활동전위 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전 활동전위 위키백과, 우리 모두의 백과사전. 둘러보기로 가기 검색하러 가기 활동 전위 ( action potential, [UNK] 動 [UNK] [UNK] ) 는 근육 · 신경 등 흥분성 세포의 흥분에 의한 세포막의 일시적인 전위변화를 가리키며 동작전위 ( 動 作 [UNK] [UNK] ) 라고도 한다. 세포막에 존재하는 나트륨 · 칼륨 등의 여러 이온 펌프의 활동에 의해 세포 안팎의 이온 조성은 차이가 있는데, 이러한 이온 조성차로 세포막 안쪽이 60∼90 mV의 음전위 ( 정지전위 ) 를 나타낸다. 신경 · 근육 등의 흥분성 세포가 흥분하면 세포막 안팎의 극성 ( [UNK] 性 ) 이 바뀌어 세포내가 30∼40 mV의 양전위로 전위된다. 이 전위변화는 몇 밀리초 ( ms ) 정도의 빠른 시간 안에 회복되므로 스파이크 전위 ( spike potential ) 라고도 하며, 회복기에 보이는 느린 변화인 후전위 ( after potential ) 와 구별된다. 이 전위변화에 따라 국소전류가 발생하여 1∼100m / s의 속도로 흥분이 전달된다. 이 전위변화를 율리우스 베른슈타인 ( Julius Bernstein ) 이 탈분극현상으로 설명하였
세포의 전형적인 막전위차는 - 65 mV로, 1 V의 약 15분의 1에 해당한다. 세포막은 매우 얇기 때문에 막전위차는 세포막 안팎에 강한 전기력을 준다. 대부분의 세포에서 전압은 일정한 편이지만 전기적으로 활동적인 세포는 전압이 변화한다. 전압은 특정한 경우에 매우 빠르게 오르락내리락하고, 그 형태는 정형화된 양식을 따른다. 이 변화 주기를 활동전위라 한다. 활동전위가 지속되는 시간은 넓은 범위에 걸쳐 변화하여 결과적으로 아날로그 신호에 속한다. 동물의 뇌세포에서 변화는 ms 단위로 일어난다. [ 출처 필요 ] 기타 세포에서 변화 주기는 수 초에 걸쳐 일어날 수 있다. 동물세포의 전기적 특성은 막 구조에 의해 결정된다. 세포막은 단백질 분자가 박혀있는 지질층으로 이루어져 있다. 지질층은 전하를 띤 이온에 저항이 커서 부도체 기능을 한다. 반면에 막 단백질은 채널을 형성하여 이온이 막을 통과할 수 있게 한다. 몇몇 분자는 특정한 이온을 막 안팎으로 능동수송할 수 있다. 뉴런에서의 과정 [ 편집 ] 동물의 신체 조직을 이루는 세포는 세포막 안팎으로 막 전위를 유지한다. 전기적 극성을 유지하는 것은 막에 박혀있는 이온 펌프와 이온 채널이다. 뉴런의
폐 나트륨 통로, 전압 개폐 칼륨 통로 및 다른 이온 채널에 의해 일어난다. 활동전위가 축삭을 따라 내려가면서 세포막 안팎의 극성이 변화한다. 다른 뉴런에서 온 신호에 반응하여 막이 역치 전위에 도달하면 Na 및 K 개폐 이온 채널이 여닫힌다. 활동전위가 시작될 때 Na 채널이 열리고 Na가 축삭 안으로 들어와 탈분극을 일으킨다. 재분극은 K 채널이 열리고 K가 축삭 밖으로 나갈 때 일어난다. 채널의 개폐로 세포 안팎 극성이 변화한다. 신경 자극은 한 방향으로만 이동하여 축삭 말단에서 다른 뉴런으로 신호를 전달한다. 목차 1 개관 1. 1 뉴런에서의 과정 2 생물물리학적 기초 3 신경전달 3. 1 뉴런 해부학 3. 2 개시 3. 3 동역학 3. 4 실무율 원리 3. 5 감각 뉴런 3. 6 박동조율기 전위 4 활동전위의 각 시기 4. 1 자극과 상승기 4. 2 최고점 및 하강기 4. 3 후기 과분극 4. 4 불응기 5 전도 5. 1 수초 및 도약 전도 5. 2 케이블 이론 6 종말 6. 1 화학적 시냅스 6. 2 전기적 시냅스 6. 3 신경근육 이음 7 기타 세포 유형 7. 1 심장 활동전위 7. 2 근육 활동전위 7. 3 식물
