Équation de Goldman-Hodgkin-Katz et forces motrices

L'équation de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK) prédit le potentiel de membrane à l'état stable lorsque plusieurs ions sont perméants, en pondérant la contribution de chaque ion par sa perméabilité. Associée à la notion de force motrice électrochimique, elle explique où s'établit le potentiel de repos et avec quelle intensité chaque ion tend à se déplacer à un potentiel donné.

Definition

L'équation de potentiel GHK exprime le potentiel de membrane à l'état stable en fonction des perméabilités et des concentrations intra/extracellulaires des ions perméants ; la force motrice électrochimique d'un ion est la différence entre le potentiel de membrane réel et le potentiel d'équilibre de cet ion, ce qui détermine la direction et l'amplitude de son flux net.

Scope

Ce sujet traite de l'équation de potentiel à champ constant qui combine les contributions du potassium, du sodium et du chlorure en un seul potentiel de membrane prédit, et du concept connexe de force motrice, la différence entre le potentiel de membrane et le potentiel d'équilibre d'un ion. Il s'appuie sur les potentiels d'équilibre d'ions uniques traités dans le sujet sur la perméabilité et explique l'état stable multi-ionique.

Core questions

• Comment le potentiel de repos est-il déterminé lorsque plusieurs ions sont perméants simultanément ?
• Quelle hypothèse (le champ constant) sous-tend l'équation GHK ?
• Qu'est-ce que la force motrice d'un ion, et comment se rapporte-t-elle à son potentiel d'équilibre ?

Key concepts

• Hypothèse du champ constant
• Potentiel de membrane pondéré par la perméabilité
• Perméabilités relatives de K+, Na+, Cl-
• Force motrice électrochimique
• Potentiel d'inversion
• Potentiel d'état stable versus potentiel d'équilibre

Key theories

Théorie du champ constant (GHK) du potentiel de membrane

En traitant le champ électrique à travers la membrane comme constant, Goldman a dérivé une expression pour le potentiel d'état stable comme un équilibre pondéré par la perméabilité des ions perméants ; Hodgkin et Katz l'ont appliquée au nerf, expliquant le potentiel de repos et son déplacement lorsque les perméabilités relatives changent.

Mechanisms

Lorsque plusieurs ions peuvent traverser la membrane, aucun potentiel d'équilibre unique n'est atteint ; au lieu de cela, la membrane s'établit à un potentiel d'état stable où les flux de charge entrants et sortants s'équilibrent. L'équation GHK, dérivée par Goldman (1943) sous l'hypothèse d'un champ électrique constant à l'intérieur de la membrane, donne ce potentiel comme une fonction logarithmique de la perméabilité de chaque ion multipliée par sa concentration de chaque côté. Parce que la perméabilité au potassium au repos dépasse largement la perméabilité au sodium, le potentiel prédit se situe près du potentiel d'équilibre du potassium, se déplaçant vers le sodium lorsque la perméabilité relative au sodium augmente. La force motrice sur tout ion est l'écart entre le potentiel de membrane actuel et le potentiel d'équilibre de cet ion : plus l'écart est grand, plus la poussée nette sur l'ion est forte, et le flux net inverse sa direction lorsque le potentiel traverse le potentiel d'équilibre. Hodgkin et Katz (1949) ont confirmé le cadre en montrant que le potentiel de membrane suivait les valeurs prédites lorsque le sodium externe était varié.

Clinical relevance

Le cadre GHK explique pourquoi la modification des perméabilités ioniques relatives ou des concentrations extracellulaires change le potentiel de repos et l'excitabilité, ce qui constitue la base conceptuelle pour comprendre comment les troubles électrolytiques et les agents modifiant les canaux affectent les tissus excitables. Cette entrée est un matériel de référence mécanistique et ne fournit aucune directive de traitement.

Evidence & guidelines

L'équation est un résultat théorique validé par des mesures directes du potentiel de membrane et est un contenu standard dans les textes de physiologie et de biophysique ; il s'agit de matériel de référence plutôt que de contenu de lignes directrices.

History

David Goldman a publié la dérivation du champ constant en 1943 alors qu'il travaillait sur la biophysique des membranes. Hodgkin et Katz l'ont adoptée et appliquée à l'axone de calmar en 1949, et le résultat combiné est devenu connu sous le nom d'équation de Goldman-Hodgkin-Katz, une pierre angulaire de la physiologie membranaire.

Key figures

• David E. Goldman
• Alan Hodgkin
• Bernard Katz

Seminal works

• goldman-1943
• hodgkin-katz-1949

Frequently asked questions

En quoi l'équation GHK diffère-t-elle de l'équation de Nernst ?

L'équation de Nernst donne le potentiel d'équilibre d'un seul ion, tandis que l'équation GHK donne le potentiel de membrane à l'état stable lorsque plusieurs ions sont perméants, en pondérant chacun par sa perméabilité.

Qu'est-ce que la force motrice sur un ion ?

C'est la différence entre le potentiel de membrane et le potentiel d'équilibre de l'ion ; cet écart détermine avec quelle intensité et dans quelle direction l'ion tend à se déplacer, et le flux net s'inverse lorsque le potentiel est égal au potentiel d'équilibre.