생명 흥분전도 막전위 등 질문
고등학생때 생명을 배웠고 지금 다른 공부를 하다가 막전위와 관련해 궁금증이 생겨 질문드립니다!
1. 휴지 상태에서 세포막 바깥쪽은 양전하, 안쪽은 음전하를 띠게되는 것은 알겠는데 왜 굳이 atp를 사용하면서 (에너지를 사용하면서까지) 펌프를 작동하여 바깥을 양전하, 안쪽은 음전하로 만들게 하는 건가요?
2. 자극을 받으면 나트륨 이온이 세포막 안으로 들어가게되는데 그 이유는 무엇인가요? 예를 들어 손바닥으로 팔을 치면서 가해진 힘이 세포한테 전기적인 형태로 전해지는 건가요? 물리적인 자극이 어떻게 나트륨 이온을 움직이게? 하는지 궁금합니다.
3. 전위차에 대한 질문입니다. 전류가 흐른다는 것은 전위차, 전자가 많은 쪽에서 적은쪽으로 전자가 이동하는 거잖아요 그렇게해서 에너지를 발생시키는? 걸로 알고있습니다. 그럼 세포막 내에서 전위차를 만드는 것도 (예를 들어 양성자 동력 혹은 여기서는 나트륨 이온이 바깥에 많아 바깥이 양전자를 띠는 것) 에너지를 만들기 위해 그렇게 하는 것이 아닐까 추측이 되는데요, 쓰다보니 1번 질문과 비슷한데 왜 굳이 바깥을 +안쪽을 -로 유지하는 것인가요? 또 전기회로와 달리 세포는 세포막이 있는데 이온이 세포막에 붙어있는 단백질을 통과하면서 전기를 일으키는 건가요?
3개의 답변이 있어요!안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.
1. 분극상태를 유지하지 않으면 외부 자극에 대한 전달이 안되기때문에 항상 분극상태를 유지해야 하기 때문입니다.
2. 자극을 받게되면 주변 세포막에 있는 나트륨통로가 열리게되어 바깥의 나트륨 이온들이 세포 내부로 들어옵니다.
이때, 분극이 풀리게 되면서 이는 또하나의 자극으로 작용합니다.
이 자극은 다시 옆쪽의 나트륨 통로를 자극하여 열리게합니다. 또한, 한번 지나왔던 경로에서는 이미 열려서 자극을 전달했으므로,
재분극 후 채널이 다시 열리기까지 시간이 걸리므로 신호전달이 한쪽 방향으로만 이루어집니다.
3. 세포막 안에는 많은 단백질이 들어있는데 대부분 - 전하를 가지고 있습니다.
즉, 채널 효과뿐 아니라 이미 다른 물질들에 의해서 -전하를 띠고 있으므로, 에너지 효율면에서
안쪽이 -를 띠고 있는것이 유리합니다.
그리고, 인지질 이중층으로 이루어진 구조는 세포막 안쪽과 바깥쪽을 나누는 벽(인슐레이터)의 역할을 하기 때문에
세포막 안쪽이 아닌 벽면 양쪽바깥쪽을 타고 전기신호기 자나간다고 볼 수 있습니다.
감사합니다.안녕하세요. 이영훈 과학전문가입니다.
1. 먼저 이 펌프가 작동하는 효과를 이해해야 합니다. 나트륨 펌프는 우리 몸에서 특정 신호를 전달하는 역할을 합니다.
특정 물질이 이동하려면 전위차가 있어야 합니다.
만약 전위차가 없다면??
물질이 이동하지 못할 것입니다.
우리 신체는 화학 물질을 이동시켜 뇌에서 어떤 반응을 전달하고, 몸을 움직이게 합니다.
이러한 신경 전달 물질을 움직이는 비용이 atp입니다.
만약 에너지가 든다고 이런 전위차를 만들어놓지 않으면 필요한 순간에 신경 전달 물질을 이동시킬 수가 없고, 이것은 생존에 불리할 수 있습니다.
결론: +에서 -이동하려면 평소에 + - 차이를 유지해 놔야 한다.
2. 자극을 받으면 나트륨 통로가 열립니다. 1번에서처럼 펌프로 세포밖은 나트륨이 많고 안에는 없습니다.
이러면 농도차로 인해 나트륨이 이동하게 됩니다.
말씀하신 자극은 나트륨을 물리적으로 이동시킨다기보다는 통로를 여는 역할을 합니다.
나트륨 이동은 세포막 내외의 나트륨 농도차 때문입니다.
3. 1과2와 이어집니다.
바깥과 안의 농도차를 크게 해야 내외로 이동이 일어납니다. 전류가 흐르는 것과 마찬가지 입니다.
왜 굳이 안이 (-) 고 밖이 (+) 인지는 잘 모르겠으나 나트륨 때문에 밖이 (+)인 것은 맞습니다.
나트륨 이온이 이동하는 것 자체가 전하가 전달되는 것이고, 자극이 전달되는 겁니다.
1. Membrane potential 이라고 합니다. 이것은 평상시 바깥쪽을 양전하 안쪽을 음전하로 만들어놔야 다음 신경자극에 역전위가 나타나면서 신경전달하여 아세틸콜린을 분비 할 수 있기 때문입니다. 준비상태라고 봐야죠
2. 이전 뉴런으로부터온 아세틸콜린에 의해 membrane potential이 나타나게 되면 포텐셜에 의해 ion pore가 열리게 되어 이온이 세포 내부로 들어오면서 신경 자극이 전달되게 됩니다.
3. Pore 를 통과한 양전하 이온 Na+ 가 들어오면서 내부 + charge가 높아지게 되어 전위가 역전이 일어나게 됩니다. 바깥을 양전하로 유지하는건 아마도 세포 내부에 Na+가 많을 수 없는 이유 때문일거 같은데 Na ion은 외부 섭취에 의해 공급이 많이 되는편이라 세포 내부보단 외부에서 유지되는 편이 더 세포에게 유리해서가 아닐까 생각됩니다. 그렇게 동물들이 진화해 온 것 같구요.
