03-AP Prob Çöz

Konu 3: AKSİYON POTANSİYELİ
Dinlenim zar potansiyeli ve Aksiyon Potansiyeli
Hücre zarları iyonik kompozisyonları farklı hücre içi ve hücre dışı sıvılarını birbirinden
ayırmakta ve hücre içi sıvısının sabit kalmasını sağlamaktadırlar. Hücre zarlarının iki tarafı
arasında, yani hücre içi ve hücre dışı arasında bir elektriksel potansiyel farkı bulunmaktadır.
Dinlenim durumunda bulunan hücrelerde ölçülen bu potansiyel farkına dinlenim zar potansiyeli
adı verilmektedir. Dinlenim potansiyeli hücreden hücreye değişmekte olup (hücre içi, dışına
göre negatif olmak üzere) –60 mV ile –95 mV arasındadır. Sinir, kas gibi uyarılabilir ve uyartıyı
iletebilir dokular elektriksel, kimyasal, mekanik veya ısısal yollardan birisi ile uyarılarak hücre
içi potansiyelin negatifliği azaltılırsa, kritik veya eşik zar potansiyeli denen belirli bir değerden
itibaren zarda kendiliğinden gelişen ve uyarılma noktasından itibaren iki tarafa doğru sabit bir
hızla yayılan, 100-130 mV genlikli ve 1-300 ms süreli bir potansiyel oluşur. Buna aksiyon
potansiyeli denir. Aksiyon potansiyellerinin büyüklük, süre ve biçimleri hücreden-hücreye,
dokudan-dokuya ve farklı türlerin aynı dokularında değişebilmektedir (Şekil 3.1). Aksiyon
potansiyellerinin yayılma hızı hücrenin cinsine, kalınlığına ve ortamın sıcaklığına bağlı olarak
değişmekte olup, yaklaşık 1-100 m/s arasındadır.
Aksiyon Potansiyelleri ile ilgili Kavramlar
Hep veya Hiç Yasası: Uyarılabilir ve uyartıyı iletebilir hücreler herhangi bir uyaranla,
örneğin elektriksel dikdörtgen pulsla uyarılırken, sıfırdan itibaren uyaranın belirli bir değerine
kadar hiç yanıt vermemekte, uyaranın belirli bir değerinden daha büyük olanlarına ise aynı
büyüklük, biçim ve süreli aksiyon potansiyelleri (AP) şeklinde yanıt vermektedirler. Yani
uyaranın büyüklüğüne göre hücrede AP’leri ya vardır ya da yoktur. Uyarılabilir ve uyartıyı
iletebilir hücrelerin uyarana bu şekilde yanıt vermesi olayına hep veya hiç yasası denir (Şekil
3.2).
Şekil 3.1 Farklı biçim ve süreli aksiyon potansiyeli.
Eşik Uyaran: Zar potansiyelini, kritik (eşik) zar potansiyeline kadar depolarize eden
uyarana eşik uyaran denir (Şekil 3.2).
Şiddet-Süre İlişkisi: Zar potansiyelini dinlenim değerinden eşik değerine yükseltmek
için, zarın iki tarafı arasında
33
Qeşşi  Veşşi .Cm  I eşşi  t
(3.1)
kadar elektrik yükü değiştirmek gerekir. Burada Veşik=dinlenim zar potansiyeli ve eşik zar
potansiyeli arasındaki farktır. Denklem 3.1’e göre zarı depolarize eden uyarıcı pulsun
büyüklüğü ile süresinin çarpımı belirli bir değerde olmalıdır. Bu değer büyük şiddetli-küçük
süreli veya küçük şiddetli-büyük süreli bir uyaranla sağlanabilir (Şekil 3.3). Uyarıcı pulsun
şiddeti ile süresi arasındaki ilişkiye şiddet-süre ilişkisi, çizilen eğriye şiddet-süre eğrisi denir.
Uyaran pulsun şiddeti ile süresi arasında yaklaşık şöyle bir ilişki vardır:
I esik 
a
b
Δt
(3.2)
Bu denklemde a elektrik yükü, t süre ve b akım şiddeti boyutundaki parametrelerdir. Uyarıcı
eşik pulsun I şiddeti, rm zar direnci,  zar zaman sabiti ve t pulsun uygulanma süresi arasındaki
tam ilişki ise
I eşik 
( Veşik / rm )
Vesik

