Name: how neurons keep a negative resting charge
Uploaded: 2019-03-11T09:21:27.000Z
Duration: 1 min 21 s
Channel: JoVE

- [Eğitmen] Dinlenim zar potansiyeli, uyarılma durumunda bulunmayan dinlenme halindeki nöronların hücre zarının iç ve dış kısımları arasındaki elektrik potansiyel farkıdır.
 Genel olarak değer eksi 70 milivolt civarındadır, bu da içte daha negatif olduğu anlamına gelir.
 Hücre zarları seçici geçirgendir, çünkü çoğu iyon ve molekül için bunlara pasif diffüzyon mümkün değildir.
Geçebilmeleri için genellikle iyon kanalları gibi transmembran proteinlere ihtiyaç duyarlar.
 Bir nöron dinlenme halindeyken potasyum kanalları, açık olan temel iyon kanalları tipidir.
 Başka bir transmembran protein olan sodyum-potasyum pompası, sodyumun sürekli olarak hücre içine ve potasyumun da dışına taşınması için enerji kullanır.
Bu eylem bir konsantrasyon gradyanı oluşturur ve içerideki potasyum konsantrasyonu dışarıdakine göre daha yüksektir.
 Daha sonra diffüzyon kuvveti potasyum iyonlarının, açık potasyum kanallarından hücre dışına doğru konsantrasyon gradyanlarını düşürmesine yol açar.
 Bu pozitif iyonların, hücre içerisindeki negatif yüklü proteinlerle birlikte dışa hareketi, nöron dinlenme halindeyken zar içinde negatif bir yük, negatif bir potansiyel oluşturur.

Cardozo, David. "Dinlenme Zarı Potansiyelini Anlamak İçin Sezgisel Bir Yaklaşım." Fizyoloji Eğitimindeki Gelişmeler 40, no. 4 (11 Kasım 2016): 543–47. [<a href="https://doi.org/10.1152/advan.00049.2016" target="__blank">Kaynak</a>]

NARAHASHI, Toshio. "Tetrodotoksin — Kısa Bir Tarihçe—." Japonya Akademisi Bildirileri. Seri B, Fiziksel ve Biyolojik Bilimler 84, no. 5 (Mayıs 2008): 147–54. [<a href="https://doi.org/10.2183/pjab.84.147" target="__blank">Kaynak</a>]

dinlenme membranı potansiyeli

<h4>Genel Bakış</h4>

Hücre zarının dışı ile içi arasındaki elektrik yükü göreceli farkı ya da gerilime, zar potansiyeli denir. Membranın çeşitli iyonlara geçirgenliğindeki farklılıklar ve bu iyonların zar boyunca konsantrasyonları ile üretilir.

<h4>Bir Nöronun İçi Daha Negatiftir</h4>

Bir hücrenin membran potansiyeli, bir hücreye bir mikroelektrot sokularak ve yükü hücre dışı sıvıdaki bir referans elektrotla karşılaştırarak ölçülebilir. İstirahatte bir nöronun membran potansiyeli (yani mesaj almayan veya göndermeyen bir nöron) negatiftir ve tipik olarak -70 milivolt (mV) civarındadır. Buna istirahat membran potansiyeli denir. Negatif değer, membranın iç kısmının dışarıdan nispeten daha negatif olduğunu gösterir yani polarize durumdadır. Dinlenme potansiyeli iki ana faktörden kaynaklanır: membranın seçici geçirgenliği ve hücre içindeki iyon konsantrasyonundaki farklılıklar. 

<h4>Membran Geçirgenliği</h4>

Hücre zarları seçici olarak geçirgendir, çünkü çoğu iyon ve molekül, genellikle membranı kaplayan iyon kanalı proteinlerinden yardım almadan iki katlı lipit tabakasını geçemez. Bunun nedeni, yüklü iyonların membranların yüksüz hidrofobik iç kısmından difüzyona uğrayamamasıdır. Sinir dokusunda bulunan en yaygın hücre içi ve dışı iyonlar potasyum (K+), sodyum (Na+), klorür (Cl-) ve kalsiyumdur (Ca2+ ). Bir nöron istirahat durumunda iken, potasyum (K+) kanalları, K+'un zar boyunca göç etmesine izin veren açık olan ana iyon kanalı türüdür. Bu geçirgenlik, büyük hücre içi konsantrasyonlarla birlikte, nöronun dinlenme membran potansiyelinin esas olarak K+ hareketi ile belirlenmesine yol açar.

<h4>Pompalar Konsantrasyon Gradiyenti Yaratır</h4>

Nöronların içi ve dışı arasındaki iyon konsantrasyonundaki farklılıklar öncelikle sodyum-potasyum (Na+/ K+) pompasının aktivitesinden kaynaklanır, bu da pompaladığı her iki K+ iyonu için hücreden sürekli olarak üç Na+ iyonu pompalayan bir transmembran proteindir. Bu pompanın çalışması, nöronların dışında Na+ iyonlarının daha yüksek bir konsantrasyona ve içindeki K+ iyonlarının daha yüksek bir konsantrasyona sahip olmasına sebep olur.

