학문
냉철한라마35
뉴런에서 자극이 전달될 때 활동 전위가 발생하고 이동하는 원리가 궁금해요
신경세포인 뉴런의 축삭돌기를 따라 전기적 신호인 활동전위가 전달되는 과정이 궁금합니다. 휴지 전위 상태에서 자극을 받아 나트륨 이온 통로가 열리고 막전위가 역전되는 탈분극 및 재분극 메커니즘과 칼륨 펌프의 역할이 알고 싶어요.
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 설재훈 전문가입니다. 뉴런은 평소 세포 안쪽이 바깥쪽보다 약 −70mV인 휴지 전위 상태입니다. 자극이 임계값에 도달하면 전압개폐성 Na⁺ 통로가 열리고, 세포 밖에 많던 Na⁺가 안으로 빠르게 들어오면서 막전위가 양전하 방향으로 올라갑니다. 이것이 탈분극이며, 이 변화가 옆 구간의 Na⁺ 통로를 다시 열면서 활동전위가 축삭을 따라 전달됩니다.
잠시 후 Na⁺ 통로가 비활성화되고 K⁺ 통로가 열립니다. 그러면 세포 안의 K⁺가 밖으로 빠져나가면서 막전위가 다시 음전하로 내려오는데 이것이 재분극입니다. K⁺가 조금 더 빠져나가면 휴지 전위보다 더 낮아지는 과분극이 나타난 뒤 원래 상태로 돌아갑니다.
여기서 Na⁺/K⁺ 펌프는 활동전위를 직접 만들어내는 장치라기보다 이온 농도 차이를 다시 유지하는 역할을 합니다. ATP를 사용해 Na⁺ 3개를 세포 밖으로, K⁺ 2개를 세포 안으로 이동시켜 다음 활동전위가 발생할 수 있는 환경을 유지합니다. 즉 Na⁺ 유입 → 탈분극 → K⁺ 유출 → 재분극이 빠른 전기 신호를 만들고, Na⁺/K⁺ 펌프가 뒤에서 이온 환경을 복구한다고 보면 됩니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
휴지 상태의 뉴런은 세포 안쪽이 바깥보다 약 -70mV 낮아요. 세포 밖에는 나트륨 이온(Na⁺)이, 안에는 칼륨 이온(K⁺)이 많아요. 늘 열려 있는 칼륨 통로로 K⁺가 조금씩 새어 나가면서 안쪽이 음전하를 띠어요.
자극으로 막전위가 약 -55mV(역치)까지 오르면 전압 의존성 나트륨 통로가 한꺼번에 열려요. Na⁺가 쏟아져 들어와 막전위가 +30mV 정도까지 뒤집히는 과정이 탈분극이에요. 1ms쯤 뒤 나트륨 통로가 닫히고, 한발 늦게 열린 칼륨 통로로 K⁺가 빠져나가 막전위가 다시 음으로 돌아와요(재분극). 잠깐 더 내려가는 과분극을 거쳐 휴지 상태로 돌아가요.
칼륨 펌프는 정확히는 나트륨-칼륨 펌프예요. ATP 하나를 써서 Na⁺ 3개를 밖으로, K⁺ 2개를 안으로 옮겨요. 재분극을 직접 일으키는 건 칼륨 통로이고, 펌프는 신호가 반복돼도 농도 차이가 무너지지 않게 유지해요.
흥분한 부위로 들어온 Na⁺가 옆으로 퍼져 이웃 부위를 역치까지 올리면 신호가 축삭을 따라 이어져요. 막 지나온 부위는 불응기라 나트륨 통로가 잠시 열리지 않아서 신호가 한 방향으로만 가요 :)
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
뉴런은 평소 나트륨-칼륨 펌프가 세 에너지를 사용하여 안쪽에 칼륨 이온을 바깥쪽에 나트륨 이온을 더 많이 배치해 음전하의 휴지 전위 상태를 유지합니다 역치 이상의 자극이 오면 나트륨 통로가 열려 외부의 나트륨 이온이 내부로 쏟아져 들어오면서 막전위가 양 전하로 역전되는 탈분극이 일어납니다 이어 나트륨 통로가 닫히고 칼륨 통로가 열려 칼륨 이온이 외부로 나가면서 막전위가 다시 음전하로 떨어지는 재분극을 거쳐 활동 전위가 형성됩니다 이렇게 발생한 국소적인 전류 변화는 축삭돌기의 인접 부위 통로들을 순차적으로 열어 신호를 끝까지 전달하며 이후 나트륨-칼륨 펌프가 초기 이온 농도 배치를 복구하여 다음 자극을 준비합니다
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
활동 전위는 뉴런 이온통로가 열리며, 안팎으로 전하가 뒤바뀌는 현상을 말합니다. 일단 평소에는 안쪽이 -인 휴지전위를 띠다가, 자극을 받게되면 나트륨 통로가 열리면서 나트륨이 쏟아져서 들어오게 됩니다. 거기다가 이 과정에서 내부는 순간적으로 + 전하로 바뀌게 되죠. 그때 전기 신호가 생성이 됩니다.
또, 신호가 지나간 직후에는 칼륨이 나가고, 펌프가 작동을 하면서 원상복구가 됩니다. 이유는 칼륨이 빠져나가면서 다시 안쪽을 - 상태로 돌려놓기 때문이죠. 그리고 나트륨 - 칼륨펌프가 이온의 위치를 원래대로 퍼내서 정돈하면, 이 신호 변화가 도미노처럼 축살돌기를 타고 옆으로 퍼져나가버리게 됩니다.