rm (1  e t /  )
1  e t / 
(3.3)
Şeklindedir (Şekil 3.3).
Reobaz: Uyarılabilir hücre çok küçük genlikli ve çok büyük süreli, teorik olarak t
süreli, pulslarla uyarılabilir. Fakat süre ne kadar uzarsa uzasın, hücre belirli büyüklükteki bir
uyarandan daha küçük bir uyaranla uyarılamaz. Denklem 3.2’ye göre
t   için
a
 0
Δt
ve
Ieşik= b = Ireo
olur. Denklem 3.3’ten
t   için Ieşik = Ireo=
ΔVeşik
rm
elde edilir. Hücreyi uyarmak için
gereken minimum akım şiddetine
reobaz akım denir. t nin çok küçük
değerlerinde ise
a
>> b 
t
Ieşik=
a
a=Ieşik·t
Δt
olur. Denklem 3.3’te t<< için
I
I reo .τ
t
elde edilir.
Şekil 3.2 Eşikaltı, eşiküstü zar potansiyelleri ve eşik uyaran.
Kronaksi:
Uyarılabilir
hücreleri uyarmakta kullanılan pulsları karşılaştırmak için standartlar belirlenmiştir. Bunlardan
biri kronaksidir. Uyartı oluşturabilen reobaz akımın iki katı şiddetinde bir akımın uygulanma
34
süresine kronaksi denir. Kronaksi (tkr) zarın zaman sabitine () bağlıdır ve aralarındaki ilişki
Denk.3.3’te I=2Ireo koyarak
tkr = x ln2 = 0,693 x 
(3.4)
şeklinde elde edilir.
Eşikaltı Potansiyeller
Uyarılabilir hücre eşik uyarandan daha küçük uyaranlarla uyarıldığı zaman, zar
potansiyeli Dinlenim değerinden uzaklaşır, pulsun kesilmesiyle yeniden dinlenim değerine
döner. Uyaran puls sonucu zarın içinden dışına doğru akım geçerse, bu bölgede zar
Şekil 3.3 Uyarılabilir bir hücre veya dokunun şiddet-süre ilişkisi (koyu çizgi). Kare puls şeklindeki akımın
(kesikli ince çizgiler) bir lif veya dokuya uygulanması sonucunda, uygulama yerinde oluşan
transmembran potansiyel değişimlerinin zamanın fonksiyonu olarak çizilmesi (sürekli, ince çizgiler). 1.0
daki yatay, kesikli, kalın çizgi, hem uzun süreli eşik akım şiddetini (Ireo) ve hem de eşik zar potansiyeli
(Veşik) ve dinlenim zar potansiyeli (VS) arasındaki farkı göstermektedir. Ordinat, t=0 da uygulanmaya
başlanmış, Ireo biriminin katları cinsinden ölçülmüş, uygulanma süresince sabit olup, zarı eşik değere
kadar depolarize eden uygulanan akım şiddetini (I) göstermektedir: ve ayrıca Vm transmembran
potansiyeldeki değişmeler, Veşik potansiyelin katları cinsinden ölçülmektedir. Absis, zaman, akım
pulsunun uygulanmaya başladığı andan itibaren geçen süre,  zar zaman sabitinin katları cinsinden
ölçülmektedir, yani zaman sabiti 30 ms ise, t=1 zaman sabitinin anlamı t=30 ms dir. Ireo (yukarda
tanımlandığı gibi) reobazik akım veya reobazı göstermektedir. Şiddet-süre eğrisindeki noktalar, şu
şekilde elde edildi: I=1,05 (aslında I=1,05Ireo dır) şiddetindeki bir akım, uyarma elektrodu bölgesinde en
altta sürekli ince çizgiyle gösterilen (1,05 etiketli) voltaj değişimine neden olmaktadır. Transmembran
voltaj, eşik voltajı (Veşik) t=1,96 zaman sabitinde kesmektedir. Bir aksiyon potansiyeli (şekilde
gösterilmemiştir) bu anda başlatılacak ve böylece aksiyon potansiyelin gelişmesini etkilemeden akım
kapatılacaktır. Böylece bir akım pulsu, t=0 da sıfır değerinde 1,05 şiddetine yükselmekte, 1,96 zaman
sabiti süresince devam etmekte ve sonra yine sıfıra düşmektedir, bu aslında gerçek eşik stimulusu
göstermektedir. Eğri üstündeki büyük nokta, pulsun sonlandığı ana karşılıktır. Diğer noktalar da benzer
şekilde elde edildiler. Stimulus şiddetlendikçe, zar potansiyelini eşik değere yükselten akımın uygulanma
süresi kısalır. Zar potansiyelini eşik değerine yükseltmek için, reobazik akımın iki katı şiddetinde bir
pulsun uygulanma süresine kronaksi denir. Bu örnekte kronaksi 0,21 zaman sabitine (tkr = 0,21x) eşittir.
Her bir voltaj eğrisi üzerinde gösterilen sayılar, bu voltaj değişimini yaratan akım şiddetini
göstermektedir. Akım şiddeti doğrudan ordinat (düşey eksen) ölçeğinden okunabilir.
potansiyeli daha az negatif olur, yani daha pozitif değerlere doğru gider; içeriye doğru akım
35
geçerse, bu bölge daha negatif olur (Şekil 3.2). Zar potansiyelinin dinlenim değerinden daha
pozitif değerlere doğru kaymasına depolarizasyon, dinlenim değerinden daha negatif
değerlere doğru kaymasına ise hiperpolarizasyon denir. Hiperpolarizasyon ve eşikaltı
depolarizasyonlara yerel yanıtlar denir ve bunlar AP gibi sabit hızla yayılmayıp, oluşturuldukları
noktadan itibaren üstel olarak zayıflayıp yok olurlar.
Eşikaltı Potansiyellerin Toplanması (Summation): Eşikaltı potansiyeller
toplanabilme özelliğine sahiptir, yani aynı noktada birden çok eşik altı potansiyel toplanarak
daha büyük bir depolarizasyon veya
hiperpolarizasyona neden olabildiği
gibi birbirinin etkilerini de zayıflatabilir
veya yok edebilirler.
Aynı noktanın ardışık eşikaltı
pulslarla uyarılması sırasında, bir
uyaranın oluşturduğu eşik altı zar
potansiyelinin bir önceki uyaranın
oluşturduğu eşikaltı zar potansiyeli
üzerine
eklenmesine
zamansal
toplama (temporal summation) denir.
Farklı noktaların aynı anda
eşikaltı pulslarla uyarılması sırasında
oluşan eşikaltı zar potansiyellerinin,
herhangi bir noktada (uzaklığa bağlı
olarak) birbirine eklenmesine uzaysal
toplam veya (spatial summation) Şekil 3.4 Çoğu miyelinli aksonlarda rastlanan bir aksiyon
denir.
potansiyeli biçimi ve ard potansiyeller ve uyarılabilirlikteki
farklı evreler.
Uyum
(accomodation):
Uyarılabilir bir hücre veya dokunun, şiddeti ağır-ağır artan bir uyaran karşısında uyarılma
eşiğini yükseltmesine uyum denir.
Ard Potansiyeller: Aksiyon potansiyeli, zar potansiyelinin yaklaşık olarak potasyum
denge potansiyelinden sodyum denge potansiyeline gidiş (depolarizasyon) ve yeniden
potasyum
denge
potansiyeline
dönüş (repolarizasyon) sürecidir.
Dinlenim zar potansiyeli potasyum
denge
potansiyeline
yakındır.
Aksiyon
potansiyelinin
repolarizasyon evresinin sonlarında
düşme hızının azalmasıyla oluşan
dinlenim potansiyeline göre daha
pozitif
potansiyele
negatif
(depolarize edici) ard potansiyel,
dinlenim potansiyeline göre daha
negatif olan potansiyele pozitif
(hiperpolarize edici) ard potansiyel
denir (Şekil 3.4).
Refraktör Periyotlar
Uyarılabilir
hücrelerin
çoğunda zar ilkinden çok kısa süre
sonra uygulanan ikinci bir uyarana
duyarsızdır, yanıt vermemektedir.
Bunun anlamı hücre ne kadar
şiddetli bir pulsla uyarılırsa uyarılsın,
Şekil 3.5 Bir sinir aksiyon potansiyeli ve refraktör periyotları.
36
ikinci bir aksiyon potansiyeli oluşmamaktadır. Buna mutlak refraktör peryot denir (Şekil 3.5).
Çünkü bu dönemde zardaki Na+ kanallarının çoğu inaktif durumdadır ve zar repolarize
olmadıkça bunlar yeniden açılmamaktadırlar.
Aksiyon potansiyelinin sonuna doğru, normalden daha büyük stimuluslarla hücrede