은 나트륨과 칼륨 양이온이다. 나트륨 이온은 세포 안으로, 칼륨 이온은 세포 밖으로 이동하여 평형을 유지한다. 상대적으로 적은 이온 이동만으로도 막 전위를 극적으로 변화시킬 수 있다. 따라서 활동전위 동안 이온 교환으로 변하는 막 안팎의 이온 농도는 무시할 수 있다. 막을 건너는 이온 중 소수는 다른 이온 수송체와 함께 정상 이온 농도비를 유지하는 나트륨 - 칼륨 펌프에 의하여 다시 되돌아간다. 칼슘 양이온과 염소 음이온은 심장 활동전위와 단세포 조류 Acetabularia의 활동전위 등 소수의 활동전위 유형과 연관이 있다. 활동전위는 막의 흥분성 부분에서 국소적으로 만들어지지만, 휴지 상태의 이온 흐름도 인접한 막의 연장선에서 활동전위를 유발하고 도미노처럼 퍼지게 할 수 있다. 수동적으로 퍼지는 전기긴장성 전위와 반대로, 활동전위는 흥분이 막을 따라 뻗어가면서 계속 새로 만들어지고, 감소하지 않는다. [ 6 ] 축삭에서 수초가 있는 부분은 흥분성이 아니고 활동전위를 만들지 않아 신호가 전기긴장성 전위처럼 수동적으로 전파된다. 일정한 간격으로 수초가 없는 부분, 즉 랑비에결절은 활동전위를 만들고 신호를 빠르게 도약 전도한다. 도약 전도는 축
식물과 동물의 공통 단세포 조상에서 일어났던 전기적 흥분의 삼투적 기능을 나타낸다. 현재의 빠른 신호 전달은 비교적 최근에 후생동물 세포가 좀 더 안정적인 삼투 환경에서 얻은 것으로 간주한다. [ 48 ] 미모사 ( mimosa pudica ) 같은 특정 관다발식물에서 활동전위가 하는 신호 기능은 후생동물의 흥분성 세포와는 독립적으로 진화하였을 것이다. 분류와 진화적 이점 [ 편집 ] 식물, 곤충 같은 무척추동물, 파충류와 포유류 등 척추동물을 포함하여 다세포생물에 널리 활동전위가 존재한다. [ an ] 해면동물은 다세포 진핵생물 중 활동전위를 전달하지 않는 주요 문에 속한다. 다만 전기적 형태의 신호를 갖추고 있다는 연구도 있다. [ ao ] 활동전위의 크기 및 지속 시간과 마찬가지로 휴지전위는 진화를 거치면서 크게 변화하지 않았다. 전도 속도는 반면에 축삭 지름과 미엘린 수초 형성을 통하여 크게 증가하였다. 대표적인 동물의 활동전위 ( AP ) 비교 [ 49 ] 동물 세포 유형 휴지전위 ( mV ) AP 증가 정도 ( mV ) AP 지속 시간 ( ms ) 전도 속도 ( m / s ) 오징어 ( Loligo ) 거대 축삭 ( g
( AP ) 비교 [ 49 ] 동물 세포 유형 휴지전위 ( mV ) AP 증가 정도 ( mV ) AP 지속 시간 ( ms ) 전도 속도 ( m / s ) 오징어 ( Loligo ) 거대 축삭 ( giant axon ) - 60 120 0. 75 35 지렁이 ( Lumbricus ) 중간 거대 섬유 ( median giant fiber ) - 70 100 1. 0 30 바퀴벌레 ( Periplaneta ) 거대 섬유 ( giant fiber ) - 70 80 - 104 0. 4 10 개구리 ( Rana ) 좌골 신경 축삭 - 60에서 - 80 110 - 130 1. 0 7 - 30 고양이 ( Felis ) 척수 운동뉴런 - 55에서 - 80 80 - 110 1 - 1. 5 30 - 120 활동전위가 진화를 통해 보존된 것으로 미루어 보아 활동전위에는 진화 상의 이점이 있을 것이다. 활동전위는 빠르고, 생물체 내에서 먼 거리에 걸쳐 신호를 전달하는 기능을 한다. 전도 속도는 음속의 삼 분의 일인 110 m / s를 초과하는 경우도 있다. 혈류를 흐르는 호르몬 분자는 큰 동맥에서 대략 8 m / s의 속도로 움직이며, 심장 수축 등 기계적 요소와 밀접한 관련이 있다. 활동전위의 두 번째 이점은 활동전위가 생성되는 방법이다.
