Reversal potential

الموسوعة الحرة

In a biological membrane, the reversal potential is the membrane potential at which the direction of ionic current reverses. At the reversal potential, there is no net flow of ions from one side of the membrane to the other. For channels that are permeable to only a single type of ion, the reversal potential is identical to the equilibrium potential of the ion.[1][2][3]

Equilibrium potential

The equilibrium potential for an ion is the membrane potential at which there is no net movement of the ion.[1][2][3] The flow of any inorganic ion, such as Na+ or K+, through an ion channel (since membranes are normally impermeable to ions) is driven by the electrochemical gradient for that ion.[1][2][3][4] This gradient consists of two parts, the difference in the concentration of that ion across the membrane, and the voltage gradient.[4] When these two influences balance each other, the electrochemical gradient for the ion is zero and there is no net flow of the ion through the channel; this also translates to no current across the membrane so long as only one ionic species is involved.[1][2][3][4][5] The voltage gradient at which this equilibrium is reached is the equilibrium potential for the ion and it can be calculated from the Nernst equation.[1][2][3][4]

Mathematical models and the driving force

يمكننا أن نأخذ مثالاً على ذلك أيونًا موجب الشحنة، مثل أيون البوتاسيوم (K + )، وغشاءً سالب الشحنة، كما هو شائع في معظم الكائنات الحية. [ 4 ] [ 5 ] يُعارض جهد الغشاء تدفق أيونات البوتاسيوم خارج الخلية، ولا تستطيع الأيونات مغادرة الخلية إلا إذا كانت تمتلك طاقة حرارية كافية للتغلب على حاجز الطاقة الناتج عن جهد الغشاء السالب. [ 5 ] مع ذلك، يمكن التغلب على هذا التأثير المُثبِّط بواسطة تدرج تركيز معاكس إذا كان التركيز الداخلي مرتفعًا بدرجة كافية، مما يُسهِّل خروج أيونات البوتاسيوم من الخلية. [ 5 ]

يُعد مفهوم القوة الدافعة من المفاهيم المهمة المرتبطة بجهد التوازن . وتُعرَّف القوة الدافعة ببساطة بأنها الفرق بين جهد الغشاء الفعلي وجهد توازن الأيون.Vم-هـأنا {\displaystyle V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\ }أينهـأنا {\displaystyle E_{\mathrm {i} }\ }يشير إلى جهد التوازن لأيون معين. [ 5 ] وبالمثل، فإن تيار الغشاء لكل وحدة مساحة ناتج عن نوعأنا{\displaystyle i}يتم تحديد قناة الأيونات بالمعادلة التالية:

أناأنا=زأنا(Vم-هـأنا){\displaystyle i_{\mathrm {i} }=g_{\mathrm {i} }\left(V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\right)}

أينVم-هـأنا {\displaystyle V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\ }هي القوة الدافعة وزأنا{\displaystyle g_{\mathrm {i} }}هي الموصلية النوعية ، أو الموصلية لكل وحدة مساحة. [ 5 ] لاحظ أن التيار الأيوني سيكون صفرًا إذا كان الغشاء غير منفذ للأيون المعني أو إذا كان جهد الغشاء مساويًا تمامًا لجهد التوازن لهذا الأيون. [ 5 ]

الاستخدام في البحث

عندما يكون جهد الانعكاس (V <sub>m</sub> ) عند جهد الانعكاس لحدثٍ ما، مثل جهد المشبك العصبي ( V <sub>m</sub> - E <sub>rev </sub> يساوي صفرًا)، يمكن استنتاج هوية الأيونات التي تتدفق خلال جهد ما بعد المشبك (EPC) بمقارنة جهد الانعكاس لجهد ما بعد المشبك بجهد التوازن لأيونات مختلفة. على سبيل المثال، تُعدّ العديد من مستقبلات النواقل العصبية الأيونية المثيرة، التي تُفعَّل بالربيطة، بما في ذلك مستقبلات الغلوتامات ( AMPA ، و NMDA ، والكاينات )، ومستقبلات أستيل كولين النيكوتينية (nACh)، ومستقبلات السيروتونين (5-HT<sub> 3 </sub> )، قنوات كاتيونية غير انتقائية تسمح بمرور أيونات الصوديوم (Na <sup>+ </sup>) والبوتاسيوم ( K <sup>+ </sup>) بنسب متساوية تقريبًا، مما يجعل جهد الانعكاس قريبًا من الصفر. تتمتع مستقبلات الناقلات العصبية المثبطة الأيونية التي تحمل أيونات الكلوريد ، مثل مستقبلات GABA A ومستقبلات الجلايسين ، بجهود انعكاس قريبة من جهد الراحة (حوالي -70 ملي فولت) في الخلايا العصبية. [ 2 ]

أدى هذا المنطق إلى تطوير تجارب (أجراها أكيرا تاكيوتشي ونوريكو تاكيوتشي عام 1960) أثبتت أن قنوات الأيونات المنشطة بالأستيل كولين تتمتع بنفاذية متساوية تقريبًا لأيونات الصوديوم (Na +) والبوتاسيوم (K +) . أُجريت التجربة عن طريق خفض تركيز الصوديوم الخارجي ، مما يُخفض (يجعله أكثر سلبية) جهد توازن الصوديوم ويُحدث انزياحًا سلبيًا في جهد الانعكاس. وعلى العكس، فإن زيادة تركيز البوتاسيوم الخارجي ترفع (تجعله أكثر إيجابية) جهد توازن البوتاسيوم وتُحدث انزياحًا إيجابيًا في جهد الانعكاس. [ 2 ] وقد تم اشتقاق صيغة عامة لجهد انعكاس الأحداث المشبكية، بما في ذلك حالات انخفاض الموصلية. [ 6 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 سكوير، لاري؛ بيرغ، داروين (2014). علم الأعصاب الأساسي (  الطبعة الرابعة). دار النشر الأكاديمية. الصفحات 93-97 . ISBN  978-0-12-385870-2.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 بورفيس، ديل ؛ وآخرون . (2017). علم الأعصاب ( الطبعة السادسة). سيناور أسوشيتس. الصفحات 39-106 . ISBN    9781605353807.
  3. 1 2 3 4 5 مارك، بير؛ كونورز، باري (2016). علم الأعصاب: استكشاف الدماغ (الطبعة الرابعة المحسّنة ). جونز وبارليت ليرنينج. ص 64-127. ISBN   9781284211283.
  4. 1 2 3 4 5 ألبرتس، بروس (2015). البيولوجيا الجزيئية للخلية ( الطبعة السادسة). نيويورك، نيويورك. ص 615 – 616. ISBN   978-0-8153-4432-2. OCLC 887605755 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  5. 1 2 3 4 5 6 7 أبوت، لورانس ف. (2001). علم الأعصاب النظري: النمذجة الحاسوبية والرياضية للأنظمة العصبية . بيتر دايان. كامبريدج: مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ص 158-160 . ISBN  978-0-262-31142-7. OCLC 1225555646 . 
  6. ↑ براون، جيه إي، مولر، كيه جيه، موراي، جي (14 أكتوبر 1971). "جهد الانعكاس لحدث كهروفيزيولوجي ناتج عن تغيرات في الموصلية: تحليل رياضي". مجلة ساينس . 174 (4006): 318. Bibcode : 1971Sci...174..318B . doi : 10.1126/science.174.4006.318 . PMID 5119107. S2CID 34404730 .