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| 전형적인 활동전위 그래프[1] |
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1. 개요
活 動 電 位, action potential활동전위는 휴지 상태인 뉴런의 한 지점에 역치 이상의 자극이 오면 막전위가 빠르게 (+) 방향으로 이동하는 변화[2]이다. 신경세포나 근육세포와 같이 전기적 신호를 이용하여 흥분을 전달하는 세포들에서 흔하게 관찰되는 중요한 기전이다.
2. 특징
정상적인 활동전위[3]는 각 세포의 종류마다 동일하다. 이는 휴지기 [math(\rightarrow)] 탈분극 [math(\rightarrow)] 재분극의 과정에서 나타나는 막전위 그래프가 '전형적'(stereotypical)이라는 것을 의미한다. 이런 한 세포에서 발생한 활동전위는 바로 옆의 세포를 다시 탈분극시켜 전달되며, 이때 활동전위의 크기는 줄어들지 않고 유지된 채로 전달된다.활동전위는 역치(문턱값) 이상으로 탈분극되면 불응기가 아닌 경우 반드시 발생하며, 그렇지 않을 경우에는 발생하지 않는다. 또한 역치 이상 자극이 가해져 한 번 발생한 활동전위는 '단일 세포 기준으로' 자극의 강도를 높여도 커지지 않은 채 일정하다. 즉, 활동전위는 정상적인 경우 '발생하거나, 하지 않거나' 오직 두 경우뿐이며, 이런 법칙을 실무율( 悉 無 律, all-or-none law)이라고 한다.
3. 발생 과정
안정막전위 상태에서의 막전위는 -70mV 정도로, 칼륨 통로(potassium channel)가 열려 있고 나트륨 통로(sodium channel)은 거의 닫혀 있어 칼륨 이온이 자기 농도 경사를 따라 세포 안에서 밖으로 촉진확산되는 동안 나트륨 이온은 거의 이동하지 못한다. 이런 휴지기 상태에서 옆 부위의 활동전위가 전달되어 오면 내향전류가 발생한다. 이 전류는 나트륨 통로를 열리게 해 나트륨 이온이 세포 밖에서 안으로 확산하게 만들고, 따라서 세포 막전위가 안정막전위에서 급격히 (+) 쪽으로 이동한다.[4] 활동전위는 나트륨 통로가 닫히고 칼륨 통로가 더 많이 열리는 재분극 단계에 들어서면 다시 안정막전위로 돌아가며 사라진다.4. 억제
리도카인(lidocaine)과 같은 일부 국소마취제, 또는 복어의 독으로 유명한 테트로도톡신은 활동전위를 발생시키는 데에 가장 중요한 나트륨 통로의 개방을 억제한다. 나트륨 통로가 내향전류로 인해 열리지 않으면 세포 막전위가 (+) 쪽으로 이동할 수 없게 되고, 따라서 신경이나 근육이 흥분을 전달할 수 없게 된다. 이게 마취의 효과로 나타나기도 하지만, 테트로도톡신의 경우처럼 호흡을 위한 근육 움직임조차 멈추게 만들어 질식사시킬 수 있는 것이다.
[1]
RMP - resting membrane potential, 휴지기에서의 막전위인 안정막전위.
[2]
탈분극까지만을 정의하는 말 이외에도 (역치 상의 자극을 받은) 탈분극 상태부터
재분극 상태(
과분극 상태 제외)까지를 정의하기도 한다. 이를 막전위가 '커진다'라고 하는 것은 부적절할 수 있는데, 막전위가 -70mV의 안정막전위일 때가 +30mV의 탈분극 상태일 때보다 전위의 크기는 큰 것이기 때문이다. 플러스, 마이너스 부호는 전위의 방향을 나타내는 것뿐이다.
[3]
상대불응기(relative refractory period)에 발생하는 활동전위와 같이 비정상적인 활동전위는 다른 양상을 띌 수 있다.
[4]
나트륨 이온이 양이온이고, 그게 세포 안으로 다량 유입되니 막전위가 (+) 쪽으로 이동한다.