झिल्ली पारगम्यता और आयनिक संतुलन क्षमताएं
चयनात्मक झिल्ली पारगम्यता ही वह कारक है जो आयन सांद्रता प्रवणता को वोल्टेज में बदल देती है। आयन केवल उन्हीं चैनलों के माध्यम से झिल्ली को पार करते हैं जो विशेष प्रजातियों के अनुकूल होते हैं, और प्रत्येक आयन के लिए एक संतुलन क्षमता होती है, जो नर्नस्ट समीकरण द्वारा दी जाती है, जिस पर उसके विसरणीय और विद्युत बल ठीक-ठीक संतुलित होते हैं।
Definition
चयनात्मक पारगम्यता वह गुण है जिसके द्वारा आयन चैनल विशेष आयनों को झिल्ली को पार करने की अनुमति देते हैं; एक आयन के लिए संतुलन (नर्नस्ट) क्षमता वह झिल्ली वोल्टेज है जिस पर उस आयन पर विद्युत बल उसकी सांद्रता प्रवणता का ठीक-ठीक विरोध करता है, जिससे कोई शुद्ध प्रवाह नहीं होता है।
Scope
यह विषय बताता है कि आयन-चयनात्मक चैनल झिल्ली को कुछ आयनों के लिए पारगम्य और दूसरों के लिए नहीं कैसे बनाते हैं, और नर्नस्ट समीकरण प्रत्येक पारगम्य आयन के लिए संतुलन क्षमता को कैसे परिभाषित करता है। यह संतुलन क्षमता को उस संदर्भ बिंदु के रूप में समझाता है जिसकी ओर प्रत्येक आयन की पारगम्यता झिल्ली वोल्टेज को खींचती है। कई आयनों से संयुक्त स्थिर-अवस्था वोल्टेज को गोल्डमैन-हॉजकिन-काट्ज़ विषय में समझाया गया है।
Core questions
- चैनल झिल्ली को एक आयन के ऊपर दूसरे के लिए चयनात्मक रूप से पारगम्य कैसे बनाते हैं?
- नर्नस्ट समीकरण क्या गणना करता है, और संतुलन क्षमता का क्या अर्थ है?
- पोटेशियम और सोडियम की संतुलन क्षमताएं इतनी भिन्न क्यों होती हैं?
Key concepts
- आयन-चयनात्मक चैनल
- चयनात्मकता फिल्टर
- नर्नस्ट समीकरण
- संतुलन (उत्क्रमण) क्षमता
- सांद्रता प्रवणता बनाम विद्युत प्रवणता
- पारगम्यता बनाम चालकता
Key theories
- संतुलन-क्षमता सिद्धांत
- एकल पारगम्य आयन के लिए झिल्ली एक वोल्टेज, नर्नस्ट क्षमता तक पहुंचती है, जिस पर झिल्ली के पार विद्युत बल सांद्रता प्रवणता को ठीक-ठीक संतुलित करता है, जिससे कोई शुद्ध गति नहीं होती है; यह उस लक्ष्य वोल्टेज को परिभाषित करता है जिसे प्रत्येक आयन की पारगम्यता खींचती है।
Mechanisms
आयन चैनल झिल्ली को पार करते हैं और एक चयनात्मकता फिल्टर के माध्यम से आयनों को पारित करते हैं जो आकार और समन्वय रसायन विज्ञान द्वारा प्रजातियों के बीच अंतर करता है; डॉयल और सहयोगियों (1998) द्वारा हल की गई पोटेशियम चैनल संरचना ने दिखाया कि कैसे बैकबोन कार्बोनिल पोटेशियम के जलयोजन खोल की नकल करते हैं ताकि इसे सोडियम पर चुना जा सके। जब झिल्ली एक एकल आयन के लिए पारगम्य होती है, तो वह आयन अपनी सांद्रता प्रवणता के नीचे तब तक फैलता है जब तक कि उसके द्वारा स्थानांतरित आवेश एक विरोधी विद्युत बल का निर्माण नहीं करता; वह वोल्टेज जिस पर दोनों बल संतुलित होते हैं, संतुलन क्षमता है, जिसकी गणना नर्नस्ट समीकरण द्वारा बाहरी से आंतरिक सांद्रता के अनुपात से की जाती है। इसलिए विभिन्न आयनों की अलग-अलग संतुलन क्षमताएं होती हैं, और झिल्ली वोल्टेज उस आयन की संतुलन क्षमता की ओर खींचा जाता है जो वर्तमान में सबसे अधिक पारगम्य है। हॉजकिन और काट्ज़ (1949) ने प्रयोगात्मक रूप से दिखाया कि बाहरी आयन सांद्रता को बदलने से झिल्ली वोल्टेज इस ढांचे के अनुसार बदल जाता है।
Clinical relevance
संतुलन क्षमताएं और चैनल चयनात्मकता इस बात का आधार हैं कि बाह्यकोशिकीय आयन सांद्रता में परिवर्तन उत्तेजना को क्यों बदलते हैं और चैनल-लक्षित दवाएं और विषाक्त पदार्थ तंत्रिका और मांसपेशियों को क्यों प्रभावित करते हैं। यह प्रविष्टि उन संबंधों को यांत्रिक पृष्ठभूमि के रूप में प्रस्तुत करती है और कोई नैदानिक या उपचार मार्गदर्शन प्रदान नहीं करती है।
Evidence & guidelines
नर्नस्ट संबंध एक थर्मोडायनामिक परिणाम है जिसकी अनगिनत इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी प्रयोगों में पुष्टि की गई है, और चैनल चयनात्मकता संरचनात्मक और कार्यात्मक अध्ययनों द्वारा स्थापित की गई है; यह मानक बायोफिज़िक्स संदर्भ सामग्री है, न कि दिशानिर्देश सामग्री।
History
वाल्थर नर्नस्ट ने उन्नीसवीं शताब्दी के अंत में सांद्रता अनुपात को इलेक्ट्रोकेमिकल क्षमता से जोड़ने वाले समीकरण को प्रतिपादित किया। उत्तेजित झिल्लियों पर इसका अनुप्रयोग हॉजकिन और काट्ज़ (1949) के स्क्विड-एक्सॉन कार्य के साथ परिपक्व हुआ, और उस चयनात्मकता का आणविक आधार जिसे ढांचे ने माना था, अंततः डॉयल और सहयोगियों (1998) की पोटेशियम चैनल संरचना में देखा गया।
Key figures
- Walther Nernst
- Alan Hodgkin
- Bernard Katz
- Roderick MacKinnon
- Bertil Hille
Related topics
Seminal works
- hodgkin-katz-1949
- doyle-1998
Frequently asked questions
- संतुलन क्षमता क्या है?
- यह वह झिल्ली वोल्टेज है जिस पर एक विशेष आयन पर विद्युत बल उसकी सांद्रता प्रवणता को ठीक-ठीक रद्द कर देता है, जिससे आयन में गति करने की कोई शुद्ध प्रवृत्ति नहीं होती है; नर्नस्ट समीकरण इसे आयन की दोनों तरफ की सांद्रता से गणना करता है।
- एक चैनल एक आयन के ऊपर दूसरे का चयन कैसे करता है?
- एक संकीर्ण चयनात्मकता फिल्टर पसंदीदा आयन को इस तरह से समन्वयित करता है जो उसके पानी के खोल को प्रतिस्थापित करता है जबकि गलत आकार या चार्ज ज्यामिति के आयनों को बाहर करता है, जैसा कि संरचनात्मक अध्ययनों द्वारा पोटेशियम चैनलों के लिए दिखाया गया है।