Membran istirahat sırasında açık K+ kanalları nedeniyle öncelikle K+ iyonlarına geçirgen olduğundan, K+ konsantrasyon gradiyenti altında hücre dışında, düşük konsantrasyon bölgesine doğru hareket eder. Hücreden ayrılan bu pozitif yükler, hücre içinde negatif yüklü proteinlerin bulunmasıyla birleşince, hücrenin içinin nispeten daha negatif olmasına neden olur.

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

<h4>Balon Balığına Dikkat Edin</h4>

Balon balığı, Japonya dışındaki birçok deniz ürünleri menüsünde sıklıkla bulunmaz, çünkü kısmen güçlü bir nörotoksin içerir. Tetrodotoksin (TTX), minimum dozlarda ölümcül olan çok seçici bir voltaj kapılı sodyum kanal blokeridir. Fareler için medyan öldürücü doz (LD50), potasyum siyanür için 8,5 mg/kg ile karşılaştırıldığında 334 μg/kg'dır. Aynı zamanda sinirbilim araştırmalarında önemli bir araç olarak hizmet etmektedir. Toksin, kanal açıldığında hücreye Na+ akışını engeller. Bu nedenle, aksiyon potansiyellerini (ancak dinlenme membran potansiyelini değil) bozar ve nöronal aktiviteyi baskılamak için kullanılabilir. Etki mekanizması, 1964'te dev ıstakoz aksonu üzerinde çalışan Duke Üniversitesi'nden Toshio Narahashi ve John W. Moore tarafından gösterilmiştir.

Dinlenme Membranı Potansiyeli

Genel bakış

Bir hücre zarının içi ve dışı arasındaki elektrik yükü veya voltajdaki nispi farka zar denir ...

Education

JoVE Core

Biology

Biyoloji

Human Biology

İnsan Biyolojisi

Nervous System

Sinir Sistemi

KEY TERMS AND CONCEPTS

TEMEL TERİMLER VE KAVRAMLAR

The Resting Membrane Potential

how neurons keep a negative resting charge

Neurons keep a negative resting charge across their membrane. This electrical difference, called the membrane potential, comes from how ions move and how the membrane lets them pass. In a resting neuron, the inside is typically around -70 millivolts and is more negative than the outside, so the cell is polarized.

Two main factors create this resting state. First, the membrane is selectively permeable, which means most ions and molecules cannot cross the lipid bilayer without help from ion channels. Second, ion concentrations are different inside and outside the cell. In nervous tissue, common ions include potassium (K+), sodium (Na+), chloride (Cl-), and calcium (Ca2+).

At rest, potassium channels are the main channels that are open. This makes potassium the ion that most strongly shapes the resting membrane potential. Potassium can move across the membrane more easily than many other ions, and its movement helps set the neuron’s negative charge.

The sodium-potassium pump creates the ion gradients that support this process. This transmembrane protein pumps three Na+ ions out of the cell for every two K+ ions it pumps in. As a result, Na+ builds up outside the neuron, and K+ builds up inside.

Because the membrane is mostly permeable to K+ at rest, potassium diffuses out of the cell down its concentration gradient. As positive charges leave, the inside becomes more negative. Negatively charged proteins inside the cell also contribute to this effect. Eventually, the outward movement of K+ is balanced by the electrical push from the positive charge outside the cell, and electrochemical equilibrium is reached.

This resting potential is important because changes in membrane potential are the basis of neural signaling. One example is the action potential, which depends on these voltage changes. The pufferfish toxin tetrodotoxin (TTX) blocks voltage-gated sodium channels and stops Na+ from entering when the channel opens. It disrupts action potentials, but it does not change the resting membrane potential, so it can be used to silence neuronal activity.

How Neurons Keep a Negative Resting Charge

how-neurons-keep-a-negative-resting-charge

what is a nervous system?

Nervous System Parts and Control

The nervous system is a network of specialized cells that keeps the body working and helps it respond to the world around it. It controls essential functions such as heart rate and breathing. It also supports movement that helps an organism escape danger. In vertebrates, the nervous system has two major parts: the central nervous system, or CNS, and the peripheral nervous system, or PNS. The CNS includes the brain, spinal cord, and retina, which is the sensory tissue of the visual system. The...

the parasympathetic nervous system

Rest and Digest: Parasympathetic Control

The parasympathetic nervous system helps the body stay calm and return to a rested state. It is one of the two major divisions of the autonomic nervous system, which controls many unconscious functions such as heart rate and digestion. Its neurons are found in the brain and the peripheral nervous system, and they send axons to muscles, organs, and glands. This system is often called the “rest and digest” system because it supports body processes that restore homeostasis. It is most active...

