GHK 方程式計算機は、細胞がどのように恒常性を維持し、周囲と通信するかを理解する上で重要なパラメーターである膜電位を計算するために不可欠なツールです。膜電位は、細胞膜を横切るイオンの分布の違いによって発生します。これは、神経インパルスの伝達や筋肉の収縮などのさまざまな細胞プロセスにとって重要です。この計算機は、特定のイオン濃度と膜透過性を使用して、この電位を決定する複雑なプロセスを簡素化します。
GHK 方程式計算機の公式
GHK 方程式は次のように表されます。
Em = (RT / F) * ln ((Σ P_M+ * [M+]out + Σ P_A- * [A-]in) / (Σ P_M+ * [M+]in + Σ P_A- * [A-]out))
どこ：
Em= 膜電位 (ボルト)R= ユニバーサル気体定数 (8.314 J/K*mol)T= 絶対温度 （ケルビン）F= ファラデー定数 (96485 C/mol)P_M+= 特定のカチオンの透過性 (例: カリウムの P_K+)[M+]out= 陽イオンの細胞外濃度 (mol/L)[M+]in= 細胞内カチオン濃度 (mol/L)P_A-= 特定のアニオンの透過性 (例: 塩化物の場合は P_Cl-)[A-]in= 細胞内陰イオン濃度 (mol/L)[A-]out= 陰イオンの細胞外濃度 (mol/L)
この式では、全体の膜電位に寄与するさまざまなイオン (陽イオンと陰イオンの両方) の透過性と濃度が考慮されています。
実用化
| イオン | 典型的な細胞内濃度 ([イオン]in) | 典型的な細胞外濃度 ([イオン]out) | 透過性 (P_イオン) |
|---|---|---|---|
| カリウム (K+) | 140mM | 4mM | 1 |
| ナトリウム(Na+) | 12mM | 145mM | 0.04 |
| 塩化物(Cl−) | 4mM | 110mM | 0.45 |
| カルシウム（Ca2 +） | 0.0001mM | 2mM | 0.0001 |
ご注意: 透過率値 (P_Ion) は相対的なものであり、細胞の種類や条件によって大きく異なる場合があります。提供される値は、生理学的条件下での多くの細胞タイプの典型的な値です。
GHK 式の追加の変換と定数
- 温度変換: 摂氏をケルビンに変換するには、摂氏温度に 273.15 を追加します。scss
T(K) = T(°C) + 273.15
濃度換算: mM (ミリモル) から M (モル) に変換するには、mM 値を 1000 で割ります。
SCSS
[Ion] (M) = [Ion] (mM) / 1000
定数:
- ユニバーサルガス定数 (R): 8.314 J/(K*mol)
- ファラデー定数 (F): 96485 C/mol
GHK計算式計算機の例
膜がカリウム (K+)、ナトリウム (Na+)、および塩化物 (Cl-) イオンに対して透過性であるシナリオを考えてみましょう。比透過率とイオン濃度を GHK 方程式に入力することにより、計算機は膜電位を決定できます。この例は、生理学的条件をシミュレートし、イオン透過性や濃度の変化が膜電位にどのような影響を与えるかを調査する際の計算機の有用性を強調しています。
最も一般的な FAQ
GHK 方程式は、神経インパルスの伝達、筋収縮、および細胞全体の健康に不可欠な細胞膜間の電気化学的勾配を理解するために非常に重要です。
細胞内外のイオン濃度の変化は、膜電位に大きな影響を与える可能性があります。通常、細胞外カチオン濃度または細胞内アニオン濃度が増加すると電位が上昇し、その逆も同様です。