18.8: Dinlenme Membranı Potansiyeli

Genel Bakış

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.

Bir Nöronun İçi Daha Negatiftir

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.

Membran Geçirgenliği

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 (Ca^{2+ < /sup>). 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.}

Pompalar Konsantrasyon Gradiyenti Yaratır

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.

Balon Balığına Dikkat Edin

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.

- [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.