ikinci bir aksiyon potansiyeli oluşturulabilir. Buna rölatif reftaktör periyot denir. Rölatif refraktör
periyodun başlangıcında, zar potansiyeli dinlenim potansiyel düzeyine dönmeden önce, Na+
iyon kanallarından bir kısmı inaktif durumda olduğundan, bir aksiyon potansiyelini tetiklemeye
yetecek sayıdaki Na+ kanalını açmak için normal stimulustan daha şiddetli stimulus gereklidir.
Rölatif refraktör periyotta K+ iletkenliği yüksek düzeydedir, bu da depolarizasyonun artmasına
ters bir etki yapmakta ve hücrenin refraktör durumda kalmasına katkıda bulunmaktadır.
Zaman Sabiti: Hücre zarının yük depolayabilme yeteneği bir kondansatör, iyon
geçişine gösterdiği direnç ise bir elektrik direnci ile temsil edilmektedir. Hücre zarının,
üzerinden geçen sabit bir akım pulsuna verdiği yanıt, birbirine paralel olan bir kondansatör ve
direncin yanıtına benzemektedir. Hücre zarının elektriksel eşdeğer devresi Şekil 3.6 (sol)’da
ve pulsun verilmesi ve kesilmesi sırasında zar potansiyelindeki değişme Şekil 3.6 (sağ)’da
gösterilmiştir. Silindirik yapılı uyarılabilir bir hücrede, I=Im zardan geçen akım, rm (.m) birim
uzunluk başına zarın direnci ve cm (F/m) zarın sığası olmak üzere, pulsun uygulandığı andan
itibaren zar potansiyelinin zamanla değişmesi
Şekil 3.6 Zaman sabitinin ölçülmesi; (A) Bir zar parçasının eşdeğer devresi ve bir akım kaynağı ile dikdörtgen
şeklinde I akım pulsunun uygulanması. (B), Anahtar kapanıp, uzun bir süre sonra açıldığı zaman, kondansatör
üzerindeki voltajın zamanla değişimi (Vm=Vm-Vs). Zarın zaman sabitinin (=rm.cm) ölçülmesinde kullanılan bir
yöntem.
Vm ( t )  I m rm (1  e  t / τ )
(3.5)
şeklinde olur. Burada
τ  rm c m
(3.6)
ye zarın zaman sabiti denir. Zaman sabiti, farklı nöronlarda 1-20 ms arasında değişir. Zaman
sabiti, dikdörtgen biçimli akım pulsu uygulandığı zaman, zar potansiyelindeki değişmenin,
maksimum değişmenin %63’üne (1-e-1)ine ulaşması için geçen süredir.
Uzay Sabiti: Silindirik yapılı uyarılabilir bir hücrede örneğin aksonda, birim uzunluk
başına aksoplazmanın direnci r1=ri (/m) ve hücrelerarası sıvının direnci rd (/m) olsun.
Aksona bir noktasından basamak biçimli eşikaltı bir puls uygulanıp (Şekil 3.7),  ya göre çok
uzun bir süre beklendikten sonra, uyarma noktasından itibaren (x) çeşitli noktalarda ölçülen
eşikaltı zar potansiyel değişmeleri
Vm ( x)  Vo e  x / λ
(3.7)
37
şeklindedir, burada Vo, uyarma noktasındaki potansiyel değişimi, x uyarma noktasından
itibaren uzaklık ve
λ
rm
ri  rd
veya
ri  rd
için
λ
rm
ri
(3.8)
uzay sabiti denen, o aksona özgü bir sabittir. Akson ve dendritlerde uzay sabiti 0,1-3,0 mm
arasındadır. Uzay sabiti, uyarma noktasındaki (maksimal) potansiyel değişmesinin %37 (e-1)
sine düşmesi için gidilen uzaklıktır.
Şekil 3.7 Uzay sabiti. a, Zar sığası çıkarılmış bir aksonun yaklaşık eşdeğer devresi. Uzun bir süre bekledikten
sonra, kondansatörlü bir devredeki akım akışı, her hangi bir anda, bu devredeki akım akışı ile aynıdır. Oklar
Uygulanan I akımının çeşitli akış yollarını göstermektedir. Akış yolu uzadıkça, direnç artacak ve bu daldan daha az
oranda akım akacaktır. Aksoplazmanın ri direnci, banyo ortamının rd direncinden çok büyük olduğundan, rd ihmal
edildi ve şekilde gösterilmedi. b, Akımın uygulandığı noktadan itibaren uzaklığın fonksiyonu olarak zar
potansiyelinin değişimi.
Voltaja Bağlı İyon Kanalları
İyonik kanallar kesikli, iyon-seçici, moleküler delikler olarak kabul edilmektedir. İyon
kanalları, zarın lipid çift tabakasında bulunan integral proteinlerin içinden geçen ve içleri polar
ve yüklü gruplar ile döşenmiş sulu delikler olarak düşünülmektedir. İyonik seçiciliğinin
olabilmesi için bu delikler ilgili iyonların geçebileceği genişliktedirler.
Kapılı kanallar, örneğin açık, kapalı gibi birkaç farklı geçici korformasyonda bulunabilen
makro moleküllerdir. Konformasyonel değişmeler sonucu kapıların açılması veya kapanması:
Yüklü veya dipolar voltaj sensöre elektriksel kuvvetlerin etkisi, nörotransmitter moleküllerin
bağlanması sonucu ortaya çıkan kimyasal kuvvetlerin etkisi ve mekanik, ısısal, vb. gibi diğer
etmenlerin etkisiyle gerçekleşir.
Na+ kanalları: Tek bir sodyum kanalında kapının durumu hep veya hiç davranışına
uyar. Na+ kanallarında kapı süreçlerindeki durumlar ve geçişler nitel olarak
38
şeklinde gösterilebilir. Burada sağa doğru ilerlemeler depolarizasyonla gelişir ve sola doğru
ilerlemeler repolarizasyon veya hiperpolarizasyonla gelişir. “Dinlenim” ve “açık” durumlar
arasındaki çoklu oklar: Her ne kadar aktivasyon hızlı ise de, kanal açılmadan önce çok sayıda
küçük aralıklarla gelişmelerin olması gerektiğini göstermektedir. Bununla birlikte yukarda
gösterilen şema hipotetiktir.
Ca++ Kanalları: Ca++ kanallarının kapı basamakları aşağıdaki gibi özetlenebilir: Ca++
kanallarının aktivasyonu çok daha yavaş ve Na+ kanallarının aktivasyonuna göre daha fazla
depolarizasyon gerekir. Bazı hücrelerde, Ca++ kanallarının inaktivasyonu çok hızlı aniden,
hatta 2 saniyelik depolarizasyon varken bile olurken, diğer hücrelerde inaktivasyon yüzlerce
milisaniye sürebilmekte ve yaklaşık olarak geri dönüş olmaktadır.
K+ Kanalları: Aksonlarda tek tip voltaja bağlı K+ kanalı vardır ve spike’in tepesinden
sonra zarı hızlı bir şekilde repolarize ederek, aksonu hızlı bir şekilde ikinci bir aksiyon
potansiyeli iletmeye hazır hale getirmektedir. Bu çeşit K+ kanalına gecikmiş düzeltici K+ kanalı
denir ve
şeklinde gösterilebilen yavaş kapı geçişlerine sahiptir. Kapının açılıp-kapanması hep veya hiç
davranışına uyar.
İletim Hızının Belirleyen Faktörler
Uyarılabilir liflerde impuls iletim hızını belirleyen faktörler (etmenler) iki sınıfta
toplanabilir: 1. Hücrenin fiziksel özellikleri ve 2. Hücrenin geometrisi.
1- Fiziksel Etmenler
i) Hücre zarının sodyum geçirgenliği: Uyarılabilir bir hücrenin en önemli fiziksel özelliği,
sodyum geçirgenliğinin artmasına neden olan depolarizasyonun büyüklüğüdür. Daha büyük
tepe geçirgenlik, daha büyük sodyum akımı ve bunun sonucu daha büyük aksiyon
potansiyelinin yükselme hızı (Hodgkin döngüsü). Aksiyon potansiyelinin daha hızlı
yükselmesinin anlamı, sırasıyla, lif boyunca daha büyük uzaysal voltaj gradiyenti ve bunun
sonucu daha büyük yerel devre akımları, komşu bölgelerin daha hızlı uyarılması ve daha büyük
iletim hızı.
ii) Kritik depolarizasyon potansiyeli: Eşiğe ulaşmak için gerekli depolarizasyonun
büyülüğündeki azalma, iletim hızını artıracaktır, diğer şeyler eşittir, çünkü yerel akım inaktif