( 대개 - 70 mV ) 에 도달한다. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 휴지 전위보다 15 mV 높은 역치 전위를 지나 더 상승하면 나트륨 흐름이 더 우세하다. 그 결과 양성 피드백으로 나트륨 흐름은 나트륨 채널을 더 많이 활성화한다. 따라서 세포는 발화하여 활동 전위를 만든다. [ 1 ] [ 4 ] [ 5 ] [ note 1 ] 세포의 활동전위가 발생하는 빈도를 발화율이라 한다. 전압 개폐 채널을 열어서 생기는 이온의 흐름은 대개 활동전위를 만드는 초기 흐름보다 크다. 따라서 활동전위의 크기와 지속 시간, 형태는 자극의 크기나 지속 시간이 아니라 흥분하는 막의 특성에 대부분 의존한다. 이러한 실무율 특성은 수용기 전위, 전기긴장성 전위, 시냅스 전위 등 자극의 세기에 따라 증감하는 다단계 전위와 구별된다. 활동전위는 전위 개폐 채널과 유출 채널 ( leak channel ) 의 종류, 채널 분포, 이온 농도, 막 전기 용량, 온도 및 기타 요소에 따라 다양하다. 활동전위에 관여하는 주요 이온은 나트륨과 칼륨 양이온이다. 나트륨 이온은 세포 안으로, 칼륨 이온은 세포 밖으로 이동하여 평형을 유지한다. 상대적으로 적은 이온 이동만으로도 막 전위를 극적으로 변화시킬 수 있다.
하는 신경계 막을 단순화한 것일 수 있지만, 그 복잡성에서 더욱 단순화된, 두 개의 상미분 방정식으로 기술되는 모델인 [ 55 ] [ bp ] 모리스 - 레카 모델 ( Morris - Lecar model ) [ bq ] 과 피츠휴 - 나구모 모델 ( FitzHugh - Nagumo model ) [ br ] 이 탄생하였다. 호지킨 - 헉슬리 모델과 피츠휴 - 나구모 모델 및 그와 관련된 본회퍼 - 반데르 폴 모델 [ bs ] 등의 특성은 수학, [ 56 ] [ bt ] 계산, [ 57 ] 그리고 전자공학 분야에서 널리 연구 대상이 되었다. [ bu ] 현대의 연구는 크고 통합적인 계에 집중한다. 활동전위에 대한 모델을 신경계의 다른 부분, 즉 가지돌기와 시냅스에 대한 모델과 결합하여 신경 계산과 [ 58 ] 도망 반사 및 중추 패턴 발생기가 통제하는 기타 단순 반사를 연구한다. [ 59 ] [ bv ] 각주 및 참고 문헌 [ 편집 ] 내용주 [ 편집 ] ↑ 이렇게 활동전위 개시를 단순하게 설명하는 것은 정확하지만, 일반적으로 큰 전류로 뉴런을 자극하여 뉴런이 활동 전위를 생성하는 것을 방해하는 능력인 흥분 저해 같은 현상이나 간단히 막을
런에서의 과정 [ 편집 ] 동물의 신체 조직을 이루는 세포는 세포막 안팎으로 막 전위를 유지한다. 전기적 극성을 유지하는 것은 막에 박혀있는 이온 펌프와 이온 채널이다. 뉴런의 부분별로 막에 있는 이온 채널이 달라 가지돌기, 축삭, 세포체가 각각 전기적 특성이 다르다. 뉴런 어떤 부분의 막은 흥분성 ( 활동전위를 생성할 수 있음 ) 이고 어떤 부분은 그렇지 않다. 축삭 언덕 ( 시작 마디, 축삭과 세포체가 만나는 부분 ) 뒤부터 흥분성 부위라는 연구 결과가 있으나, [ 출처 필요 ] 대부분의 사례에서는 세포체와 축삭 또한 흥분성이다. 흥분성 막 부분에서 중요한 막 전위는 세포에 아무런 동요가 없을 때 막 전위인 휴지 전위와 그보다 높은 값인 역치 전위이다. 전형적인 뉴런 축삭 언덕에서 휴지 전위는 - 70 mV, 역치 전위는 - 55 mV 내외이다. 뉴런에 시냅스 자극이 오면 막은 탈분극 ( 막 전위가 상승 ) 이나 과분극 ( 감소 ) 한다. 활동전위는 막이 충분히 탈분극하여 역치까지 도달하면 일어난다. 역치를 넘어 탈분극이 일어나면 막 전위는 급격히 상승 ( 100 mV까지 도달하기도 한다 ) 하고, 다시 급격히
