Diffusion에 의한 이온이동

Report
(1등) 2009103862 이민주
2009105162 은슬기
2006200421 이동규
2009103863 이상정
Medical Instrumentation
Report 4
Index
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Nerve Cell – Neuron
Sensory Nerve
Resting State
RMP
Electric Field 내에서 이온의 이동
Diffusion에 의한 이온의 이동
Nernst Equation
Active State
Nerve Cell – Neuron
Synapse
• Nerve cell은 Pulse 형태의 action potential(신호)을 전송
한다.
• Axon은 없는 것도, 짧은 것도, 길이가 1m인 것도 있다.
• 1개의 Neuron이 평균 1000개의 Synapse를 구성한다.
Nerve Cell – Neuron
Synapse
많은 Presynapse Potential의 합
이 문턱치를 초과하면 새로운
action potential 발생 !!!!
Sensory Nerve
전압 발생
외부자극
전압신호 전달
외부에서 자극이 주어지면 sensory nerve cell
에서 전압을 발생하고, 이 전압신호는 Nerve
neuron들의 Dendrite를 통해 타고 들어가 axon
을 통해 뇌까지 전달된다.
Sensory Nerve
EXAMPLE) Cochlear (달팽이
관)
안쪽으로 갈수록 고주파에
민감`(고주파를 감지)
<목소리 주파수 스펙트럼>
f
달팽이관 입구
청신경
바깥쪽으로 갈수록
저주파 에 민감(저주
파를 감지)
달팽이관 안쪽
입구 쪽에서 action potential이 많이 생긴다!!
Resting State
<extracellular
fluid>
K+
<Intracellular fluid>
Cl-
Na+
Sodium-Potacium
Pump
Cl-
Na+
K+
K+ diffusio
Cln
ClK+
ClK+
K+
Na+
생명의 유지한다는 것 => Membrane 안팎의 농도 차이를 유지한다는 것!!
How??
세포는 세포막전위를 유지하기 위해서 SodiumPotacium Pump를 가동시켜 K+를 세포 안에 많
게 그리고 Na+를 세포 밖으로 보낸다. 이때 에
너지가 필요한데 이를 가리켜 능동수송이라 한다.
RMP (Resting Membrane Potential)
• Resting Membrane Potential?
- 신경, 근육 등의 세포막
내외에서 흥분 상태가 아
닌 상태의 전위차.
- 유리미소전극에서 세포
내 전위를 측정 시 신경이
나 근육세포의 형질 막 사
이에 -80~-90mV의 세포
내 음(-)의 막전위가 존재
하는데, 이를 정지전위라
한다.
RMP (Resting Membrane Potential)
• Explain in picture
+
-
Diffusion
Coulomb
Force
RMP (Resting Membrane Potential)
• Explain in graph
Vm
0
t
휴지기에서 막전위 값을 나타낸다.
신경섬유에 역치 이
상의 자극이 가해지
지 않아 전기신호가
전달되지 않은 상태
에서 막전위는 음전
위로 유지.
RMP (Resting Membrane Potential)
Electric
field
+
+
+
+
+
+
F
-
+
+
Drift
Velocity
+
Electric Field 내에서
이온의 이동
• Coulomb Force에 의한 이온이
V동
(전압)
E
+
-
x
Electric Field 내에서
이온의 이동
A
Cs : 농도 (개/ m3 )
Qe : 단위시간당A단면을지나가는
단위면적당이온의개수
AV : 아보가드로상수
[S] : Mole/Lit er
Diffusion에 의한 이온이동
확산에 의해 이동하는 이온의 개수
[s]

d [ s]
Q d   AV DS
dx

AV : 아보가드로 수
DS : 확산계수
x
[S] : K이온의 농
도
확산에 의한 물질이동은
항상 고농도에서 저농도
의 방향으로 이루어진다.
이 두 상수는 이온의 종류,
용액의 종류에 따라 정해진다.
(–)부호는 농도가 가장 빨리
줄어드는 방향을 의미한다.
Nernst Equation
•
앞의 두 식의 결과로 Resting Membrane Potential(RMP)을
유도해보자. 이온의 전체 이동량은Q  Qe  Qd . 즉, Coulomb
Force로 인한 이동과 Diffusion에 의한 이동의 합이라 할 수 있다.
식을 풀어 쓰면 다음과 같다.
Q  Qe  Qd
dV
d [ s]
   s zq
AV [ s ]  AV DS
dx
dx
zF
dV
d [s]

AV DS
[ s ]  AV DS
RT
dx
dx
(  F  AV q , R  BAV )
F
: 페러데이 상
B수
R : 이상기체 상
수
Nernst Equation
•
Resting Membrane state에서 이온의 출입은 equilibrium 이다.
즉,Q  Qe  Qd  0 이어야 한다.
dV
d [ s]
AV [ s ]  AV DS
0
dx
dx
d [s]
zF
dV
 AV DS

AV DS
[s]
dx
RT
dx
1 d [ s]
zF dV


[ s ] dx
RT dx
d 1 d [s]
zF d dV


in
0 [ s ] dx
RT 0 dx
d 1
zF d

d [s]  
dV

0 [s]
0
RT
zF
V (d )  V (0)   zF Vout  Vin 
 ln[s ]out  ln[s ]in  
RT
RT
RT [ s ]out
 Vin 
ln
zF
[ s ]in
Q    s zq
Membrane
+
+
+
+
+
+
Diffusion
Coulomb
out
Active State
• Action potential이 발생했을 때
Permeability
Vm : membrane potential
세포막 내의 전압
rm
Na이온 펌프
0
gNa
K이온 펌프
VT : 자극에 의해 상승
VRMP
gK
Depolarization
Repolarization
Hyperpolarization
Action Potential
• Explain in graph(전달 과정)
처음 막 전위는
-70mV~-60mV 정도로 유지
Depolarization :
action potential 생겨 세포 밖
에 있던 Na+가 Sodium
channel을 통해 안으로 들어오
는 것.
Sodium channel 닫힌다.
Sodium-Potacium Pump :
미토콘드리아에서 ATP->ADP+
에너지를 만드는 과정. 그때의 에너
지를 사용해 Na+는 밖으로 다시 나
가고 K+는 다시 안으로 들어온다.
resting state
Active State
• Explain
in
(전달 과정)
picture
자극
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
⇒
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + - - - -- + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
- -++++- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -++++- - - - - - - - - - - - - - - - - - + + - - - -- + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
Action potential이 들어오면 axon에서는 다음과 같은
과정을 통해 Action potential을 전달한다.
Active State
자극이 생겼을 때 뒤에 오는 action potential이
다시 앞으로 전해지지 않는 이유는??
불응기
앞의 자극이
불응기이기
때문이다.
THANK YOU!!

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