bölgeyi uyarmak için uzaklara akmak zorunda değildir.
iii) Hücre zarının sığası: Birim alan başına zar sığasının büyüklüğü, herhangi bir
voltajda zarın birim alanında depolanacak yük miktarını ve bunun sonucunda, eşiğe kadar
depolarize edecek akımın akma süresinin uzunluğunu belirler. Daha büyük kapasitenin anlamı
daha yavaş hız demektir.
iv) Aksoplazmanın özdirenci: Benzer şekilde, yerel akım akışının büyüklüğü, hücre
plazmasının özdirenci tarafından belirlenmektedir. Diğer şeyler eşit kalarak, çok mobil iyonların
39
daha büyük konsantrasyonu, herhangi bir voltaj için daha büyük akım akışıdır. V) Sıcaklık:
Sıcaklık, sodyum iletkenlik artış hızını çok etkilemektedir; iletim hızı sıcaklıkla artmaktadır.
2- Lif Geometrisi ve İletim Hızı
Bundan sonraki tartışmalar, iletim hızının zar sığasına ve plazma direncine ve bu
nedenlerle de lif çapına bağlı olduğunu göstermektedir. Miyelinli liflerde, iletim hızı, aynı
zamanda akson çapına göre miyelin kılıfının kalınlığına ve düğümler arası uzaklığa da bağlıdır.
Kılıfın kalınlığı ve düğümler arası uzaklık iletim hızını maksimize yapacak değerlere sahiptir.
Aksoplazmanın direnci, enine-kesit alanıyla ve dolaysı ile çapın karesiyle ters orantılıdır; bu
nedenle iletim hızı lif çapıyla hızlıca artmaktadır. Diğer taraftan, lif çapıyla doğrudan orantılı
olan birim uzunluktaki lif zarının kapasitesi, hızı düşürmek eğilimindedir. Sonuç, hız, lif çapıyla
artmaktadır. Miyelinsiz liflerde, hız çapın kareköküyle orantılıdır, hâlbuki miyelinli liflerde
doğrudan çap ile orantılıdır. Miyelinasyonun iletim hızını ne kadar yükselttiğini genelleştirmek
mümkün değildir. Bir mürekkep balığı (squid) dev aksonunun iletim hızı 20 m/s ve çapı 500 μm
dolayındadır. Karekök kuralına göre, 20 µm çapındaki bir squid aksonunun hızı 4 m/s
dolayındadır. Bu büyüklükteki bir kurbağa miyelinli sinir lifinin hızı 40 m/s, miyelinsiz lifin iletim
hızının 10 katıdır. Belki daha iyi bir karşılaştırma şu şekilde yapılabilir: 10 µm çaplı kurbağa
lifinin hızı, 500 µm çaplı bir squid aksonunun hızı ile aynıdır ve yaklaşık 2500 adet 10 µm çaplı
lifin hacmi bir dev aksonun hacmiyle aynıdır. Küçük aksonlarda hızlı iletim özelliğidir ki, ayakta
durmak için sıcak-kanlı omurgalılarda gerekli olan hızlı, incelikli kas kasılmalarının kontrolü
mümkün olur. Bir memeli kas siniri, yaklaşık 1000 adet 10-20 µm çaplı büyük lif içermektedir
ve çapı yaklaşık 1 mm’dir. Eğer benzer bir sinir, aynı iletim hızlarına sahip miyelinsiz sinir
liflerinden oluşsaydı, onun çapı yaklaşık 38 mm olacaktı.
Hodgkin-Huxley (HH) Zar Modeli
1- Hodgkin-Huxley Zar Modeli ve Sodyum İletkenliğinin Aktivasyon ve İnaktivasyonu
Aksiyon potansiyelinin oluşumunda ve refraktör periyodun anlaşılmasında, aktivasyoninaktivasyon süreci, şüphesiz en zor ve en önemli kavramdır. Hodgkin ve Huxley, gNa nın
(sodyum iletkenliğinin) zaman ve voltajla değişimini iki ayrı fakat birbiriyle etkileşen hız süreci
terimleriyle doğru bir şekilde anlatan bir hipotetik model geliştirdiler. Onlar, üç M molekülü ve
bir H molekülü zarda özel konumlara geldikleri zaman içinden Na+ nın kolayca geçebileceği bir
zar kanalının veya geçiş yolunun oluştuğunu kabul ettiler (Şekil 3.8). Sodyum iletkenliğinin,
zarın her cm2 sindeki bu kanalların sayısıyla orantılı olduğu kabul edilir. Kanal oluşumu için bir
M veya H molekülünün uygun bir konumda olma olasılığı transmembran voltajına bağlıdır.
Olasılıktaki değişme, M ve H moleküllerinin yüklü veya dipolar oldukları, bu nedenle de
moleküllerin konumlarının ve oryantasyonlarının zar voltajı tarafından etkilendikleri kabul
edilerek açıklanabilir.
Dinlenim potansiyelinde, M maddelerinin kinetik özellikleri nedeniyle, bu moleküllerin
çoğu kanal oluşturmak için uygun konumlarda bulunmazlar. M, etkili konumlardaki molekülleri
ve M’ etkisiz konumlardaki molekülleri gösterirse, o zaman iki molekül arasındaki reaksiyon,
M=M’, sağ tarafta (yani uygun olmayan M’ konumunda) dengededir. Bununla birlikte, büyük bir
depolarizasyon, M’ moleküllerinin M konumuna hareket hızlarını çok artırır ve ters reaksiyonu
çok azaltır, M=M’ nin dengesi şimdi sol taraftadır (yani uygun M konumundadır). Dengeye
ulaşmak için gerekli zaman 1 milisaniyenin çok altındadır, fakat son voltaja bağlıdır. Bir kanal
oluşturmak için üç M molekülü yerinde olmalıdır; kanalı kapatmak için bulunmayan yalnız bir
moleküle ihtiyaç vardır. Böylece ani bir depolarizasyonda, üç M molekülünün yerlerinde olduğu
kanal sayısı, başlangıçta yavaşça ve sonra daha hızlı (üçüncü mertebe kinetikle) artar; g Na nın
yükselmesi S-şeklindedir (Şekil 3.9alt, gNa eğrisinin yükselme fazı). Yalnız bir M molekülünün
yerinden uzaklaşması yeterli olduğundan repolarizasyon kanalları hızlıca kapar.
40
Şekil 3.8 Na+ ve K+ iletkenlik kinetiklerinin hipotetik şeması. 3 M molekülü ve 1 H molekülü
uygun konumlarda veya yerlerde ise, sodyum iyonlarının kolayca geçebilecekleri bir Na + kanalı veya
geçiş yolu kolayca oluşabilir. Benzer şekilde, 4 N molekülü uygun konumlarda iseler bir K + kanalı
oluşabilir. Bu maddelerin hepsi için, moleküllerin etkili ve etkisiz yerleri veya konumları arasında bir
denge dağılımı vardır. İneffektif yerler (büyük harflerle), diyagramatik olarak effektif yerlerin üst
tarafında gösterilmiştir. Effektif ve ineffektif yerler arasındaki oklar, iki tane tek-yönlü reaksiyon hızını
göstermektedir; koyu harfler moleküllerin denge konumlarını göstermektedir.
A, Polarize zar. Transmembran potansiyeli dinlenim değeri dolayındadır. M nin kinetiği
şöyledir: M=M’ reaksiyonunda, denge sağa tarafa doğrudur (şeklin üst tarafında, koyu harfler) ve H=H’
reaksiyonunda, denge sol tarafa doğrudur (aşağıda, koyu H); M lerin çoğu konumlarında
olmadıklarından, Na+ kanalları kapalıdır. Daha küçük oklar, H reaksiyonlarının, M reaksiyonlarından
yaklaşık on kat daha yavaş olduklarını göstermektedir. M reaksiyonları milisaniyenin onda birkaçında
tamamlanırlar; H reaksiyonları milisaniyelerce devam eder. Dinlenimde, N=N’ dengesi sağ tarafta
olduğundan (yukarda, koyu harfler), K+ kanalları kapalıdır. Reaksiyon hızları H nin ki ile yaklaşık
aynıdır, fakat denge öbür tarafta zıt yöndedir.
B, Depolarize zar. Depolarizasyon bütün reaksiyonların hız sabitlerini çok değiştirir; oklarla
gösterildiği gibi, bütün dengeler ters tarafa kaymıştır. Depolarizasyondan hemen sonra, M molekülleri
hızlıca M konumlarına giderler ve H molekülleri konumlarından uzaklaşıncaya kadar (inaktivasyon)
