逆転の可能性

生体膜において、逆転電位はイオン電流の方向が逆転する膜電位である。逆転電位では、膜の片側から反対側へのイオンの純流量はない。単一種類のイオンのみを透過するチャネルの場合、逆転電位はイオンの平衡電位と同じである。 ^{[1] [2] [3]}

イオンの平衡電位は、イオンの正味の動きがない膜電位である。 ^{[1] [2] [3]} Na ⁺やK ⁺などの無機イオンがイオンチャネルを通過する流れは（膜は通常イオンを透過しないため）、そのイオンの電気化学的勾配によって駆動される。^{[1] [2] [3] [4]}この勾配は、膜を挟んだイオンの濃度差と電圧勾配の 2 つの部分で構成される。^[4]これら 2 つの影響が互いにバランスすると、イオンの電気化学的勾配はゼロになり、チャネルを通るイオンの正味の流れはなくなる。これは、関与するイオン種が 1 つだけである限り、膜を横切る電流がないことに等しい。^{[1] [2] [3] [4] [5]}この平衡に達する電圧勾配がイオンの平衡電位であり、ネルンストの式から計算できる。^{[1] [2] [3] [4]}

例として、ほとんどの生物に共通する、K ^{+などの正に帯電したイオンと負に帯電した膜を考えてみましょう。 [4] [5]}膜電圧は細胞外へのカリウムイオンの流れに反対し、イオンは負の膜電圧によって生じるエネルギー障壁を克服するのに十分な熱エネルギーを持っている場合にのみ、細胞の内部から出ることができます。^[5]ただし、細胞内の濃度が十分に高く、カリウムイオンが細胞から出ていくのに有利な場合は、このバイアス効果は反対の濃度勾配によって克服できます。^[5]

平衡電位に関連する重要な概念は駆動力です。駆動力は、実際の膜電位とイオンの平衡電位の差として簡単に定義されます。ここで、は特定のイオンの平衡電位を指します。^[5]関連して、イオンチャネルのタイプによる単位面積あたりの膜電流は、次の式で与えられます。 ${\displaystyle V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\ }$${\displaystyle E_{\mathrm {i} }\ }$${\displaystyle i}$

${\displaystyle i_{\mathrm {i} }=g_{\mathrm {i} }\left(V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\right)}$

ここで は駆動力、 は比伝導率、つまり単位面積あたりの伝導率です。 ^[5]膜が対象のイオンに対して不透過性である場合、または膜電圧がそのイオンの平衡電位と正確に等しい場合、イオン電流はゼロになることに注意してください。^[5]${\displaystyle V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\ }$${\displaystyle g_{\mathrm {i} }}$

_{V m が}シナプス電位などのイベントの逆転電位にあるとき（ V _m − E _revは 0 に等しい）、EPC 中に流れるイオンの正体は、EPC の逆転電位をさまざまなイオンの平衡電位と比較することによって推測できます。たとえば、グルタミン酸受容体（AMPA、NMDA、カイニン酸）、ニコチン性アセチルコリン（nACh）、セロトニン（5-HT ₃ ）受容体などのいくつかの興奮性イオンチャネル型神経伝達物質受容体は、Na + と K + をほぼ等しい割合で通過させる非選択性陽イオンチャネル^であり^、逆転電位はほぼゼロになります 。Cl ^{− を}運ぶ抑制性イオンチャネル型神経伝達物質受容体（GABA _A受容体やグリシン受容体など）は、ニューロンの静止電位（約 –70 mV）に近い逆転電位を持っています。^[2]

この考え方から、アセチルコリン活性化イオンチャネルは Na ^{+ イオン}と K ⁺イオンに対してほぼ同等の透過性があることを実証する実験 (1960 年に竹内明と竹内典子が行った) が開発されました。この実験は、外部 Na ⁺濃度を下げることで実施され、Na ⁺平衡電位が下がり (より負になり)、逆転電位が負にシフトします。逆に、外部 K ⁺濃度が増加すると、K ⁺平衡電位が上がり (より正になり)、逆転電位が正にシフトします。^[2] シナプス イベントの逆転電位 (コンダクタンスの減少を含む) の一般的な表現が導出されています。^[6]

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