活動電位

シナプス間隙は50nmほどの狭い隙間で、神経インパルスが神経軸索終末に到達すると、およそ300個の膜に結合したアセチルコリンの小胞が一斉にシナプス間隙に放出される。

アセチルコリン受容体は、リガンド依存性チャネルであり電位は必要としない。

アセチルコリンが受容体の細胞外ドメインに結合すると、膜貫通ヘリックスがアロステリック変化により15度回転し小孔の壁は大きな疎水性アミノ酸残基ではなく小さな極性アミノ酸残基が占めるようになり、N+を細胞内にK+を細胞外に通すことのできる開いた状態となる。

この間、1ミリ秒以内に正の値になる。

膜電位が-40mVに近づくと、N+チャネルの電位依存性パドルが引っ張りN+チャネルが開く。

これによりN+が急速に細胞内に流入し膜電位は急速にナトリウムの平衡電位へと上昇し脱分極する。

また1ミリ秒後には多くのK+チャネルが同じ様に開き始め、K+が細胞外に流出する。

同時に、不活性化を担う球が開いたN+チャネルを塞ぎN+電流を減少させる。

これによりアセチルコリン受容体も不活性化し、膜電位は急速にK+イオンの平衡電位と下降し過分極する。

開いたK+チャネルも球ドメインによる不活性化受けカリウム電流も遮断され静止膜電位に戻る。

膜電位が最初の値に近づくと、活性化ドメインは外れ、チャネルも元々の閉じた状態に戻る。

膜の脱分極は近傍領域の膜に存在するチャネルを開くため、これらの過程は神経に沿って伝播する。

典型的な神経細胞は、細胞膜1μm2あたり100個のN+チャネルを含んでいる。

膜電位が+20mvのとき、個々のチャンネルは1秒間に10の7乗個のイオンを通す。

このイオンの流入速度に相当するN+濃度の上昇はわずか1%程度となる。

この感受性の高さにより、活動電位は長い距離にわたって速い繰り返し速度で効果的にシグナルを伝えることができる。