Na+ kanalları açık kalır. Yaklaşık aynı zamanda, N ler konumlarına giderler ve K+ kanallarını açarlar,
depolarizasyon süresi boyunca K+ kanalları açık kalır.
H maddelerinin kinetikleri, voltajlı ileri ve geri hız sabitlerinin değişimlerinin ters olması
dışında, M maddelerininki ile aynıdır; H=H’ reaksiyonu sol tarafta (uygun konumda) dinlenim
potansiyelinde dengededir; H lerin çoğu yerlerindedir. H reaksiyonunun denge hızı, M
ninkinden yaklaşık 10 kat daha yavaştır, 3-5 ms dolayındadır. Şekil 3.9alt, gNa eğrisinin düşme
fazı). Etkili konumlardaki H moleküllerinin oranına gNa nın aktivasyonu denmektedir. Voltaj
klamp deneylerinde, dinlenim potansiyeli bir miktar baskılanmıştı ve dinlenim aktivasyonu 0,6
dolayındaydı. Sabit tutulan hiperpolarizasyon (bütün H formlarında) aktivasyonu 1,0 a yükseltir
ve sabit tutulan depolarizasyon (bütün H’ formlarında) aktivasyonu sıfıra düşürür.
41
Şekil 3.9 Squid dev aksonunda yapılan voltaj klamp deneyinde toplam zar akımının ve iletkenliğinin
bileşenleri. Üstteki eğri: zamanın fonksiyonu olarak transmembran voltaj (εm) sürekli çizgiyle, sodyum
ve potasyum denge potansiyelleri, εNa ve εK kesikli çizgilerle gösterilmektedir. Ortadaki eğri: toplam zar
iyonik akımı (Ii) yukarıya doğru iki bileşene, INa ve IK ayrılır (ICl sabittir ve burada ihmal edilmiştir).
Sodyum denge potansiyeli εNa=56 mV olacak şekilde [Na+]o ayarlanarak, sodyum ve potasyum iyonik
akım bileşenleri birbirinden ayrılmıştır. Bu koşullar altında INa=0 olduğundan, toplam iyonik akım (I’i) IK
ya eşit olur. Alt eğri: üstteki eğride gösterilen basamak biçimli değişen εm sırasında zamanın fonksiyonu
olarak gNa ve gK nın değişimleri. Şekilde gösterildiği gibi, iletkenlikler, iyonik akımlar (üst eğride
gösterilen) iyonları süren effektif voltajlara bölünerek hesaplandıklarından, akımların eğrileri
iletkenliklerin eğrileriyle aynıdır. Aşağıdaki zaman skalası bütün eğriler için geçerlidir. Klamplama
voltajının artması ile gNa nın tepe değeri artmaktadır. Örneğin 56 mV ta yaklaşık 25 mmho/cm 2 olan
tepe değer, 100 mV dolayında 31,25 mmho/cm 2 ye yükselir ve sabitleşir, yani daha büyük voltajlarda
değişmez. Dinlenim durumunda gNa nın dinlenim değeri 0,04 mmho/cm 2 dir ve 12 mV luk eşik değerinde
birkaç kat değişir.
Böylece ani depolarizasyonun sodyum iletkenliği üzerinde iki etkisi vardır: M molekülleri
hızlıca etkili yerlere giderler ve H moleküllerinin konumlarında olduğu bu yerlerde Na+
kanallarını oluştururlar; bu nedenle gNa hızlıca yükselir. Hatta M molekülleri konumlarına
hareket ederlerken, H molekülleri çok daha yavaş hızda uzaklaşırlar. Kanalları oluşturacak M
molekülleri, H molekülleri ile aynı hizaya geldikçe g Na tepe değerine yükselir ve sonra H
molekülleri etkili yerlerden uzaklaştıkça, 3-5 milisaniye dolayında bir sürede gittikçe azalır
(Şekil 3.9alt, gNa eğrisi). İnaktivasyon tamamlandıktan sonra zar repolarize olmuşsa, düşük bir
değere inmiş gNa da küçük bir değişme olacak, fakat M molekülleri yerlerinden hızlıca
uzaklaşacaklar ve H molekülleri yerlerine yavaşça hareket edecekler. Bundan sonra, diğer
depolarizasyon, gNa da, depolarize durum sırasında yerlerine gitmiş H moleküllerinin oranıyla
orantılı bir artış oluşturacaktır.
42
Hodgkin-Huxley Zar Modeli ve Potasyum İletkenlik Değişimlerinin Kinetiği
gK nın kinetiği, M ninkine çok benzemektedir, sadece yaklaşık 10 kat daha yavaştır.
Dört N molekülü aynı anda dört etkili yerde olduğu zaman bir potasyum kanalı oluşur (Şekil
3.8). Dinlenimde M=M’ reaksiyonu sağ tarafta dengededir (Şekil 3.9üst); depolarizasyon denge
noktasını sol tarafa doğru kaydırır (alt). Böylece depolarizasyon gK da S-şekilli bir artış
oluşturur (Şekil 3.9alt), fakat gNa inkinden çok daha yavaştır. Repolarizasyon, (S-eğrisinde
olduğu gibi) içbükeylikten dışbükeyliğe değişmeden, düşük düzeylere kadar hızlı bir düşüş
oluşturur.
43
BİYOFİZİK
PROBLEMLER VE ÇÖZÜMLERİ
(Biyofizik, 2. Baskı, Prof. Dr. Ferit Pehlivan, Hacettepe TAŞ,1997. Problem Çözümleri)
Konu 5: AKSİYON POTANSİYELİ
Problemler
5.1. a) Yarıçapı r, uzunluğu L olan bir akson (veya akson parçası) için dış yüzey/hacim oranı, S/V
nedir? b) Bu akson içinde potasyum iyon konsantrasyonu [K+] = 400 mol/m3 olduğuna ve impuls
başına dışarıya doğru birim yüzeyden  = 3,6 pmol/cm².impuls K+ iyonu çıktığına göre, impuls
başına iç ortamdaki potasyum miktarında bağıl azalma S/V oranı cinsinden ne olur? c) Yarıçapı
r = 500 m olan bir dev akson için, aynı konsantrasyon ve akı değerlerini kullanarak önceki
soruları yanıtlayınız.
Yanıt: a) S/V= 2/r; b) Bağıl azalma = 2Ф/[K+]·r; c) S/V = 400 m-1, bağıl azalma =
-7
3,6x10 1/impuls.
5.2. Ohm yasasına göre, herhangi bir devre parçasının uçları arasında oluşan potansiyel farkı için
V=Ri-E yazılabilmektedir. Buna göre, Şek.5-22A' daki (Şekil 3P.1) eşdeğer devreden
yararlanarak [5-11], [5-12] ve [5-12] bağıntılarını çıkartınız.
5.3. Mürekkep balığı (squid) dev aksonunda zar kalınlığı 8 nm, birim yüzey başına zar direnci
1000 ohm.cm² ise, a) Bu zarın özdirenci (r = l/A) ne kadardır? b) Bu değeri binde dokuzluk
(%0,15 mol/l) sulu NaCl çözeltisinin özdirenci ile karşılaştırınız. Sodyum ve klor iyonlarının su
içindeki mobiliteleri, sıra ile 4,3x10-8 ve 6,5x10-8 m²/V.s'dir. c) Zarın iletkenliğinin, tam yalıtkan
düşünülen zar içinde bulunan, 0,8 nm çaplı, zar kalınlığına eşit uzunluklu, içleri deniz suyu dolu
silindirik kanallardan kaynaklandığını varsayarsak, zarın 1 cm² sinde bu tür kanallardan kaç tane
olmalıdır? Gözenekler karesel bir örgü oluşturuyorlarsa, kanallar birbirinden ne kadar uzakta
konumlanmış olmalıdırlar? Deniz suyunun özdirenci 0,15 ohm.m'dir.
Yanıt: a) 1,25x107 ohm.m; b) 2,4x106 1/cm2; c) 6,5 µm
5.4. Bir zarın hem A+ hem de B+ tür iyonlara geçirgen olduğu biliniyor. Bu zarın bir tarafına 100
mmol/L A+ iyonları içeren, diğer tarafına ise B+ iyonları içeren birer çözelti konuyor.
Çözeltilerdeki diğer iyonların zardan geçemedikleri biliniyor. İkinci taraftaki [B+]
konsantrasyonu değiştirildikçe zar potansiyelinin değiştiği ve [B+] = 250 mmol/l için zar
potansiyelinin sıfır olduğu bulunuyor. Goldman-Hodgkin-Katz denkleminden yararlanarak, bu
zarın A+ ve B+ iyonlarına geçirgenliklerinin oranını (PA/PB) bulunuz.
Yanıt: 2,5
5.5. Bir hücre zarının sığası Cm = 1 µF/cm2, zaman sabiti ise 2,5 ms olarak belirlenmiştir. Bu
zarın birim yüzey başına direnci Rm ne kadardır?
Yanıt: 2,5x103 ohm.cm2
Çözümler
5-1. a) S = 2rL; V = r²L 
S 2.r.L 2

