격하게 증가해서 K 에비해1000배 정도 높은 상태

• 이후 K의 칼륨채널 닫히면서 AP가 마무리된다. 그리고 휴지전위로 돌아감

• Na+/k+ pump, k+ leak channel 등에 의해 다시 resting potential으로 돌아간다

타 이온의 역할

• (1) 불수과 음이온
• 세포막을 투과하지않고 세포안에 위치해 negative charge를 유지
• (2) CA+: 심근, 평활근에서 작용
• 자극 Voltage gated ca 채널 열려 Na 과 depolarization 과정에 관여

활동전위 진행과정

• positive feedback cycle 자극 -> voltage gated Na channel 열림 -> 급격한 Na 유입-> 휴지전위->volatage gated Na채널 더 열림-> 일정량 유입 후 Na채널 닫힘

• Threshold potentioal: 55vmv정더까지

• 액션 포텐셜 Propation: (1) 액션포텐셜 none. (2) 액션 포텐셜/트레숄더보다 더 크다.

• Na, K 농도 차이 이전으로

유수신경섬유 & 무수신경섬유

• 슈반세포->미엘린, 절연체->이온 투과성을 5000배 감소
• action potential이 절까지 도약전도