आयन चैनल और झिल्ली विभव

न्यूरॉन्स का विद्युत संकेत झिल्ली विभव — कोशिका झिल्ली के आर-पार वोल्टेज अंतर — और आयन चैनलों से शुरू होता है जो नियंत्रित करते हैं कि आयन इसे कैसे पार करते हैं। सोडियम, पोटेशियम और कैल्शियम जैसे आयनों को चुनिंदा रूप से प्रवाहित होने की अनुमति देकर, और वोल्टेज या लिगैंड्स के जवाब में खुलने और बंद होने से, आयन चैनल विश्राम विभव स्थापित करते हैं और क्रिया विभव उत्पन्न करते हैं। यह विषय तंत्रिका उत्तेजना के आयनिक आधार का सर्वेक्षण करता है।

Definition

झिल्ली विभव कोशिका की झिल्ली के आर-पार का वोल्टेज है जो असमान आयन वितरण और चयनात्मक पारगम्यता से उत्पन्न होता है; आयन चैनल झिल्ली प्रोटीन होते हैं जो विशिष्ट आयनों का संचालन करते हैं और, खुलने और बंद होने से, विश्राम विभव और क्रिया विभव उत्पन्न करते हैं।

Scope

यह विषय विश्राम झिल्ली विभव और उसके आयनिक आधार, आयन चैनलों की संरचना और चयनात्मकता, वोल्टेज- और लिगैंड-गेटेड चैनल, और हॉजकिन और हक्सले द्वारा वर्णित क्रिया विभव के आयनिक तंत्र को शामिल करता है। यह बायोफिजिकल तंत्रों का एक संदर्भ सर्वेक्षण है और नैदानिक मार्गदर्शन प्रदान नहीं करता है।

Core questions

• एक न्यूरॉन के विश्राम झिल्ली विभव को क्या स्थापित करता है?
• आयन चैनल विशिष्ट आयनों का चयन और संचालन कैसे करते हैं?
• वोल्टेज-गेटेड चैनल क्रिया विभव कैसे उत्पन्न करते हैं?
• लिगैंड- और वोल्टेज-गेटेड चैनल उन्हें खोलने वाले कारकों में कैसे भिन्न होते हैं?

Key concepts

• विश्राम झिल्ली विभव
• आयन प्रवणता और चयनात्मक पारगम्यता
• वोल्टेज-गेटेड सोडियम और पोटेशियम चैनल
• आयन चैनल चयनात्मकता फिल्टर
• लिगैंड-गेटेड चैनल
• क्रिया विभव सीमा और प्रसार

Key theories

क्रिया विभव का आयनिक सिद्धांत

हॉजकिन और हक्सले ने एक मात्रात्मक विवरण प्रदान किया जिसमें दिखाया गया कि क्रिया विभव सोडियम और पोटेशियम के लिए झिल्ली की पारगम्यता में वोल्टेज-निर्भर परिवर्तनों से उत्पन्न होता है, जिससे तंत्रिका उत्तेजना को गणितीय शब्दों में औपचारिक रूप दिया गया।

Mechanisms

विश्राम अवस्था में, आयन पंप सांद्रता प्रवणता बनाए रखते हैं और झिल्ली चुनिंदा रूप से पारगम्य होती है, मुख्य रूप से पोटेशियम के लिए, जिससे एक नकारात्मक विश्राम विभव उत्पन्न होता है। एक विध्रुवण जो सीमा तक पहुँचता है, वोल्टेज-गेटेड सोडियम चैनलों को खोलता है, जिसका तीव्र आंतरिक प्रवाह क्रिया विभव के बढ़ते चरण को संचालित करता है; बाद में सोडियम-चैनल निष्क्रियता और वोल्टेज-गेटेड पोटेशियम चैनलों का खुलना झिल्ली को पुनः ध्रुवीकृत करता है — हॉजकिन और हक्सले ने इन गतिकी को मात्रात्मक रूप से निर्धारित किया। विशेष आयनों के लिए चैनलों की चयनात्मकता उनकी छिद्र संरचना द्वारा निर्धारित होती है; डॉयल और सहयोगियों ने बताया कि कैसे एक चयनात्मकता फिल्टर एक पोटेशियम चैनल को पोटेशियम का संचालन करने की अनुमति देता है जबकि सोडियम को बाहर रखता है। इसके विपरीत, लिगैंड-गेटेड चैनल, वोल्टेज के बजाय न्यूरोट्रांसमीटर बंधन के जवाब में खुलते हैं।

Clinical relevance

आयन चैनलों की असामान्यताएं तंत्रिका और मांसपेशियों को प्रभावित करने वाले विकारों के एक वर्ग का आधार हैं, और कई दवाएं और विषाक्त पदार्थ चैनल फ़ंक्शन को संशोधित करके कार्य करते हैं, इसलिए इस विषय में बायोफिज़िक्स उत्तेजना विकारों और न्यूरोफार्माकोलॉजी को समझने के लिए पृष्ठभूमि प्रदान करता है। यह प्रविष्टि शैक्षिक है और निदान या उपचार का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

यह विषय नैदानिक ​​दिशानिर्देशों के बजाय बायोफिज़िक्स और संरचनात्मक जीव विज्ञान पर आधारित है, जो उत्तेजना के हॉजकिन-हक्सले विश्लेषण, चैनल चयनात्मकता के संरचनात्मक अध्ययनों और आयन चैनलों पर मानक संदर्भों पर आधारित है।

History

क्रिया विभव का आयनिक आधार हॉजकिन और हक्सले के बीसवीं सदी के मध्य के स्क्विड विशाल एक्सॉन पर किए गए प्रयोगों द्वारा स्थापित किया गया था, जिसने उत्तेजना का एक मात्रात्मक मॉडल प्रस्तुत किया। बाद में वोल्टेज-क्लैंप और पैच-क्लैंप विधियों ने व्यक्तिगत चैनल धाराओं को चित्रित किया, और परमाणु-रिज़ॉल्यूशन संरचनाओं ने, पोटेशियम चैनल से शुरू होकर, समझाया कि चैनल अपनी आयन चयनात्मकता कैसे प्राप्त करते हैं, शरीर विज्ञान को आणविक संरचना के साथ एकीकृत करते हुए।

Key figures

• Alan Hodgkin
• Andrew Huxley
• Roderick MacKinnon
• Bertil Hille

Seminal works

• hodgkin-huxley-1952
• doyle-1998

Frequently asked questions

विश्राम झिल्ली विभव क्या है?

यह एक न्यूरॉन की झिल्ली के आर-पार स्थिर वोल्टेज अंतर है जब वह संकेत नहीं दे रहा होता है, जो आयन सांद्रता प्रवणता और झिल्ली की चयनात्मक पारगम्यता, मुख्य रूप से पोटेशियम के लिए, से उत्पन्न होता है, और आमतौर पर बाहर की तुलना में अंदर नकारात्मक होता है।

वोल्टेज-गेटेड चैनल क्रिया विभव कैसे बनाते हैं?

जब झिल्ली सीमा तक विध्रुवित होती है, तो वोल्टेज-गेटेड सोडियम चैनल खुलते हैं और सोडियम को अंदर आने देते हैं जिससे स्पाइक उत्पन्न होता है, फिर वे निष्क्रिय हो जाते हैं जबकि पोटेशियम चैनल नकारात्मक विश्राम विभव को बहाल करने के लिए खुलते हैं।