 (S: Silindirin yanal yüzey alan ve V: hacmi)
V .r 2 L r
b) Ki = 400 mol/m3 ; =3,6 p mol/cm².impuls
Hacmi V ve konsantrasyonu CK olan bir çözeltide bulunan iyonların N mol kesri:
CK 
N
 N  VxC K
V
44
İmpuls başına zarın 1 cm2 sinden geçen iyonların mol cinsinden miktarı Ф ise, impuls başına
yüzey alanı S olan zardan geçen iyonların n mol kesri:
n = S·
olur. İmpuls başına zardan geçen iyon miktarının, aksoplazmada bulunan iyon miktarına
oranı:
 k(oran)=
n
S.
 S
 2
2


x 
x 
N V  CK CK V CK r CK  r
c) r = 500 µm  k 
2 x 3,6 x10 12 mol / cm 2 .impuls
5x10
2
cmx 400 x10
6
mol / cm
3
 3,6 x10 7 l / impuls
5-2.
Şekil 3P.1 Bir akson için elektriksel eşdeğer devre. A: Zarın çok küçük bir parçası için elektriksel
eşdeğer devre. Hücreler arası sıvının direnci ihmal edilmiştir. B: Şekil A daki devrenin ardışık olarak
yinelenmesi ile oluşturulmuş, zarın tümüne karşılık elektriksel eşdeğer devre. ( Ferit Pehlivan,
Biyofizik, H.Taş, Ankara 1997)
𝐼𝑚 = 𝐼𝑁𝑎 + 𝐼𝐾 + 𝐼𝐿 + 𝐼𝐶
𝑆𝑜𝑑𝑦𝑢𝑚 𝑎𝑘𝚤𝑠𝚤
𝑃𝑜𝑡𝑎𝑠𝑦𝑢𝑚 𝑎𝑘𝚤𝑠𝚤
(𝐷𝑒𝑛𝑘𝑙𝑒𝑚 5 − 10)
𝐼𝑁𝑎 = 𝑔𝑁𝑎 (𝐸 − 𝐸𝑁𝑎 )
(𝐷𝑒𝑛𝑘𝑙𝑒𝑚 5 − 11)
𝐼𝐾 = 𝑔𝐾 (𝐸 − 𝐸𝐾 )
(𝐷𝑒𝑛𝑘𝑙𝑒𝑚 5 − 12)
𝑆𝚤𝑧𝚤𝑛𝑡𝚤 𝑎𝑘𝚤𝑠𝚤
𝐼𝐿 = 𝑔𝐿 (𝐸 − 𝐸𝐿 )
𝐾𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑖𝑓 𝑎𝑘𝚤
𝐼𝐶 = 𝐶𝑚 (
𝜕𝐸
𝜕𝑡
(𝐷𝑒𝑛𝑘𝑙𝑒𝑚 5 − 13)
)
(𝐷𝑒𝑛𝑘𝑙𝑒𝑚 5 − 14)
Şekil 3P.1’e göre, zarın içi ile dışı arasına E = Vi – Vo potansiyel farkı uygulanmakta ve
zardan Im akımı zardan dört koldan geçmektedir. Şekilde RNa zarın sodyum iyonlarına
gösterdiği direnç, gNa ise zarın sodyum iletkenliğidir. Benzer ilişki potasyum ve sızıntı kanalları
için de geçerlidir.
Zarın sığası Cm dir ve zar üzerinde depolanan QC yükü ile Cm ve E arasında
Q C  C m . E şeklinde bir ilişki vardır. Zar kapasitörünü dolduran akım (IC), zar üzerindeki
yükün zamanla değişim hızına eşit olduğundan I C 
45
Q C  (C m . E)
E

