휴지 전위와 활동 전위

핵심 정리

세포는 자극을 받지 않은 상태에서도 막 안팎에 전위차를 유지한다. 이 값을 휴지 전위라 하며, 세포 안쪽이 바깥보다 음(−)으로 낮다. 뉴런의 전형적인 휴지 전위는 −70 mV 내외다. 세포 종류마다 휴지 전위의 값은 다르다.

휴지 전위는 이온 농도 차와 막의 투과성 차이에서 생긴다. 세포 안에는 K⁺이 많다. 두 이온의 농도 분포는 서로 반대 방향이다. 휴지 상태의 막은 K⁺을 잘 통과시키고 Na⁺은 잘 통과시키지 않는다. 그래서 K⁺은 농도 기울기를 따라 세포 밖으로 확산하려 하고, 세포 안이 음전하를 띠면서 그 확산을 막는 전기력이 생긴다. 두 힘이 맞선 상태가 휴지 상태다.

자극이 역치 이상이면 막 전위가 급격히 올라가는 탈분극이 일어난다. 이때 Na⁺ 막 투과도가 증가한다. 탈분극 때 Na⁺이 세포 안으로 유입된다. 막 전위는 정점에 이르러 약 +30 mV가 된다. 나트륨 이온 통로를 차단하면 활동 전위가 생성되지 않는다.

정점 뒤에는 재분극이 일어난다. 재분극 과정에서 K⁺은 K⁺ 통로를 통해 세포 밖으로 확산된다. 이 확산으로 막 전위는 다시 음의 방향으로 내려가 휴지 전위로 돌아온다. 한 번의 활동 전위가 끝나도 이온 농도 차는 그대로 남아 있어야 다음 자극에 다시 반응할 수 있다.

이온 농도 차는 Na⁺-K⁺ 펌프가 유지한다. 활동 전위 때 막을 넘어 이동한 Na⁺과 K⁺은 펌프가 원래 자리로 되돌린다. 그래서 신경은 반복된 흥분에도 같은 휴지 상태를 회복한다.

자세히

활동 전위는 한 지점에서 시간에 따라 막 전위가 변하는 과정이다. 아래 표는 단계별 막 전위와 주된 이온 이동, 열리는 통로를 정리한 것이다.

역치 전위는 뉴런 축삭 언덕에서 −55 mV 내외다. 막 전위가 휴지 전위에서 이 값까지 올라가야 활동 전위가 시작된다. 역치 이하의 자극에서는 활동 전위가 생기지 않는다. 역치에 이른 뒤에는 활동 전위의 모양이 일정하게 고정되어, 자극이 더 강해도 같은 모양의 활동 전위가 생긴다. 활동 전위의 형태가 자극 세기와 무관하게 정해진다는 점이 자극의 세기가 역치 위인지 아래인지만 판단하면 되는 이유다.