활동 전위와 신경 자극 전도
자극을 받지 않은 신경 세포는 세포막 안쪽이 바깥쪽보다 (−) 상태예요. 역치 이상의 자극을 받으면 Na⁺ 통로와 K⁺ 통로가 차례로 열리고 닫히면서 막전위가 짧은 순간 크게 바뀌어요. 이것이 활동 전위예요. 이온이 어떻게 움직이는지, 활동 전위가 축삭 돌기를 따라 어떻게 전도되는지 확인하고, 지점별 막전위 문제도 풀어 보세요.
2022 개정 교육과정생명과학 항상성과 몸의 조절 · 신경 세포의 구조와 기능, 전도 과정의 막전위 변화, [12생과02-01]중학교 과학 자극과 반응 · 뉴런과 신경계의 구조와 기능과 연계고급 생명과학 생물의 조절과 방어 · 막전위 변화와 이온의 이동, 절대적·상대적 불응기, [12고생02-03]교육과정 밖 불응기 (고급 생명과학 내용)
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이하은T 과학 실험실
자극 세기
축삭 돌기
자극할 곳
문제 유형
빠르기
문제
막전위 변화
점선은 역치 전위(−55 mV) · 가로축은 자극을 준 뒤 시간이에요
막전위앞의 자극
이온의 막 투과도 (상댓값)
이온 통로가 많이 열릴수록 그 이온이 세포막을 많이 통과해요
Na⁺K⁺
막전위 변화의 단계
지점별 막전위 변화
측정 장치 d1~d5에서 잰 막전위 · 가로축은 자극을 준 뒤 시간이에요
지금 이 순간 축삭 돌기의 막전위
가로축은 축삭 돌기의 위치예요 · 활동 전위가 생긴 곳이 위로 솟아요
막전위불응기 (교육과정 밖)
실험 기록 · 활동 전위가 도착한 시간
자극을 받은 지점의 막전위 변화
문제의 모든 지점에서 활동 전위가 도착한 뒤 이 그래프처럼 막전위가 바뀌어요 · 휴지 전위는 −70 mV
구조
신경 세포
- 가지 돌기: 다른 신경 세포나 감각 기관에서 신호를 받아요
- 신경 세포체: 핵이 있고 생명 활동이 일어나요
- 축삭 돌기: 신호를 다른 세포로 전도해요. 말이집으로 싸여 있는 것도 있어요
분극
휴지 전위
- 자극을 받지 않을 때 막전위는 약 −70 mV예요
- Na⁺-K⁺ 펌프가 ATP를 써서 Na⁺은 밖으로, K⁺은 안으로 보내요 → Na⁺은 세포 밖에, K⁺은 세포 안에 많아요
- K⁺ 통로가 일부 열려 있어 K⁺이 조금씩 밖으로 확산해요
활동 전위
탈분극 → 재분극 → 과분극
- 탈분극: Na⁺ 통로가 열려 Na⁺이 세포 안으로 확산
- 재분극: Na⁺ 통로가 닫히고 K⁺ 통로가 열려 K⁺이 밖으로 확산
- 과분극: K⁺이 계속 나가 휴지 전위보다 낮아졌다가 다시 돌아와요
- 역치 이상이면 자극이 세져도 활동 전위의 크기는 같아요
전도
신경 자극 전도
- 세포 안으로 들어온 Na⁺이 옆으로 퍼져 옆 부분을 탈분극시키고, 그곳에서 새 활동 전위가 생겨요
- 이렇게 활동 전위가 축삭 돌기를 따라 잇달아 생기며 이동해요
- 축삭 돌기 가운데를 자극하면 양쪽으로 전도돼요
속도
전도 속도를 빠르게 하는 것
- 말이집은 절연체 역할을 해서 랑비에 결절에서만 활동 전위가 생겨요 → 도약 전도
- 말이집 신경이 민말이집 신경보다, 굵은 축삭 돌기가 가는 축삭 돌기보다 전도 속도가 빨라요
생각해 보기
- ① 탭에서 휴지 전위일 때 Na⁺과 K⁺은 세포 안과 밖 중 어디에 더 많나요? Na⁺-K⁺ 펌프는 이 차이를 어떻게 유지하나요?
- 탈분극, 재분극, 과분극 때 각각 어떤 이온 통로가 열리고, 이온은 어느 쪽으로 이동하나요? 막 투과도 그래프와 함께 정리해 보세요.
- 약한 자극과 역치 이상의 자극, 더 강한 자극을 차례로 줘 보세요. 활동 전위가 생기는지, 생긴다면 크기는 어떤지 비교해 보세요.
- ② 탭에서 d3을 자극하면 활동 전위는 어느 쪽으로 전도되나요? 측정 장치 d1~d5에 도착하는 순서를 기록해 보세요.
- 민말이집 신경(가늘게), 민말이집 신경(굵게), 말이집 신경에서 d1을 자극하고 d5에 도착하는 시간을 비교해 보세요. 말이집 신경이 빠른 까닭은 무엇일까요?
- d3와 d4 사이에 Na⁺ 통로를 막는 독소를 처리하고 d1을 자극하면 d4와 d5에서 활동 전위가 생기나요? 그 까닭을 막전위 변화로 설명해 보세요.
- ③ 탭에서 전도 속도가 2 cm/ms이고 자극한 지점에서 4 cm 떨어진 곳이 있다면, 자극하고 5 ms 뒤 그곳의 막전위는 얼마일까요?