전류가 발생하여 1∼100m / s의 속도로 흥분이 전달된다. 이 전위변화를 율리우스 베른슈타인 ( Julius Bernstein ) 이 탈분극현상으로 설명하였다. 활동전위는 식물세포, 즉 끈끈이주걱 · 활수초 등에서도 보인다. 활동전위는 신경세포와 일부 신경내분비세포, 근세포에서 전기적 신호를 전달하는 방법으로 사용된다. 신경, 근육 등의 흥분성 세포가 신호를 받거나 스스로 흥분하면 분극상태의 세포막 투과성을 빠르게 변화시켜 막전위가 짧은 시간 동안 역전되면서 30 ~ 40 mV로 막전위가 탈분극된다. 이러한 전위변화는 수 밀리초 ( ms ) 정도의 빠른 시간 안에 일어나고 회복된다. 활동전위는 휴지 상태로 돌아가기 전에 비활성 부위였던 인접부위에 전류를 보내고 새로운 활동전위를 생성하여 활동전위가 세포막 전체에 확산될 때까지 소실되지 않고 계속 전파된다. 활동 전위는 크게 전압 개폐 나트륨 통로, 전압 개폐 칼륨 통로 및 다른 이온 채널에 의해 일어난다. 활동전위가 축삭을 따라 내려가면서 세포막 안팎의 극성이 변화한다. 다른 뉴런에서 온 신호에 반응하여 막이 역치 전위
활동전위(活動電位, action potential; AP)는 근육·신경 등 흥분성 세포의 흥분에 따른 막 전위의 일시적 변화이다. 동작전위(動作電位)라고도 한다. 세포 안팎의 이온 조성은 세포막에 존재하는 나트륨·칼륨 등의 여러 이온 펌프의 활동에 의해 차이가 있는데, 이러한 이온 조성차로 세포막 안쪽이 60∼90 mV의 음전위(정지전위)를 나타낸다. 신경·근육 등의 흥분성 세포가 흥분하면 세포막 안팎의 극성이 바뀌어 세포내가 30∼40 mV의 양전위로 전위된다. 이러한 전위의 변화는 몇 밀리초(ms) 정도의 빠른 시간 안에 회복되므로 스파이크 전위(spike potential)라고도 하며, 회복기에 보이는 느린 변화인 후전위(after potential)와 구별된다. 이러한 전위의 변화에 따라 국소전류가 발생하여 1∼100m/s의 속도로 흥분이 전달된다. 이러한 전위의 변화를 율리우스 베른슈타인(Julius Bernstein)이 탈분극현상으로 설명하였다. 활동전위는 식물세포, 즉 끈끈이주걱·활수초 등에서도 보인다. 활동전위는 신경세포와 일부 신경내분비세포, 근세포에서 전기적 신호를 전달하는 방법으로 사용된다. 신경, 근육 등의 흥분성 세포가 신호를 받거나 스스로 흥분하면 분극상태의 세포막 투과성을 빠르게 변화시켜 막전위가 짧은 시간 동안 역전되면서 30~40 mV로 막전위가 탈분극된다. 이러한 전위변화는 수 밀리초(ms) 정도의 빠른 시간 안에 일어나고 회복된다. 활동전위는 휴지 상태로 돌아가기 전에 비활성 부위였던 인접부위에 전류를 보내고 새로운 활동전위를 생성하여 활동전위가 세포막 전체에 확산될 때까지 소실되지 않고 계속 전파된다. 활동전위는 크게 전압 개폐 나트륨 통로, 전압 개폐 칼륨 통로 및 다른 이온 채널에 의해 일어난다.