[생물 임용 노트]막전위 - 1) 막전위의 생성 : 막전위의 생성, 네른스트 방정식, GHK 방정식

막전위의 생성

몇 가지 주요 이온의 ICF(세포 내액; Intercellular fluid),  ECF(세포 외액; Externalcellular fluid) 사이의 비대칭적 분포와 이들의 선택적 투과성이 막전위를 결정한다.

→ 전위의 크기는 전하의 분리정도에 비례한다.

 

모든 살아 있는 세포는 양전하가 밖에 많고 안쪽에는 음전하가 약간 많은 상태의 막전위를 갖는다.

전위 생성의 주요 이온과 분포

	ECF(mM)	ICF(mM)	상대적 투과도
Na+	150	15	1
K+	5	150	50~75
A-(단백질 등..)	0	65	0

 

즉 ICF에는 K⁺가 많이 존재하며, ECF에는 Na⁺가 많이 존재한다.

이들 Na⁺와 K⁺가 주요 삼투 물질이다.

 

네른스트 방정식

세포막을 경계로 생성된 이온 농도 기울기에 의해 확산되고자 하는 힘과 동일한 힘을 형성 할 수 있는 전기적 기울기 존재 시 이온은 평형 상태를 유지하는 것이 가능하다.

→ 이와 같은 평형 상태의 막전위를 평형전위(Equivalent potential)라고 한다.

 

네른스트 방정식은 세포 밖의 전압(0v로 가정)을 기준으로 세포막 안쪽의 전압을 나타낸 것이다.

E_ion = (2.303RT / zF) × log([ion]_out / [ion]_in) **

** z : 이온의 전하가, R : 기체 상수, T : 절대 온도, F : 패러데이 상수

→ 일반적인 체온에서는 2.303RT / F = 60~61mv 정도의 값을 갖는다.

 

GHK(골드먼-호치킨-카츠 방정식)

세포막을 통과 할 수 있는 모든 이온들의 기여도로 휴지막 전위를 측정하는 데 사용하는 방정식이다.

V_m = (2.303RT / F) × log( P_K[K⁺]_out + P_Na[Na⁺]_out + P_Cl[Cl^-]_in / P_K[K⁺]_in + P_Na[Na⁺] _in +  P_Cl[Cl^-] _out) **

**Cl^-는 charge가 (-)이므로 반대이다.