 Cm
t
t
t
yazılabilir.
Na+ kanallarından geçen akım INa , Na+ denge potansiyeli ENa ve zarın sodyum
iyonlarına gösterdiği direnç RNa = 1/gNa dır.
Na+ denge potansiyelinin polaritesini göz önünde bulundurmayarak ve akım geçiş
yönünü içten-dışa doğru alarak
E   I Na .R Na  E Na  E - E Na  R Na . I Na 
I Na
 I Na  g Na (E - E Na )
g Na
İlişkisi yazılabilir. EK ve EL nin polariteleri göz önüne alınmazsa, onlar için de benzer ilişkiler
yazılabilir.
5-3. a)  = 8 nm; Rm=1000 .cm²
r 
L
 r.A  .L  R m ( özdirenci , uzunluğu L ve kesit alanı A olan bir telin direnci)
A
İyon kanallarının uzunluğu L=8 nm dir, paralel bağlanmışlardır ve 1 cm2 de ki toplam direnç
Rm = 1000 Ω.cm2 dir. Özdirenç:
r.A 10 3 .cm 2


 1,25x10 9 .cm  1,25x10 7 .m

7
L
8x10 cm
b)
Konsantrasyonu
Ci
olan
bir
çözeltin
öziletkenliği,
 i  C i  i z i F σi olarak
tanımlanmaktadır. Burada μ iyonların mobilitesi, │z│ iyonun valansının mutlak değeri ve F
Faraday sabitidir. Mobilite, 1 V/m lik elektrik alan etkisinde iyonun çözeltideki hızı
v (m/s)   . E (V/m)   
v
(m 2 /V.s) olarak tanımlanmaktadır. Na+ ve Cl- iyonlarının
E
mobiliteleri μNa = 4,3x10-8 m2/V·s ve μCl = 6,5x10-8 m2/V·s dir.
 Na  C Na  Na z Na F  0,15x10 3
 Na  1,5
 Na 
mol
m3
1
 Na

x 4,3x10 8
l
6,22 x10 3
mol
m2
C
x 4,3x10 8
x1x 96500
lt
V.s
mol
m2
C
l
x 96500
 6,22 x10 3
V.s
mol
.m
.m  160,7 .m
 Cl  C Na  Na z Na F  1,5 x 6,5 x10 8 x 96500  9,409 x10 3
 Cl 
1



l
 Cl
1
 Na
l
m
 106,3   m

1
 Cl

1
1

 0,01563
160,7 106,3
1
 64   m
0,01563
r
L
L
8 x10 9
0,15 x8


0
,
15
x

 2,4 x109 
2
9 2
9
S
 .a
3,14 x (0,4 x10 )
3,14 x 0,16 x10
Rm 
r
r
2,4 x109 
n
 3
 2,4 x106 cm 2
2
n
Rm 10   cm
c)
46
Bir cm2 de yaklaşık 2,4x106 delik (iyon kanalı)
vardır. Deliklerin şekildeki gibi düzgün bir şekilde
sıralandığını ve kenarları 1 cm olan bir karenin her bir
kenarında k tane delik olduğunu kabul edelim. Bu
durumda (k-1) tane aralık vardır ve İki delik arası d ise, 1
cm’lik uzunluk
1 cm = (k-1)d (Bak Şekil 3P.2) olur.
Kenarları 1 cm olan bir karenin A alanı 1cm2 olduğundan,
A  [( k  1)d][( k  1)d]  (k  1) 2 xd 2  nd 2  1 cm 2
Şekil 3P.2
2
2
Not: Delik sayısı çok olduğundan (k  1)  k  n
alındı.
A
A
n
 d²   d 
d²
n
A

n
10 6
100 x10 8

cm 
cm
2,4
2,4
2,4 x10 6
1 cm ²
d  6,45x10 4 cm  6,45 mm  6,45 m
5-4. [A+] = 100 mmol/L ; [B+] = 250 mmol/L ; Vm = 0 mV
Goldman-Hodgkin-Katz denklemi: Vm 
RT PK [K  ]o  PNa [ Na  ]o  PCl [Cl  ]i
ln
F
PK [K  ]i  PNa [ Na  ]i  PCl [Cl  ]o
Klor iyonunu denge dağılımında olduğundan, yani klor iyonunun denge potansiyeli ile dinlenim
zar potansiyeli aynı olduğundan, yukarıdaki ifadede klor iyonlu terimler çıkarılarak denklem
daha sade hale dönüşür.
Vm 
RT PK [K  ]o  PNa [ Na  ]o
ln
F
PK [K  ]i  PNa [ Na  ]i
P [B  ]o  PA [A  ]o
T= 29,2 oC için bu denklem Vm  Vi  Vo  (60 mV ) log B


PB [B ]i  PA [A ]i
A+ nun dışarıda çok içerde az ( [A+]o >> [A+]i ), B+ nın ise içerde çok dışarıda az oldukları
( [B+]i >>[B+]o ) ve bu nedenle dışarıdaki B+ nın ve içerdeki A+ nın büyüklüklerinin ihmal edildiğini
kabul edeceğiz. Bu kabullenim ile yukarıdaki denklem
Vm  Vi  Vo  VB  VA  (60 mV ) log
PA [A  ]o
PB [B  ]i
0
olur. Logaritmanın özelliği gereği, logx = 0 ise x = 1 olur. Bu nedenle
PA [A  ]o
PB [B  ]i
1
PA [B  ]i
250 mmol / L
  
 2,5
PB [A ]o 100 mmol / L
bulunur.
47
5-5. Bir hücre zarının sığası Cm = 1 µF/cm2; Zar zaman sabiti τ = 2,5 ms;
Birim yüzey başına zar direnci Rm = ?
Zaman sabiti τ = Rm x Cm olarak tanımlanmaktadır.
Cm = 1 µF/cm2 = 1 x10-6 F/10-4 m2 = 10-2 F/m2

