Потенциал разворота

В биологической мембране реверсивный потенциал — это мембранный потенциал , при котором направление ионного тока меняется на противоположное. При реверсивном потенциале нет чистого потока ионов с одной стороны мембраны на другую. Для каналов, проницаемых только для одного типа ионов, реверсивный потенциал идентичен равновесному потенциалу иона. ^[1]^[2]^[3]

Равновесный потенциал

Равновесный потенциал для иона — это мембранный потенциал , при котором нет чистого движения иона. ^[1]^[2]^[3] Поток любого неорганического иона, например Na ⁺ или К ⁺, через ионный канал (поскольку мембраны обычно непроницаемы для ионов) управляется электрохимическим градиентом этого иона. ^[1]^[2]^[3]^[4] Этот градиент состоит из двух частей: разницы в концентрации этого иона на мембране и градиента напряжения. ^[4] Когда эти два влияния уравновешивают друг друга, электрохимический градиент иона равен нулю и чистый поток иона через канал отсутствует; это также означает отсутствие тока через мембрану, пока участвует только один вид ионов. ^[1]^[2]^[3]^[4]^[5] Градиент напряжения, при котором достигается это равновесие, представляет собой равновесный потенциал для иона и может быть рассчитан по уравнению Нернста . ^[1]^[2]^[3]^[4]

Математические модели и движущая сила

В качестве примера можно рассмотреть положительно заряженный ион, такой как K ⁺и отрицательно заряженная мембрана, как это обычно бывает у большинства организмов. ^[4]^[5] Мембранное напряжение препятствует потоку ионов калия из клетки, и ионы могут покинуть внутреннюю часть клетки только в том случае, если они обладают достаточной тепловой энергией для преодоления энергетического барьера, создаваемого отрицательным мембранным напряжением. ^[5] Однако этот эффект смещения можно преодолеть с помощью противоположного градиента концентрации, если внутренняя концентрация достаточно высока, что способствует выходу ионов калия из клетки. ^[5]

Важным понятием, связанным с равновесным потенциалом, является движущая сила . Движущая сила определяется просто как разница между фактическим мембранным потенциалом и равновесным потенциалом иона. $V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\$ где $E_{\mathrm {i} }\$ относится к равновесному потенциалу для конкретного иона. ^[5] Соответственно, мембранный ток на единицу площади в зависимости от типа $i$ ионный канал определяется следующим уравнением:

i_{\mathrm {i} }=g_{\mathrm {i} }\left(V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\right)

где $V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\$ является движущей силой и $g_{\mathrm {i} }$ — удельная проводимость или проводимость на единицу площади. ^[5] Обратите внимание, что ионный ток будет равен нулю, если мембрана непроницаема для данного иона или если мембранное напряжение точно равно равновесному потенциалу этого иона. ^[5]

Использование в исследованиях

Когда V _m находится на реверсивном потенциале для такого события, как синаптический потенциал ( $V m - E rev$ равен 0), идентичность ионов, которые текут во время EPC, можно определить путем сравнения реверсивного потенциала EPC с равновесный потенциал для различных ионов. Например, несколько возбуждающих ионотропных лиганд-зависимых нейромедиаторных рецепторов, включая рецепторы глутамата ( AMPA , NMDA и каинат ), никотиновые рецепторы ацетилхолина (nACh) и серотониновые (5-HT ₃ ) рецепторы, представляют собой неселективные катионные каналы, которые пропускают Na. ⁺ и К ⁺ почти в равных пропорциях, что дает потенциал разворота, близкий к нулю. Тормозные ионотропные лиганд-зависимые рецепторы нейротрансмиттеров, переносящие Cl ⁻, такие как ГАМК _А и глициновые рецепторы, имеют в нейронах реверсивные потенциалы, близкие к потенциалу покоя (приблизительно –70 мВ). ^[2]

Эта линия рассуждений привела к разработке экспериментов (Акира Такеучи и Норико Такеучи в 1960 году), которые продемонстрировали, что ионные каналы, активируемые ацетилхолином, примерно одинаково проницаемы для Na. ⁺ и К ⁺ ионы. Эксперимент проводился путем снижения внешнего Na ⁺ концентрация, которая снижает (делает более отрицательным) Na ⁺ равновесного потенциала и вызывает отрицательный сдвиг реверсивного потенциала. И наоборот, увеличение внешнего K ⁺ концентрация повышает (делает более позитивным) K ⁺ равновесного потенциала и вызывает положительный сдвиг в разворотном потенциале. ^[2] Получено общее выражение для реверсивного потенциала синаптических событий, в том числе для снижения проводимости. ^[6]

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Сквайр, Ларри; Берг, Дарвин (2014). Фундаментальная нейронаука (4-е изд.). Академическая пресса. стр. 93–97. ISBN 978-0-12-385870-2 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Первс, Дейл ; и др. (2017). Нейронаука (6-е изд.). Синауэр Ассошиэйтс. стр. 39–106. ISBN 9781605353807 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Марк, Медведь; Коннорс, Барри (2016). Нейронаука: исследование мозга (4-е расширенное изд.). Джонс и Барлет Обучение. п. 64-127. ISBN 9781284211283 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Альбертс, Брюс (2015). Молекулярная биология клетки (6-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. стр. 615–616. ISBN 978-0-8153-4432-2 . OCLC 887605755 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Эбботт, Лоуренс Ф. (2001). Теоретическая нейронаука. Вычислительное и математическое моделирование нейронных систем . Питер Даян. Кембридж: MIT Press. стр. 158–160. ISBN 978-0-262-31142-7 . OCLC 1225555646 .
^ Браун Дж. Э., Мюллер К. Дж., Мюррей Дж. (14 октября 1971 г.). «Потенциал обращения электрофизиологического события, вызванного изменениями проводимости: математический анализ». Наука . 174 (4006): 318–318. дои : 10.1126/science.174.4006.318 . ПМИД 5119107 . S2CID 34404730 .

Внешние ссылки

[fundNeuro-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Сквайр, Ларри; Берг, Дарвин (2014). Фундаментальная нейронаука (4-е изд.). Академическая пресса. стр. 93–97. ISBN 978-0-12-385870-2 .

[Purves-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Первс, Дейл ; и др. (2017). Нейронаука (6-е изд.). Синауэр Ассошиэйтс. стр. 39–106. ISBN 9781605353807 .

[expBrain-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Марк, Медведь; Коннорс, Барри (2016). Нейронаука: исследование мозга (4-е расширенное изд.). Джонс и Барлет Обучение. п. 64-127. ISBN 9781284211283 .

[molBiol-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Альбертс, Брюс (2015). Молекулярная биология клетки (6-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. стр. 615–616. ISBN 978-0-8153-4432-2 . OCLC 887605755 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[theoNeuro-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Эбботт, Лоуренс Ф. (2001). Теоретическая нейронаука. Вычислительное и математическое моделирование нейронных систем . Питер Даян. Кембридж: MIT Press. стр. 158–160. ISBN 978-0-262-31142-7 . OCLC 1225555646 .

[6] Браун Дж. Э., Мюллер К. Дж., Мюррей Дж. (14 октября 1971 г.). «Потенциал обращения электрофизиологического события, вызванного изменениями проводимости: математический анализ». Наука . 174 (4006): 318–318. дои : 10.1126/science.174.4006.318 . ПМИД 5119107 . S2CID 34404730 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]