Ters potansiyel - Reversal potential
Bir de biyolojik membran , ters potansiyel (aynı zamanda , Nernst potansiyel bir bölgesinin) iyonu olduğu bir zar potansiyeli, (genel) diğer bir zarın bir yanından söz konusu iyon akışına net olduğu açı. Post-sinaptik nöronlar durumunda , ters potansiyel, belirli bir nörotransmiterin , o nörotransmiter reseptörünün iyon kanalı boyunca net iyon akışına neden olmadığı membran potansiyelidir .
Tek iyonlu bir sistemde, ters potansiyel , denge potansiyeli ile eş anlamlıdır ; sayısal değerleri aynıdır. İki terim, membran potansiyelindeki farklılığın farklı yönlerini ifade eder. Denge , belirli bir voltajdaki net iyon akışının sıfır olduğu gerçeğini ifade eder . Yani, iyon hareketinin dışa ve içe doğru hızları aynıdır; iyon akışı dengededir. Tersine çevirme, denge potansiyelinin her iki tarafındaki zar potansiyelindeki bir değişikliğin iyon akışının genel yönünü tersine çevirmesi gerçeğine atıfta bulunur.
Ters potansiyel, Nernst denkleminden hesaplanabileceği için genellikle "Nernst potansiyeli" olarak adlandırılır . İyon kanalları, basit iyonların hücre içine ve dışına akışının çoğunu yürütür . Bir iyon türüne seçici olan bir kanal tipi hücre zarında baskın olduğunda (örneğin diğer iyon kanalları kapalı olduğu için) o zaman hücre içindeki voltaj o iyon için ters potansiyele eşitlenir (yani eşit olur) (hücrenin dışının 0 voltta olduğu varsayılarak). Örneğin, çoğu hücrenin dinlenme potansiyeli K + (potasyum iyonu) ters çevirme potansiyeline yakındır . Bunun nedeni, dinlenme potansiyelinde potasyum iletkenliğinin baskın olmasıdır. Tipik bir aksiyon potansiyeli sırasında , potasyum kanallarının aracılık ettiği küçük durgun iyon iletkenliği, çok sayıda Na + (sodyum iyonu) kanalının açılmasıyla bastırılır, bu da zar potansiyelini sodyumun ters potansiyeline doğru getirir.
"Ters potansiyel" ve "denge potansiyeli" terimleri arasındaki ilişki yalnızca tek iyonlu sistemler için geçerlidir. Çoklu iyon sistemlerinde, hücre zarının, çoklu iyonların toplam akımlarının sıfıra eşit olacağı alanlar vardır. Bu, zar potansiyelinin yönü tersine çevirmesi anlamında bir ters potansiyel olsa da, bir denge potansiyeli değildir, çünkü iyonların tümü (ve bazı durumlarda hiçbiri) dengede değildir ve dolayısıyla zar boyunca net akılara sahip değildir. Bir hücre birden fazla iyona karşı önemli geçirgenliğe sahip olduğunda, hücre potansiyeli Nernst denklemi yerine Goldman-Hodgkin-Katz denkleminden hesaplanabilir .
Matematiksel modeller
İtici kuvvet terimi , denge potansiyeli ile ilgilidir ve aynı şekilde biyolojik zarlardaki akımı anlamada yararlıdır. İtici güç, gerçek zar potansiyeli ile bir iyonun denge potansiyeli arasındaki farkı ifade eder. Aşağıdaki denklem ile tanımlanır:
burada V m − E iyonu itici güçtür.
Bir deyişle, bu denklem iyonik akım söylüyor I iyonu bu iyon eşittir var iletkenlik g iyon çarpılan membran potansiyeli ve iyon dengesi potansiyeli (örneğin arasındaki fark ile temsil edilen itici güç ile V m - e iyon ). İtici kuvvetin boyutu ne olursa olsun , zar söz konusu iyon için geçirgen değilse ( g iyon = 0 ) iyonik akımın sıfır olacağına dikkat edin .
İlgili bir denklem (yukarıdaki daha genel denklemden türetilmiştir ), belirli bir zar potansiyelinde, nöromüsküler kavşakta bir uç plaka akımının (EPC) büyüklüğünü belirler :
burada EPC uç plaka akımıdır, g ACh asetilkolin tarafından aktive edilen iyonik iletkenliktir , V m membran potansiyelidir ve E rev ters potansiyeldir. Membran potansiyeli ters potansiyele eşit olduğunda, V m − E iyonu 0'a eşittir ve ilgili iyonlar üzerinde herhangi bir itici güç yoktur.
Araştırmada kullanın
V m ters potansiyeldeyken ( V m − E iyonu 0'a eşittir), bir EPC sırasında akan iyonların kimliği, EPC'nin ters potansiyelini çeşitli iyonlar için denge potansiyeliyle karşılaştırarak çıkarılabilir. Örneğin bir kaç uyarıcı için iyonotropik ligand kapılı nörotransmiter reseptörleri de dahil olmak üzere , glutamat reseptörleri ( AMPA , NMDA ve kainat ), nikotinik asetilkolin (Nach) ve serotonin (5-HT 3 ) reseptörlerini Na geçen seçici olmayan katyon kanalları + , K + , yaklaşık olarak eşit oranlar, sıfıra yakın bir denge potansiyeli verir. GABA A ve glisin reseptörleri gibi Cl - taşıyan inhibitör iyonotropik ligand kapılı nörotransmitter reseptörleri, nöronlardaki dinlenme potansiyeline (yaklaşık -70 mV) yakın denge potansiyellerine sahiptir.
Bu akıl yürütme çizgisi, asetilkolinle aktive olan iyon kanallarının Na + ve K + iyonlarına yaklaşık olarak eşit derecede geçirgen olduğunu gösteren deneylerin (1960'ta Akira Takeuchi ve Noriko Takeuchi tarafından) geliştirilmesine yol açtı . Deney, Na + denge potansiyelini düşüren (daha negatif yapan) ve ters potansiyelde negatif bir kayma üreten dış Na + konsantrasyonunun düşürülmesiyle gerçekleştirilmiştir . Tersine, harici K + konsantrasyonunun arttırılması, K + denge potansiyelini yükseltir (daha pozitif yapar) ve ters potansiyelde pozitif bir kayma üretir.