Elektrofizyoloji ve Membran Potansiyeli
İyonların bir membran boyunca ayrılmasının elektriksel potansiyeli nasıl oluşturduğunu ve voltaja bağımlı kanalların bu potansiyeli uyarılabilir hücrelerin aksiyon potansiyellerine nasıl dönüştürdüğünü açıklamaktadır.
Tanım
Membran potansiyeli, seçici iyon geçirgenliğinden kaynaklanan bir hücre membranı boyunca voltaj farkıdır; elektrofizyoloji ise bu potansiyellerin ve onları üreten akımların incelenmesidir.
Kapsam
Bu konu, dinlenim membran potansiyelinin kökenini, membranın kapasitör ve iletkenlikler olarak eşdeğer devre görünümünü ve aksiyon potansiyelinin oluşumu ile yayılımını kapsamaktadır. Hodgkin–Huxley'in uyarılabilirlik tanımını ve elektrofizyolojinin ölçüm tekniklerini kavramsal düzeyde ele alırken, tek kanal mekanizması ve taşıma enerjitiği bitişik konularda işlenmektedir.
Temel sorular
- Bir hücre dinlenim halindeyken membranı boyunca neden sabit bir voltaj tutar?
- Membran, iyonik iletkenliklere paralel bir kapasitör olarak nasıl faydalı bir şekilde modellenebilir?
- Aksiyon potansiyelini hangi iletkenlik değişiklikleri dizisi oluşturur?
- Bir aksiyon potansiyeli uyarılabilir bir hücre boyunca nasıl yayılır?
Temel kuramlar
- Hodgkin–Huxley uyarılabilirliği
- Kapasitif membran boyunca etki eden voltaj ve zamana bağımlı sodyum ve potasyum iletkenlikleri, rejeneratif sodyum girişiyle hücreyi depolarize ederek ve gecikmiş potasyum çıkışıyla dinlenim durumunu geri getirerek aksiyon potansiyelini kantitatif olarak yeniden üretmektedir.
- Karışık geçirgenliklerden kaynaklanan dinlenim potansiyeli
- Dinlenim voltajı, Goldman'ın sabit alan ifadesiyle yakalanan, geçirgen iyonların denge potansiyellerinin ağırlıklı bir ortalamasıdır; bu nedenle potasyum denge potansiyeline yakın ancak tam olarak orada değildir, çünkü membran esas olarak, ancak münhasıran değil, potasyuma geçirgendir.
Mekanizmalar
Membran, yükü ayıran ince bir yalıtkan olduğundan, pompalar tarafından oluşturulan iyon gradyanları, esas olarak baskın dinlenim geçirgenliği tarafından belirlenen sabit bir dinlenim voltajı üretmektedir. Membranı voltaja bağımlı iletkenliklere paralel bir kapasitör olarak ele alındığında, eşik üstü bir depolarizasyon sodyum kanallarını açar; bu kanalların içeri doğru akımı hücreyi rejeneratif bir sivri uçta daha da depolarize etmektedir. Ardından sodyum kanalları inaktive olur ve potasyum kanalları açılarak membranı repolarize eder. Lokal akımlar bu depolarizasyonu komşu bölgelere yayarak aksiyon potansiyelini iletmektedir.
Klinik önem
Membran uyarılabilirliği sinir, kas ve kalp fonksiyonlarının temelini oluşturmakta olup anestezikler, antiaritmikler ve antiepileptiklerin hedefidir; buradaki biyofizik, klinik bir rehberlikten ziyade, ilgili fizyoloji ve farmakoloji için eğitsel bir arka plan sunmaktadır.
Tarihçe
Cole'un voltaj-kelepçe tekniği üzerine inşa edilen Hodgkin ve Huxley'in 1952 tarihli kalamar aksonu kantitatif modeli, aksiyon potansiyelini iyonik iletkenlikler açısından açıklamış ve elektrofizyolojinin temelini oluşturmaya devam etmektedir; bu model daha sonra tek kanal ve moleküler çalışmalarla geliştirilmiştir.
Öne çıkan isimler
- Alan Hodgkin
- Andrew Huxley
- Bernard Katz
- Kenneth Cole
İlgili konular
Temel eserler
- hodgkin1952
- goldman1943
Sıkça sorulan sorular
- Dinlenim potansiyeli neden içeride negatiftir?
- Dinlenim halindeyken membran potasyuma en geçirgendir; potasyum, hücreden gradyanı boyunca ayrılarak, içeride oluşan negatif voltajın daha fazla kaybı engellemesine kadar devam eder ve bu da içeriyi dışarıya göre negatif bırakır.
- Aksiyon potansiyelini 'ya hep ya hiç' yapan nedir?
- Depolarizasyon eşiği aştığında, sodyum kanalı açılması rejeneratiftir ve orijinal uyarının ne kadar güçlü olduğuna bakılmaksızın tam bir sivri uç oluşturur, bu nedenle yanıt sabit bir şekle sahiptir.