Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

18.8: 휴지기의 막 전위
목차

JoVE Core
Biology

This content is Free Access.

Education
The Resting Membrane Potential
 
이 음성은 컴퓨터에서 생성됩니다
전사물

18.8: The Resting Membrane Potential

18.8: 휴지기의 막 전위

Overview

The relative difference in electrical charge, or voltage, between the inside and the outside of a cell membrane, is called the membrane potential. It is generated by differences in permeability of the membrane to various ions and the concentrations of these ions across the membrane.

The Inside of a Neuron Is More Negative

The membrane potential of a cell can be measured by inserting a microelectrode into a cell and comparing the charge to a reference electrode in the extracellular fluid. The membrane potential of a neuron at rest—that is, a neuron not currently receiving or sending messages—is negative, typically around -70 millivolts (mV). This is called the resting membrane potential. The negative value indicates that the inside of the membrane is relatively more negative than the outside—it is polarized. The resting potential results from two major factors: selective permeability of the membrane, and differences in ion concentration inside the cell compared to outside.

Membrane Permeability

Cell membranes are selectively permeable because most ions and molecules cannot cross the lipid bilayer without help, often from ion channel proteins that span the membrane. This is because the charged ions cannot diffuse through the uncharged hydrophobic interior of membranes. The most common intra- and extracellular ions found in the nervous tissue are potassium (K+), sodium (Na+), chloride (Cl-), and calcium (Ca2+). When a neuron is at rest, potassium (K+) channels are the main type of ion channel that is open—allowing K+ to migrate across the membrane. This permeability, together with the large intracellular concentrations, make the neuron’s resting membrane potential determined mainly by the movement of K+.

Pumps Create Concentration Gradients

Differences in ion concentration between the inside and outside of neurons are primarily due to the activity of the sodium-potassium (Na+/ K+) pump—a transmembrane protein that continuously pumps three Na+ ions out of the cell for every two K+ ions it pumps in. This establishes concentration gradients, with a higher concentration of Na+ ions outside of neurons and a higher concentration of K+ ions inside.

Since the membrane is primarily permeable to K+ at rest—due to the open K+ channels—K+ can diffuse down its concentration gradient to the region of lower concentration, out of the cell. These positive charges leaving the cell, combined with the fact that there are many negatively charged proteins inside the cell, causes the inside to be relatively more negative.

Eventually, outward diffusion of K+ is balanced by the electrostatic repulsion of positive charges accumulating outside the cell, and electrochemical equilibrium is reached. The net effect is the observed negative resting potential. The resting potential is very important in the nervous system because changes in membrane potential—such as the action potential—are the basis for neural signaling.

Beware the Puffer Fish

Pufferfish is not often found on many seafood menus outside of Japan, in part because they contain a potent neurotoxin. Tetrodotoxin (TTX) is a very selective voltage-gated sodium channel blocker that is lethal in minimal doses. The median lethal dose (LD50) for mice is 334 μg/kg, compared to 8.5 mg/kg for potassium cyanide. It has also served as an essential tool in neuroscience research. The toxin blocks the flow of Na+ into the cell when the channel opens. It, therefore, disrupts action potentials—but not the resting membrane potential—and can be used to silence neuronal activity. Its mechanism of action was demonstrated by Toshio Narahashi and John W. Moore at Duke University, working on the giant lobster axon in 1964.

개요

전하 또는 전압의 상대적 차이는 세포막의 내부와 외부 사이의 멤브레인 전위라고합니다. 그것은 다양한 이온에 막의 투과성 차이및 멤브레인을 가로 질러 이온의 농도에 의해 생성된다.

뉴런의 내부는 더 부정적입니다

세포의 멤브레인 전위는 셀에 마이크로 전극을 삽입하고 세포외 유체의 기준 전극과 전하를 비교하여 측정될 수 있다. 휴식에 뉴런의 막 잠재력-즉, 뉴런은 현재 메시지를 수신하거나 보내지 않는-부정적인, 일반적으로 주위 -70 밀리볼트 (mV). 이것은 휴식 막 전위에게 불립니다. 음수 값은 멤브레인 내부가 외부보다 상대적으로 더 부정적임을 나타냅니다. 두 가지 주요 요인에서 휴식 잠재적인 결과: 막의 선택적 투과성, 그리고 외부에 비해 세포 내부이온 농도차이.

멤브레인 투과성

세포막은 대부분의 이온과 분자가 도움없이 지질 이중 층을 교차 할 수 없기 때문에 선택적으로 투과성, 종종 막에 걸쳐 이온 채널 단백질에서. 이는 충전된 이온이 멤브레인의 미충전 소수성 내부를 통해 확산될 수 없기 때문입니다. 신경 조직에서 발견되는 가장 흔한 세포 외 이온은 칼륨 (K+),나트륨 (Na+),염화물 (Cl-) 및 칼슘 (Ca2+)입니다. 뉴런이 쉬면 칼륨(K+)채널이 열려 있는 주요 유형의 이온 채널로,K+가 멤브레인을 가로질러 이동할 수 있습니다. 이 투과성, 큰 세포 내 농도와 함께, 주로 K+의움직임에 의해 결정 된 뉴런의 휴식 막 잠재력을 만든다.

펌프는 농도 그라데이션을 생성합니다.

뉴런의 내부와 외부 사이의 이온 농도의 차이는 주로 나트륨 칼륨 (Na+/ K+)펌프의 활성에 기인하며, 이는 지속적으로 두 K+ 이온마다 세포에서 3 Na+ 이온을 펌핑하는 대막 단백질입니다. 이것은 뉴런 외부의 Na+ 이온의 높은 농도와 내부 K+ 이온의 높은 농도로 농도 그라데이션을 설정합니다.

멤브레인은 주로 K+에 투과할 수 있기 때문에 개방 된 K+ 채널 -K+ 세포 에서 낮은 농도의 영역으로 농도 그라데이션을 확산 할 수 있습니다. 세포를 떠나는 이 긍정적인 전하는 세포 안쪽에 많은 부정적인 충전된 단백질이 있다는 사실과 결합된, 안쪽이 상대적으로 더 부정적이기 위하여 일으키는 원인이 됩니다.

결국, K+의 외부 확산은 세포 외부에 축적되는 양전하의 정전기 반발에 의해 균형을 이루고, 전기화학적 평형에 도달한다. 순 효과는 관찰된 음의 휴식 잠재력입니다. 휴식 잠재력은 신경 전위와 같은 막 전위전위가 신경 신호의 기초이기 때문에 신경계에서 매우 중요합니다.

복어 생선조심

복어는 종종 일본 이외의 많은 해산물 메뉴에서 발견되지 않습니다, 그들은 강력한 신경 독소가 포함되어 있기 때문에 부분적으로. 테트로독신 (TTX)은 최소한의 용량으로 치명적인 매우 선택적 전압 게이트 나트륨 채널 차단제입니다. 마우스의 중앙 치명적인 용량(LD50)은 334 μg/kg이며, 시안화 칼륨의 경우 8.5 mg/kg에 비해. 그것은 또한 신경 과학 연구에서 필수적인 도구로 봉사 하고있다. 독소는 채널이 열릴 때 Na+ 셀로의 흐름을 차단합니다. 따라서 휴식 막 잠재력은 중단되지만 신경 활동을 침묵시키는 데 사용할 수 있습니다. 행동의 메커니즘은 1964 년에 거대한 랍스터 축산에서 작업, 듀크 대학에서 도시오 나라하시와 존 W. 무어에 의해 입증되었다.


추천 독서

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter