झिल्ली और चैनल बायोफिज़िक्स
लिपिड बाइलेयर और उसमें अंतर्निहित चैनलों और ट्रांसपोर्टरों का भौतिकी, और कैसे उनकी चयनात्मक पारगम्यता कोशिका झिल्ली में विद्युत संकेत उत्पन्न करती है।
Definition
झिल्ली और चैनल बायोफिज़िक्स जैविक झिल्लियों के भौतिक गुणों और उन प्रोटीनों का अध्ययन है जो उनके पार आयनों और अणुओं को स्थानांतरित करते हैं, जिसमें चयनात्मक पारगम्यता, गेटिंग, परिवहन ऊर्जावानता और विद्युत उत्तेजना शामिल है।
Scope
यह क्षेत्र जैविक झिल्लियों के यांत्रिक और विद्युत गुणों, आयन चैनलों की संरचना और कार्य, झिल्ली परिवहन की ऊर्जावानता, और झिल्ली क्षमता और उसकी गतिशीलता को शामिल करता है। यह बाइलेयर को एक भौतिक सामग्री के रूप में और चैनलों को ऐसे उपकरणों के रूप में मानता है जिनकी पारगम्यता और गेटिंग भौतिक सिद्धांतों का पालन करती है, जबकि जीव-स्तर के न्यूरोफिज़ियोलॉजी और फार्माकोलॉजी को अन्य क्षेत्रों के लिए छोड़ देता है।
Sub-topics
Core questions
- कौन से भौतिक गुण लिपिड बाइलेयर को यांत्रिक और विद्युत रूप से ऐसा व्यवहार करने के लिए प्रेरित करते हैं?
- आयन चैनल आयनों का तेजी से संचालन कैसे करते हैं फिर भी उनमें से चयन कैसे करते हैं?
- सांद्रता ग्रेडिएंट के विरुद्ध परिवहन को कौन से ऊर्जा स्रोत संचालित करते हैं?
- विद्युत संकेत के दौरान झिल्ली क्षमता कैसे उत्पन्न होती है और बदलती है?
Key theories
- उत्तेजना का हॉजकिन-हक्सले मॉडल
- एक्शन पोटेंशियल को वोल्टेज- और समय-निर्भर सोडियम और पोटेशियम चालकता द्वारा मात्रात्मक रूप से पुनरुत्पादित किया जाता है जो एक कैपेसिटिव झिल्ली पर कार्य करते हैं, जिसे युग्मित अंतर समीकरणों के एक सेट के रूप में औपचारिक रूप दिया गया है।
- एक संरचित छिद्र के माध्यम से चयनात्मक पारगम्यता
- आयन चयनात्मकता एक संकीर्ण फिल्टर से उत्पन्न होती है जो एक लक्ष्य आयन को सटीक रूप से रखे गए परमाणुओं के साथ समन्वयित करती है, जैसा कि पोटेशियम चैनल की संरचना से पता चला है, इसलिए चालन और चयनात्मकता को छिद्र की वास्तुकला द्वारा समझाया गया है।
Mechanisms
एक लिपिड बाइलेयर एक पतली, तरल, कैपेसिटिव शीट के रूप में व्यवहार करता है जो आयनों के लिए लगभग अभेद्य है, इसलिए ट्रांसमेम्ब्रेन धाराएं केवल प्रोटीन के माध्यम से प्रवाहित होती हैं। चैनल जलीय मार्ग प्रदान करते हैं जिनके चयनात्मक फिल्टर और गेट यह निर्धारित करते हैं कि कौन से आयन कब गुजरते हैं, जबकि ट्रांसपोर्टर ग्रेडिएंट या एटीपी द्वारा संचालित संरूपण चक्रों का उपयोग करके विलेय को उनके ग्रेडिएंट के विरुद्ध स्थानांतरित करते हैं। क्योंकि झिल्ली आवेश को अलग करती है, आयन प्रवाह झिल्ली क्षमता को बदलता है, और वोल्टेज-निर्भर चैनल उस क्षमता को अपनी गेटिंग से वापस जोड़ते हैं, जिससे पुनर्योजी विद्युत संकेत उत्पन्न होते हैं।
Clinical relevance
चैनल और ट्रांसपोर्टर प्रमुख दवा लक्ष्य हैं और उत्तेजक-कोशिका शरीर विज्ञान का आधार हैं, इसलिए यहां की बायोफिज़िक्स चैनलोपैथी और न्यूरोफार्माकोलॉजी को समझने के लिए शैक्षिक आधार है, जिसे नैदानिक मार्गदर्शन के बजाय वर्णनात्मक रूप से प्रस्तुत किया गया है।
History
1950 के दशक की शुरुआत में हॉजकिन और हक्सले के वोल्टेज-क्लैंप अध्ययनों ने तंत्रिका उत्तेजना का एक मात्रात्मक सिद्धांत दिया; नेहर और सैकमान द्वारा एकल-चैनल रिकॉर्डिंग ने फिर व्यक्तिगत चैनलों के असतत व्यवहार को उजागर किया, और 1990 के दशक में मैककिनन की चैनल संरचनाओं ने पारगम्यता और चयनात्मकता को आणविक वास्तुकला से जोड़ा।
Key figures
- Alan Hodgkin
- Andrew Huxley
- Bertil Hille
- Roderick MacKinnon
Related topics
Seminal works
- hodgkin1952
- doyle1998
- hille2001
Frequently asked questions
- आयन सीधे झिल्ली को पार क्यों नहीं कर सकते?
- लिपिड बाइलेयर का हाइड्रोफोबिक आंतरिक भाग आवेशित आयनों के लिए ऊर्जावान रूप से बहुत प्रतिकूल होता है, इसलिए वे लगभग विशेष रूप से चैनल और ट्रांसपोर्टर प्रोटीन के माध्यम से पार करते हैं।
- एक चैनल तेज और चयनात्मक दोनों कैसे हो सकता है?
- सटीक रूप से रखे गए परमाणुओं से युक्त एक चयनात्मकता फिल्टर उस पानी का स्थान लेता है जो सामान्य रूप से एक आयन को घेरे रहता है, पसंदीदा आयन को इतनी अच्छी तरह से स्थिर करता है कि उसे जल्दी से गुजरने देता है जबकि दूसरों को बाहर रखता है।