پتانسیل غشاء و سیگنالدهی الکتریکی
تفاوت در غلظت یونها در سراسر یک غشای با نفوذپذیری انتخابی، یک ولتاژ الکتریکی ایجاد میکند که سلولها از آن برای ذخیره انرژی و سیگنالدهی سریع بهره میبرند.
Definition
پتانسیل غشاء، ولتاژ الکتریکی در سراسر غشای سلولی است که از توزیع نابرابر یونها و نفوذپذیری انتخابی ناشی میشود؛ سیگنالدهی الکتریکی، استفاده از تغییرات سریع در این پتانسیل است که با واسطه کانالهای یونی برای انتقال اطلاعات صورت میگیرد.
Scope
این موضوع چگونگی ایجاد پتانسیل غشای استراحت توسط گرادیانهای یونی و نفوذپذیری انتخابی، چگونگی توصیف تعادل توسط معادله نرنست و روابط مرتبط، و چگونگی تولید سیگنالهای الکتریکی بازتولیدشونده مانند پتانسیل عمل در سلولهای تحریکپذیر توسط کانالهای یونی وابسته به ولتاژ را پوشش میدهد.
Core questions
- چگونه گرادیانهای یونی و نفوذپذیری انتخابی یک پتانسیل استراحت ایجاد میکنند؟
- معادله نرنست چه چیزی را در مورد تعادل یونی توصیف میکند؟
- چگونه کانالهای وابسته به ولتاژ یک پتانسیل عمل تولید میکنند؟
- چرا سیگنالدهی الکتریکی در مقایسه با انتشار شیمیایی بسیار سریع است؟
Key theories
- مدل هاجکین-هاکسلی از پتانسیل عمل
- تغییرات وابسته به ولتاژ در هدایتپذیری سدیم و پتاسیم، که به صورت کمی توصیف شدهاند، افزایش و کاهش پتانسیل عمل و انتشار آن در طول یک غشای تحریکپذیر را توضیح میدهند.
Mechanisms
پمپهای یونی گرادیانهای غلظتی را ایجاد میکنند، و کانالهای نشتی انتخابی، عمدتاً برای پتاسیم در حالت استراحت، به یونها اجازه میدهند تا به پتانسیلهای تعادلی خود نزدیک شوند و یک پتانسیل استراحت منفی در داخل سلول ایجاد کنند. در سلولهای تحریکپذیر، یک محرک دپولاریزهکننده، کانالهای سدیم وابسته به ولتاژ را باز میکند و جریان ورودی سریع و یک اسپایک را به حرکت درمیآورد؛ سپس این کانالها غیرفعال میشوند در حالی که کانالهای پتاسیم وابسته به ولتاژ برای بازگرداندن پتانسیل غشاء باز میشوند، و این چرخه به عنوان یک پتانسیل عمل منتشر میشود.
Clinical relevance
پتانسیل غشاء برای عملکرد سلولهای عصبی و عضلانی و ذخیره انرژی در گرادیانها حیاتی است و زیستشناسی سلولی را به فیزیولوژی و بیوفیزیک پیوند میدهد. رویکرد در اینجا توصیفی و غیرتجویزی است.
History
نظریه تعادل نرنست چگونگی ایجاد ولتاژ توسط گرادیانهای یونی را چارچوببندی کرد؛ مدل کمی هاجکین و هاکسلی در سال ۱۹۵۲ از جریانهای آکسون ماهی مرکب، درک مدرن از پتانسیل عمل را پایهگذاری کرد، و ثبتهای بعدی کانالها، مبنای مولکولی تحریکپذیری را تأیید کرد.
Key figures
- Alan Hodgkin
- Andrew Huxley
- Walther Nernst
- Bernard Katz
Related topics
Seminal works
- hodgkin1952
- alberts2014
Frequently asked questions
- پتانسیل غشای استراحت چیست؟
- این ولتاژ ثابت در سراسر غشای یک سلول است هنگامی که سیگنالدهی نمیکند، که معمولاً در داخل منفی است و توسط گرادیانهای یونی و نفوذپذیری انتخابی غشاء به یونهایی مانند پتاسیم تولید میشود.
- چه چیزی پتانسیل عمل را تحریک میکند؟
- یک دپولاریزاسیون کافی، کانالهای سدیم وابسته به ولتاژ را باز میکند که یک تغییر سریع و خودتقویتکننده در پتانسیل غشاء ایجاد میکنند و سپس در طول سلول منتشر میشود.