Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

18.8: Dinlenmede Membran Potansiyeli
TABLE OF
CONTENTS

JoVE Core
Biology

This content is Free Access.

Education
The Resting Membrane Potential
 
TRANSCRIPT

18.8: The Resting Membrane Potential

18.8: Dinlenmede Membran Potansiyeli

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.

Genel bakış

Bir hücre zarının içi ve dışı arasındaki elektrik yükü veya voltaj arasındaki göreceli farka membran potansiyeli denir. Membranın çeşitli iyonlara geçirgenliği ve bu iyonların membran boyunca konsantrasyonları arasındaki farklılıklardan kaynaklanır.

Bir Nöronun İçI Daha Olumsuz

Bir hücrenin membran potansiyeli bir hücreiçine bir mikroelektrot yerleştirerek ve ekstrasellüler sıvıdaki bir referans elektrot ile şarj karşılaştırılarak ölçülebilir. Bir nöronun istirahatte membran potansiyeli-yani şu anda mesaj almayan veya göndermeyen bir nöron genellikle -70 milivolt (mV) civarında negatiftir. Buna dinlenme zarı potansiyeli denir. Negatif değer, membranın içinin dıştan nispeten daha negatif olduğunu gösterir- polarize dir. Dinlenme potansiyeli iki ana faktörden kaynaklanır: zarın seçici geçirgenliği ve hücre içindeki iyon konsantrasyonu farklılıkları dışarıya göre.

Membran Geçirgenliği

Hücre zarları seçici olarak geçirilebilir çünkü çoğu iyon ve molekül, genellikle membrana yayılan iyon kanal proteinlerinden yardım almadan lipid çift katmanlısını geçemez. Yüklü iyonlar membranların yüksüz hidrofobik iç yoluyla yayılamaz olmasıdır. Sinir dokusunda bulunan en yaygın hücre içi ve hücre dışı iyonlar potasyumdur (K+), sodyum (Na+), klorür (Cl-), kalsiyum (Ca2+). Bir nöron istirahat olduğunda, potasyum (K+) kanalları açık iyon kanalının ana türüdür—K+ membran boyunca göç izin. Bu geçirgenlik, büyük hücre içi konsantrasyonları ile birlikte, nöronların istirahat membran potansiyelini esas olarak K+hareketi ile belirlenir olun.

Pompalar Konsantrasyon Gradyanlar oluşturun

Nöronların iç ve dış iyon konsantrasyonu arasındaki farklılıklar öncelikle sodyum-potasyum aktivitesi nedeniyle (Na+/ K+) pompa- sürekli her iki K+ iyonları için hücreden üç Na+ iyonları pompalar bir transmembran protein. Bu konsantrasyon gradyanları kurar, nöronların dışında Na+ iyonlarının daha yüksek bir konsantrasyon ve k+ iyonları içinde daha yüksek bir konsantrasyon ile.

Membran öncelikle K+ istirahatte geçirilebilir olduğundan-açık K+ kanalları nedeniyle-K+ hücre dışında, düşük konsantrasyon bölgesine konsantrasyon gradyanı aşağı yayılabilir. Hücreden ayrılan bu pozitif yükler, hücre içinde negatif yüklü proteinlerin bulunmasıyla birleşince, hücrenin içi nispeten daha negatif olmasına neden olur.

Sonuç olarak, K+ dışa difüzyon hücre dışında biriken pozitif yüklerin elektrostatik itme ile dengelenir ve elektrokimyasal denge ulaşılır. Net etkisi gözlenen negatif dinlenme potansiyelidir. Dinlenme potansiyeli sinir sisteminde çok önemlidir, çünkü membran potansiyelindeki değişiklikler (eylem potansiyeli gibi) nöral sinyallemenin temelini oluşturur.

Kirpi Balığına Dikkat Edin

Onlar güçlü bir nörotoksin içerdiğinden Pufferfish genellikle Japonya dışında birçok deniz ürünleri menülerde bulunmaz, kısmen çünkü. Tetrodotoksin (TTX) minimal dozlarda öldürücü olan çok seçici voltaj kapılı sodyum kanal blokeridir. Fareler için ortanca öldürücü doz (LD50) 334 μg/kg olup, potasyum siyanür için 8,5 mg/kg'dır. Aynı zamanda nörolojik araştırmalarda önemli bir araç olarak hizmet vermiştir. Toksin, kanal açıldığında Na+'nın hücreye akışını engeller. Bu, bu nedenle, eylem potansiyellerini bozar-ama dinlenme membran potansiyeli değil- ve nöronal aktivitesusturmak için kullanılabilir. Etki mekanizması 1964 yılında dev ıstakoz akson üzerinde çalışan Duke Üniversitesi'nden Toshio Narahashi ve John W. Moore tarafından gösterilmiştir.


Suggested Reading

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

Waiting X
simple hit counter