Potencjał odwrócenia

W błonie biologicznej potencjał odwrócenia to potencjał błony , przy którym odwraca się kierunek prądu jonowego. Przy potencjale odwrócenia nie ma przepływu netto jonów z jednej strony membrany na drugą. W przypadku kanałów przepuszczalnych tylko dla jednego rodzaju jonów potencjał odwrócenia jest identyczny z potencjałem równowagi jonu.

Potencjał równowagi

Potencjał równowagi jonu to potencjał błony , przy którym nie ma ruchu netto jonu. Przepływ dowolnego jonu nieorganicznego, takiego jak Na ⁺ lub K ⁺ , przez kanał jonowy (ponieważ membrany są zwykle nieprzepuszczalne dla jonów) jest napędzany gradientem elektrochemicznym tego jonu. Gradient ten składa się z dwóch części: różnicy w stężeniu tego jonu na membranie i gradientu napięcia. Kiedy te dwa wpływy równoważą się, gradient elektrochemiczny dla jonu wynosi zero i nie ma przepływu netto jonu przez kanał; oznacza to również brak prądu przez membranę. Gradient napięcia, przy którym osiągnięta jest ta równowaga, jest potencjałem równowagi dla jonu i można go obliczyć z: Równanie Nernsta .

Modele matematyczne i siła napędowa

Jako przykład możemy rozważyć dodatnio naładowany jon, taki jak K ⁺ i ujemnie naładowaną błonę, jak to zwykle ma miejsce w większości organizmów. Napięcie membrany przeciwdziała przepływowi jonów potasu z ogniwa i jony mogą opuścić wnętrze ogniwa tylko wtedy, gdy mają wystarczającą energię cieplną, aby pokonać barierę energetyczną wytworzoną przez ujemne napięcie membrany. Jednakże ten efekt odchylania można przezwyciężyć poprzez przeciwny gradient stężeń, jeśli stężenie wewnętrzne jest wystarczająco wysokie, co sprzyja opuszczaniu komórki przez jony potasu.

Ważnym pojęciem związanym z potencjałem równowagi jest siła napędowa . Siłę napędową definiuje się po prostu jako różnicę między rzeczywistym potencjałem błony a potencjałem równowagi jonu, $\ displaystyle V _ {\ operatorname {m}} -E _ {\ operatorname {i$ ja $} displaystyle E _ {\ operatorname {i}} \}$ odnosi się do potencjału równowagi dla określonego jonu. W związku z tym prąd membrany na jednostkę powierzchni ze względu na typ ${\ displaystyle i}$ kanał jonowy jest określony następującym równaniem:

{\ Displaystyle ja _ {\ operatorname {i}} = g _ {\ operatorname {i}} \ lewo (V _ {\ operatorname {m}} -E _ {\ operatorname {i } }\Prawidłowy)}

gdzie ${\ displaystyle V _ {\ operatorname {m}} -E _ {\ operatorname {i}} \}$ jest siłą napędową, a $}$ } przewodność lub przewodność na jednostkę powierzchni. Należy zauważyć, że prąd jonowy będzie wynosić zero, jeśli membrana jest nieprzepuszczalna dla danego jonu lub jeśli napięcie membrany jest dokładnie równe potencjałowi równowagi tego jonu.

Zastosowanie w badaniach

Gdy V _m ma potencjał odwrócenia ( $V m - E rev$ jest równe 0), tożsamość jonów przepływających podczas EPC można wydedukować porównując potencjał odwrócenia EPC z potencjałem równowagi dla różnych jonów. Na przykład kilka pobudzających receptorów neuroprzekaźników bramkowanych ligandem jonotropowym , w tym receptory glutaminianu ( AMPA , NMDA i kainian ), nikotynowa acetylocholina (nACh) i serotoninowe (5-HT ₃ ) są nieselektywnymi kanałami kationowymi, które przepuszczają Na ⁺ i K ⁺ w prawie równych proporcjach, dając potencjał odwrócenia bliski zeru. Hamujące receptory neuroprzekaźników bramkowane ligandem jonotropowym, które przenoszą Cl- ^, takie jak receptory GABA _A i glicyna , mają potencjały odwrócenia bliskie potencjałowi spoczynkowemu (około –70 mV) w neuronach.

Ten sposób rozumowania doprowadził do opracowania eksperymentów (przeprowadzonych przez Akirę Takeuchi i Noriko Takeuchi w 1960 r.), które wykazały, że kanały jonowe aktywowane acetylocholiną są w przybliżeniu jednakowo przepuszczalne dla jonów Na ⁺ i K ^{+ .} Doświadczenie przeprowadzono poprzez obniżenie zewnętrznego stężenia Na ⁺ , co obniża (czyni bardziej ujemnym) potencjał równowagi Na ⁺ i powoduje ujemne przesunięcie potencjału odwrócenia. I odwrotnie, zwiększenie zewnętrznego stężenia K ⁺ podnosi (czyni bardziej dodatnie) K ⁺ potencjał równowagi i powoduje dodatnie przesunięcie potencjału odwrócenia.

Zobacz też

Linki zewnętrzne