झिल्ली विभव और क्रिया विभव

पशु कोशिकाएँ अपनी झिल्ली के आर-पार विद्युत ऊर्जा को विभव के रूप में कैसे संग्रहित करती हैं, और उत्तेजित कोशिकाएँ उस विभव का उपयोग करके सर्व-या-कुछ-नहीं तंत्रिका आवेग को कैसे उत्पन्न और संचालित करती हैं।

Definition

झिल्ली विभव एक कोशिका की प्लाज्मा झिल्ली के आर-पार आयन प्रवणता और चयनात्मक पारगम्यता द्वारा निर्धारित वोल्टेज अंतर है; क्रिया विभव उस विभव का एक संक्षिप्त, पुनर्योजी, सर्व-या-कुछ-नहीं उत्क्रमण है जो एक उत्तेजित कोशिका में वोल्टेज-गेटेड आयन चैनलों के अनुक्रमिक खुलने और बंद होने से उत्पन्न होता है।

Scope

यह विषय विश्राम झिल्ली विभव की उत्पत्ति, इसे उत्पन्न करने वाले आयन प्रवणता और चयनात्मक चैनलों, और क्रिया विभव को उत्पन्न करने, प्रसारित करने और समाप्त करने वाली वोल्टेज-गेटेड घटनाओं के अनुक्रम को शामिल करता है। यह संतुलन और उत्क्रमण विभव के नेर्नस्ट और स्थिर-क्षेत्र विवरणों, Na+ और K+ चालकता के हॉजकिन-हक्सले विवरण, सीमा और अपवर्तकता, और आवेगों के निरंतर बनाम साल्टेटरी चालन पर चर्चा करता है। सामग्री तुलनात्मक-शरीर विज्ञान संदर्भ के रूप में प्रस्तुत की गई है, न कि नैदानिक ​​इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी के रूप में।

Core questions

• एक विश्राम कोशिका का आंतरिक भाग बाहरी भाग की तुलना में विद्युत रूप से नकारात्मक क्यों होता है?
• कौन सी आयनिक गतियाँ क्रिया विभव के बढ़ते और गिरते चरणों को उत्पन्न करती हैं?
• फायरिंग के लिए सीमा क्या निर्धारित करती है और अपवर्तक अवधि क्यों होती है?
• आवेग एक अक्षतंतु के साथ कैसे यात्रा करता है, और माइलिनेटेड चालन तेज़ क्यों होता है?

Key theories

हॉजकिन-हक्सले चालकता मॉडल

वोल्टेज-क्लैंप माप से पता चला कि क्रिया विभव समय- और वोल्टेज-निर्भर Na+ और K+ चालकता के परिणामस्वरूप होता है, जिसे समीकरणों में जोड़ा जा सकता है जो आवेग तरंगरूप और उसके प्रसार को पुनरुत्पादित करते हैं।

विश्राम और उत्क्रमण विभव का स्थिर-क्षेत्र उपचार

जब कई पारगम्य आयन योगदान करते हैं, तो झिल्ली विभव गोल्डमैन-हॉजकिन-काट्ज़ समीकरण द्वारा दिया जाता है, जो एक स्थिर विद्युत क्षेत्र के तहत प्रत्येक आयन के संतुलन विभव को उसकी सापेक्ष पारगम्यता से भारित करता है।

Mechanisms

विश्राम अवस्था में, Na+/K+-ATPase उच्च आंतरिक K+ और उच्च बाहरी Na+ को बनाए रखता है, और झिल्ली की प्रमुख K+ पारगम्यता विभव को K+ संतुलन मान के करीब रखती है। एक सुपरथ्रेशोल्ड विध्रुवण वोल्टेज-गेटेड Na+ चैनलों को खोलता है, जिसका आंतरिक प्रवाह झिल्ली को Na+ संतुलन विभव (स्पाइक) की ओर ले जाता है। Na+ चैनल तब निष्क्रिय हो जाते हैं जबकि विलंबित-रेक्टिफायर K+ चैनल खुलते हैं, कोशिका को पुनः ध्रुवीकृत करते हैं और संक्षेप में अतिध्रुवीकृत करते हैं; निष्क्रियता पूर्ण और सापेक्ष अपवर्तक अवधि लगाती है जो एकतरफा प्रसार को लागू करती है। स्थानीय परिपथ धाराएँ विध्रुवण को आसन्न झिल्ली तक फैलाती हैं; माइलिनेटेड अक्षतंतुओं में यह रैनवियर के नोड्स तक सीमित होता है, जिससे तीव्र साल्टेटरी चालन होता है।

Clinical relevance

अकशेरुकी अक्षतंतुओं से प्राप्त वोल्टेज-क्लैंप ढाँचा बताता है कि स्थानीय संवेदनाहारी, न्यूरोटॉक्सिन, और एंटीअरिथमिक और एंटीएपिलेप्टिक एजेंट वोल्टेज-गेटेड चैनलों पर कैसे कार्य करते हैं; यह उत्तेजित-ऊतक शरीर विज्ञान की व्याख्या के लिए एक आधार बना हुआ है। यह एक शैक्षिक संदर्भ है न कि चिकित्सा मार्गदर्शन।

History

स्क्विड विशाल अक्षतंतु तैयारी के आधार पर, हॉजकिन और हक्सले ने 1939 में इंट्रासेलुलर क्रिया विभव को रिकॉर्ड किया और, वोल्टेज क्लैंप का उपयोग करके, 1952 में अपना मात्रात्मक चालकता मॉडल तैयार किया — एक मील का पत्थर जिसे नोबेल पुरस्कार से मान्यता मिली। गोल्डमैन के 1943 के स्थिर-क्षेत्र समीकरण ने विश्राम विभव का बहु-आयन विवरण प्रदान किया जिस पर स्पाइक स्थित है।

Key figures

• Alan Hodgkin
• Andrew Huxley
• David Goldman
• Walther Nernst

Seminal works

• hodgkinhuxley1952
• goldman1943
• hill2016

Frequently asked questions

क्रिया विभव के लिए 'सर्व-या-कुछ-नहीं' का क्या अर्थ है?

एक बार जब एक उत्तेजना झिल्ली को सीमा से आगे धकेल देती है, तो आवेग पूरी आयाम पर उत्पन्न होता है, चाहे उत्तेजना कितनी भी मजबूत क्यों न हो; कमजोर उत्तेजनाएँ इसे ट्रिगर करने में विफल रहती हैं।

माइलिन चालन को गति क्यों देता है?

माइलिन अक्षतंतु के हिस्सों को इन्सुलेट करता है ताकि पुनर्योजी धारा रैनवियर के अमाइलिनेटेड नोड्स के बीच कूद जाए, एक प्रक्रिया जिसे साल्टेटरी चालन कहा जाता है जो निरंतर प्रसार की तुलना में बहुत तेज है।