the sympathetic nervous system

Sympathetic Stress Response and Body Changes

The sympathetic nervous system helps the body respond to stress and danger. It is one of the two main divisions of the autonomic nervous system. When it turns on, it prepares the body for action and puts lower-priority functions, such as digestion, on hold. This response is often called the fight-or-flight system. A surprise exam can trigger it, and students may notice a tight stomach, a dry mouth, and a fast heartbeat. In a real threat, the system shifts blood away from the digestive system...

the blood-brain barrier

How the Blood-Brain Barrier Works

The blood-brain barrier is a specialized system of blood vessels that helps control what enters the brain. It delivers nutrients from the blood while tightly regulating ions, molecules, pathogens, and other substances. This semipermeable barrier protects the brain and also makes it harder to deliver some therapies. The blood-brain barrier includes several cellular parts, especially endothelial cells and astrocytes. These cells share a common basement membrane and regulate movement between the...

neuron structure

How Neurons Send Signals

Neurons send signals through a clear set of structures that let them receive, process, and pass on information. They are the main cells of the nervous system and use electrochemical signals to communicate. Neurons also talk to other cells through neurotransmitters at junctions called synapses. Most neurons share three main parts: a cell body, also called the soma, dendrites, and an axon. The soma holds the nucleus and other organelles needed for cell function. Dendrites usually receive...

glial cells

Glial Cells and Nervous System Support

Glial cells support the nervous system and work alongside neurons. They are one of the two main cell types in the nervous system. Unlike neurons, glia do not send electrical signals, but they help with nearly every other part of nervous system function. In humans, glial cells are about as numerous as neurons in the brain. In the central nervous system, glia include astrocytes, oligodendrocytes, microglia, and ependymal cells. Astrocytes are the most common glial cells. They form organized,...

action potentials

How Nerve Signals Travel in Axons

Neurons send signals through action potentials, the rapid electrical changes that move along the axon. These signals lead to neurotransmitter release at axon terminals, which passes information through the nervous system. An action potential is an all-or-none change in membrane potential, the voltage across a cell membrane. A neuron usually has a resting membrane potential of about -70 millivolts. When it receives signals from neurotransmitters or sensory input, the membrane can become more...

the resting membrane potential

Neurons keep a negative resting charge across their membrane. This electrical difference, called the membrane potential, comes from how ions move and how the membrane lets them pass. In a resting neuron, the inside is typically around -70 millivolts and is more negative than the outside, so the cell is polarized. Two main factors create this resting state. First, the membrane is selectively permeable, which means most ions and molecules cannot cross the lipid bilayer without help from ion...

long-term potentiation

Synaptic Strengthening in Learning and Memory

Long-term potentiation, or LTP, is a form of synaptic strengthening in the brain. It changes the strength of chemical synapses over time between pre- and postsynaptic neurons. LTP works against long-term depression, or LTD, which weakens synapses. Together, LTP and LTD are major mechanisms behind learning and memory. LTP can happen when a presynaptic neuron fires again and again and keeps stimulating a postsynaptic neuron. This is called Hebbian LTP, based on Donald Hebb’s idea that neurons...

long-term depression

Synaptic Pruning in Long-term Depression

Long-term depression, or LTD, is a form of synaptic plasticity that weakens chemical synapses over time. It acts between presynaptic and postsynaptic neurons. LTD works in opposition to long-term potentiation, or LTP, which strengthens synapses. Together, LTD and LTP are two of the main mechanisms behind learning and memory. LTD helps the brain avoid staying locked in a fully strengthened state. If synapses were always maximally strengthened, the brain would become less efficient and it would...

the synapse

How Neurons Signal at Synapses

Neurons communicate through synapses, the points where two neurons meet to pass on signals. At a synapse, the sending neuron is the presynaptic cell, and the receiving neuron is the postsynaptic cell. Most neurons can serve in both roles because they send and receive information. Electrical synapses move signals directly between cells. The presynaptic and postsynaptic cells are linked by gap junctions, which are proteins that physically connect them. This type of synapse can pass electrical...

key terms and concepts

Explore how selective permeability, the sodium-potassium pump, and potassium movement create the negative resting charge that prepares neurons for signaling.

How Neurons Keep a Negative Resting Charge | JoVE K12

JoVE Core series brings biology to life through over 300 concise and easy-to-understand animated video lessons that explain key concepts in biology, plus more than 150 scientist-in-action videos that show actual research experiments conducted in today’s laboratories.

biology

JoVE Core serisi, biyolojinin ana konseptlerini açıklayan 300 adet kısa ve kolay anlaşılabilir olan video dersleriyle ve günümüz laboratuvarlarında yürütülen gerçek araştırmaları gösteren 150'den fazla \"bilim insanları iş başında\" videolarıyla biyolojiye hayat vermektedir.

myJoVE Corporation

How Neurons Keep a Negative Resting Charge

Description

Transcript

Tags