[생물 임용 노트]막전위 - 1) 막전위의 생성 : 휴지 막전위, 막전위에 미치는 효과

휴지 막전위

세포막은 이온을 선택적으로 투과시키므로 세포막 안팎의 이온이 불균등하게 분포한다. 따라서 막 바깥쪽은 양전하, 안쪽은 음전하를 띠고 있다. 이때 막 밖에 대한 안쪽의 전위차를 막전위라고 한다.

휴지 막전위는 일반적으로 -60mv ~ -90mv 정도를 유지하고 있다.

막전위에 미치는 효과

K⁺의 효과(평형 전위)

K⁺가 농도 기울기에 따라 세포 외로 이동하는 동안 세포 내로 향하는 전기적 기울기는 점점 커진다. → K⁺의 극소량 이동으로도 전기적 기울기는 달라진다. 농도 기울기와 전기적 기울기가 같아질 때 K⁺의 순이동은 거의 일어나지 않고, 이 상태의 전위를 K⁺ 평형 전위라고 한다. 이때의 평형 전위 E_k = -90mv 정도이다.

Na⁺의 효과(평형 전위)

K⁺와 마찬가지로 Na⁺의 이동은 세포 밖에서 안으로 향하며 농도기울기가 전기적 기울기와 같을 때 Na⁺의 순이동은 없다. 이때의 평형 전위 E_Na = +60mv 정도이다.

Na⁺-K⁺ ATPase(Na⁺-K⁺ pump) 효과

ATP를 이용하여 2개의 K⁺는 안쪽으로 들여보내고 3개의 Na⁺는 내보낸다. 이러한 두 양이온의 불균등 수송에 의해 막전위가 형성된다. (약 20% 정도)

막전위에 미치는 Na⁺, K⁺의 효과

• Na⁺ 채널의 밀도가 K⁺ 채널의 밀도보다 낮다. 따라서  Na⁺에 비해 K⁺의 투과도가 50~75배 정도 크다. 즉 막전위에 미치는 효과는 K⁺가 훨씬 크다.
• 일반적인 세포의 휴지막 전위는 -70mv이며, 이는 E_k = -90mv임을 고려할 때 Na⁺의 효과도 어느 정도 작용하여 전위를 상쇄시킨다는 것을 의미한다.
• 그러나 -70mv의 막전위는 Na⁺나 K⁺의 이동을 어느 것도 상쇄시키지 못한다. 따라서 K⁺는 계속 유출되고 Na⁺는 계속 유입된다.
• 그럼에도 불구하고 K⁺의 농도가 계속 세포 외에서 증가하고, Na⁺의 농도가 세포 내에서 증가하지 않는 것은 Na⁺-K⁺ pump가 작동하여 수동적으로 유출된 만큼 정확히 K⁺를 유입시키고, 유입된 만큼 Na⁺를 유출시키기 때문이다. 
• (추가) Cl^-는 Na⁺, K⁺에 의해 형성된 막전위 -70mv 부근이 평형 전위이기에 실제적 순이동은 없다.