2,5 x10 3 s
Rm 
 2
 0,25 ohm  m 2  0,25 x10 4 ohm.cm 2  2,5 x10 3   cm 2
2
C m 10 F / m
TEST SORULARI
S1- Kanallarla ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?
A) Voltaj-kapılı Na+ ve K+ kanalları aksiyon potansiyeli oluşumunda görev yaparlar.
B) Voltaj-kapılı Na+ kanalı, K+ kanalından daha önce açılır
C) Postsinaptik zardaki ACh kanallarından hem Na+ ve hem de K+ iyonları geçer.
D) Postsinaptik zarın depolarizasyonu ile daha fazla ACh kanalı açılır.
E) GABA kanallarından Cl- iyonları geçer
YANIT: D
S2- Na+, K+ ve Ca++ kanalları için hangisi yanlıştır? (TTX=Tetrodotoksin;
TEA=Tetraetilamonyum; AK=Aktivasyon kapıları; IK=inaktivasyon kapıları)
A) TTX Na+ kanallarını bloke eder.
B) TEA K+ kanallarını bloke eder.
C) Verapamil Ca++ kanallarını bloke eder.
D) Na+ kanalında iki, K+ kanalında bir kapı vardır.
E) Na+ kanalında AK hücre içinde, IK hücre dışındadır.
Yanıt: E
S3- Voltaj-kapılı Na+ kanalının özelliğine ait özelliklerden hangisi yanlıştır?
A) Kapılarla açılabilir ve kapanabilir.
B) Zamana-duyarlı inaktivasyon kapısı vardır
C) Voltaja-duyarlı kapısı vardır
D) Nöronun dendritlerinde ve hücre gövdesinde bulunur.
E) Esas olarak aksiyon potansiyelinin oluşumundan sorumludur.
Yanıt: D
S4- "Voltajla kontrol edilen kapısı vardır, TTX ile bloke olur, aktivasyon ve inaktivasyon
kapıları vardır" ifadeleri hangi iyon kanallarının özelliklerindendir?
A) Sodyum
B) Potasyum
C) Klor
D) Kalsiyum E) Sızıntı
Yanıt: A
S5- Kimyasal kapılı kanallar nöronun hangi bölgesinde bulunur?
A) Yalnız dendritlerde
B) Yalnız gövdede
C) Yalnız aksonda
D) Dendritlerde ve gövdede
E) Nöronun her tarafında
Yanıt: D
48
S6- Cl- ’u Şekil P3.1’de gösterilen kanalların hangilerinden geçerler?
A) ACh, GABA
B) Na-kapısız, Cl-kapısız
C) K-kapısız, Cl-kapısız
D) Cl-kapısız, GABA
E) Cl-kapısız-Na-kapısız, K-kapısız
YANIT: D
S7- Pozitif geribesleme döngüsünü kesintiye
uğratan olaylardan hangisi Hodgkin döngüsünü
(Şekil P3.2) depolarizasyon fazında kesintiye
uğratır?
A) Voltaj-kapılı Na+ kanallarının açılması
B) Voltaj-kapılı K+ kanallarının açılması
C) Voltaj-kapılı K+ kanallarının kapanması
D) Voltaj-kapılı Na+ kanallarının kapanması
E) Voltaj-kapılı Na+ kanallarının inaktivasyonu
Yanıt: B
Şekil P3.1
S8- Hangi olay Hodgkin döngüsünü (Şekil P3.2) “Na+ nun içe akış fazı”nda kesintiye
uğratır?
A) Voltaj-kapılı Na+ kanallarının açılması
B) Voltaj-kapılı Na+ kanallarının kapanması
C) Voltaj-kapılı Na+ kanallarının inaktivasyonu
D) Voltaj-kapılı K+ kanallarının açılması
E) Voltaj-kapılı K+ kanallarının kapanması
Yanıt: C
S9- Hodgkin döngüsündeki olaylar:
I- Voltaj-kapılı Na+ kanallarının açılması
II- Voltaj-kapılı K+ kanallarının açılması
III- Voltaj-kapılı Na+ kanallarının inaktivasyonu
IV- Voltaj-kapılı K+ kanallarının kapanması
V- Voltaj-kapılı Na+ kanallarının kapanması
Hangi olaylar pozitif geribeslemeyi kesintiye uğratır?
A) I,II B) I,IV C) II,III D) II,V E) III,IV
YANIT: C
Şekil P3.2
S10- Şekil P3.3’te gösterilen Na+ ve K+
kanalları takımı aksiyon potansiyelinin
hangi fazını göstermektedir?
A) Dinlenim
B) Depolarizasyon
C) Tepe
D) Repolarizasyon
E) Hiperpolarizasyon
Yanıt: C
Şekil P3.3
49
S11- Şekil P3.4’te gösterilen Na+ ve K+
kanalları takımı aksiyon potansiyelinin
hangi fazını göstermektedir?
A) Dinlenim
B) Depolarizasyon
C) Tepe
D) Repolarizasyon
E) Hiperpolarizasyon
Yanıt: E
Şekil P3.4
S12- Şekil P3.5’te gösterilen Na+ ve K+
kanalları takımı aksiyon potansiyelinin
hangi fazını göstermektedir?
A) Dinlenim
B) Depolarizasyon
C) Tepe
C) Repolarizasyon
E) Hiperpolarizasyon
YANIT: B
Şekil P3.5
S13- Dinlenim durumundaki bir nöron aniden K+ iyonlarına daha geçirgen hale gelirse
zar potansiyeli ve/veya iyon geçişinde hangi değişiklikler olur?
I- K+ hücre içine akar.
II- K+ hücre dışına akar.
III- K+’nun net geçişinde değişme olmaz.
IV- Zar potansiyeli daha pozitif olur.
V- Zar potansiyeli daha negatif olur.
A) I,II
B) II,III
C) II,V
D) III,IV
E) IV,V
Yanıt: C
S14- Bir nöronda Na+ denge potansiyeli +60 mV tur. Hangi zar potansiyelinde Na+ nın
net hareketi nöronun dışına doğru olur?
A) -100 mV
B) -70 mV
C) 0 mV
D) 30 mV
E) 90 mV
Yanıt: E
S15- Bir nöronda Na+ denge potansiyeli +60 mV tur. Hangi zar potansiyelinde Na+ nın
içe ve dışa net geçişi olmaz?
A) -100 mV
B) -70 mV
C) 0 mV
D) 60 mV
E) 90 mV
Yanıt: D
S16- Bir nöronda K+ denge potansiyeli -70 mV ve dinlenim zar potansiyeli -60 mV tur.
Dinlenim durumunda konsantrasyon gradiyenti etkisinde K+ geçişi nereye doğrudur?
50
A) Yoktur
B) dışa
YANIT: B
C) içe
D) içe-dışa iki yönlü dalgalı
E) Bilinemez
S17- Bir nöronda K+ denge potansiyeli -90 mV’tur. Hangi zar potansiyelinde K+ nun net
hareket yönü nöronun içine doğru olur?
A) -100 mV
B) -70 mV
C) 0 mV
D) +30 mV
E) +90 mV
YANIT: A
S18- Şekil P3.6(I) de bir akson zarı t1 ve t2 zamanları arasında V voltajına kenetlenmiştir.
Şekil-1 (II)'deki ABC eğrileri sırasıyla neleri göstermektedir.
A) Toplam akım-Na+ akımı-K+ akımı
B) K+ akımı-Na+ akımı-toplam akım
C) Na+ akımı-K+ akımı-toplam akım
D) Na+ iletkenliği-K+ iletkenliği-toplam iletkenlik
E) K+ iletkenliği-toplam iletkenlik Na+
iletkenliği
Yanıt: B
S19- Şekil P3.6(I) de bir akson zarı t1 ve
t2 zamanları arasında V voltajına
kenetlenmiştir. Şekil-1(III)' deki A ve B
eğrileri sırasıyla neleri göstermektedir.
A) Na+ iletkenliği- K+ iletkenliği
B) Na+ akımı-K+ akımı
C) K+ iletkenliği-Na+ iletkenliği
D) K+ akımı-Na+ akımı
E) Na+ akımı- K+ iletkenliği
Yanıt: A
Şekil P3.6
S20- Zarın sodyum ve potasyum
iletkenlikleri (I) yöntemi, hücre içinden dinlenim zar ve aksiyon potansiyeli (II) yöntemi ve
tek iyon kanal akımı (III) yöntemiyle ölçülmektedir. Doğru cevabı işaretleyin.
A) I=mikroelektrot. II=voltaj-klamp III=sukroz-gap
B) I=patch-klamp II=mikroelektrot III=voltaj-klamp
C) I=sukroz-gap II=patch-klamp III=mikroelektrot
D) I=mikroelektrot II=voltaj-klamp III=patch-klaamp
E) I=voltaj-klamp II=mikroelektrot III=patch-klamp
Yanıt: E
S21- Şekil P3.7’deki nöron için eşik hangi voltajlar
arasındadır?
A) -75 ve -70 mV
B) -69 ve -65 mV
C) -64 ve -60 mV
D) -59 ve -55 mV
E) -54 ve -50 mV
Yanıt: E
S22- Eşik altı (zar potansiyeli) olayında zar
potansiyelinin uyarılma noktasından itibaren
uyarılma noktasındaki değerinin (1/e)'sine düştüğü
uzaklığa ne ad verilir?
A) Uzay sabiti
B) Zaman sabiti
C) Depolarizasyon
51
Şekil P3.7
D) Eşikaltı potansiyel
E) Sönüm faktörü
Yanıt: A
S23- Bir sinir lifinin uzay sabiti 3 mm ise, zarda aktif taşınım olmasaydı, 120 mV'luk bir
aksiyon potansiyeli, oluştuğu noktadan itibaren 9 mm uzakta kaç mV'a düşecekti? (Not: e
= 2,7 alın)
A) 6
B) 13
C) 16
D) 40
E) 120
Yanıt: A
S24- Dış uyaran elektrotla bir kasın reobazı 3 mA ve ortalama zar zaman sabiti 15 ms
olarak bulunmuştur. Kasın kronaksisi kaç milisaniyedir?
A) 7
B) 9
C) 10,35 D) 15,4
E) 17,21
Yanıt: C
S25- Bir yüzeyel uyarma ve kayıtlama deneyinde uyarıcı pulsun I(mA) şiddeti ile t(ms)
süresi arasında I 
200 (mA.ms)
 50 (mA) şeklinde bir ilişki bulunmuştur. Bu kasın
t (ms)
kronaksisi kaç ms dir?
A) 2
B) 4
C) 10
Yanıt: B
D) 20
E) 50
S26- Bir yüzeyel uyarma ve kayıtlama deneyinde uyarıcı pulsu I(mA) şiddeti ile t(ms)
süresi arasında I 
200 (mA.ms)
 50 (mA) şeklinde bir ilişki bulunmuştur. Bu kası 0,2 ms
t (ms)
süreli bir pulsla uyarabilmek için pulsun şiddeti kaç mA olmalıdır?
A) 50
B) 200
C) 250
D) 1050
E) 1500
Yanıt: D
S27- Dış uyaran elektrotla bir kasın reobazı Ireo = 3 mA ve ortalama zar zaman sabiti τ = 15
ms olarak bulunmuştur. t = 0,2 ms süreli bir kare puls kullanılsaydı, kası uyaracak pulsun
minimum şiddeti kaç mA olurdu? (Not: Yaklaşık geçerli formülü I 
A) 50
B) 65
Yanıt: E
C) 170
D) 200
I reo x
kullanabilirsiniz)
t
E) 225
S28- Aksiyon potansiyeli (AP) nin yayılmasına ait ifadelerden yanlış olanı belirleyin.
A) Yayılma hızı miyelinli sinirlerde, lifin çapıyla orantılıdır.
B) Yayılma hızı miyelinsiz sinirlerde lif çapının karekökü ile orantılıdır.
C) Bir sinir lifi üzerinde hiç zayıflamadan sabit hızla yayılır.
D) Genliği, uyaran pulsun şiddetinin artmasıyla artar.
E) Biçimi dokudan-dokuya değişebilir.
Yanıt: D
S29- Hangi faktör aksiyon potansiyelinin yayılma hızını azaltır?
A) Na+ iletkenliğindeki artma
B) Sıcaklıktaki artma
C) Kritik potansiyeldeki küçülme
D) Zar sığasındaki küçülme
E) Aksoplazma öziletkenliğindeki küçülme
Yanıt: E
S30- Tek bir sinir aksiyon potansiyeli (AP) için hangisi yanlıştır?
52
A) Bir lif üzerinde sabit bir hızla yayılır.
B) Yayılma sırasında genliğinde değişme olmaz.
C) Biçimleri ve süreleri dokudan dokuya değişebilir.
D) Oluşumu için hep veya hiç yasası geçerlidir.
E) Aynı kalınlıktaki miyelinli ve miyelinsiz aksonda aynı hızla yayılırlar.
Yanıt: E
S31- Memelilerin sinir demetlerinde hücre dışından kayıtlanan aksiyon potansiyelinin:
I- Lif çapının artmasıyla iletim hızı artar,
II- Sıcaklığın artmasıyla iletim hızı artar,
III- Sıcaklığın artmasıyla genliği azalır,
IV- Sıcaklığın artmasıyla süresi kısalır,
İfadelerinden hangisi yanlıştır?
A) I
B) II
C) III
D) IV
E) II, IV
Yanıt: C
S32- Memelilerin sinir demetlerinde hücre içinden kayıtlanan aksiyon potansiyelinin:
I- Lif çapının artmasıyla iletim hızı artar,
II- Sıcaklığın artmasıyla iletim hızı artar,
III- Sıcaklığın artmasıyla genliği azalır,
IV- Sıcaklığın artmasıyla süresi uzar,
İfadelerinden hangisi yanlıştır?
A) I
B) II
C) III
D) IV
E) II, IV
Yanıt: D
S33- Bir sinir aksiyon potansiyeli (AP) nin süresi 1,2 ms, yayılma hızı 30 m/s olduğuna
göre, AP sinir üzerinde kaç cm'lik bir alana yayılmıştır?
A) 1,2
B) 2,5
C) 3
D) 3,6
E) 4
YANIT: D
S34- Bir sinir aksiyon potansiyeli (AP) nin yayılma hızı 30 m/s olduğuna ve sinir üzerinde
3,6 cm'lik bir alana yayıldığına göre, süresi kaç ms’dir?
A) 1,2
B) 2,5
C) 3
D) 3,6
E) 4
Yanıt: A
S35. Mutlak refraktör periyodun ortasında (Şekil P3.8,
gri bölge) Na+ ve K+ kanallarının durumu nedir?
A) Na+ kanalları kapalı, K+ kanalları açık
B) Na+ kanalları inaktif, K+ kanalları açık
C) Na+ kanalları açık, K+ kanalları açık
D) Na+ kanalları inaktif, K+ kanalları kapalı
E) Na+ kanalları kapalı, K+ kanalları
YANIT: B
Şekil P3.8
53
KAYNAKLAR
1- Pehlivan Ferit, Biyofizik, Hacettepe Taş Kitapçılık, Ankara, 1997.
2- Ruch T C, Patton H D: Physiology and Biophysics, WB Saunders Company,
Philadelphia and London, 1966.
3- Howell-Fulton, Physiology and Biophysics (Excitable Tissues and Reflex Control of
Muscle), W B Saunders Company, Philadelphia, 1982.
4- Howell-Fulton-Ruch-Patton, Textbook of Physiology (Excitable Cells and
Neurophysiology), WB Saunders Company, Philadelphia, 1989.
5- Plonsey Robert, Bioelectric Phenomena, Mc Graw-Hill Book Company, New York,
1969.
6- Bern-Lewy, Human Physiology
7- Katz B, Nevre, Muscle and Synapse, McGraw-Hill Book Company, New York, 1966.
8- Hile B, Ionic channels of excitable membranes, Second Edition, Sinauer Associates
Inc. Sunderland, Massachusetts, 1992.
9- Weiss T F, Cellular Biophysics Vol. 2: Electrical Properties, Chapter 4: Hodgkin-Huxley
Model, A Bradford Book the MIT Pres, Cambridge, Massachusetts, 1996.
54