핵심 해설
이 문제는
세포의 안정막 전위(Resting Membrane Potential, RMP) 형성 기전에 대한 기본 개념을 묻고 있어요. 안정막 전위는 대략 -70mV(세포 내부가 외부에 비해 음전하)를 유지하는데, 이는 주로
칼륨 이온(K+)의 세포 밖 확산에 의해 형성됩니다.
핵심 개념 분석 (Key Concept)
세포막에는 다양한 이온 통로와 펌프가 존재합니다. 안정 상태에서는
칼륨 통로(Potassium Leak Channel)가 항상 열려 있어, 높은 세포 내 칼륨 농도(약 140mM)에서 낮은 세포 외 농도(약 4mM)로 칼륨이 지속적으로 세포 밖으로 확산됩니다. 이 과정에서 양전하(K+)가 세포 밖으로 빠져나가면서 세포 내부는 상대적으로 음전하를 띠게 되어 안정막 전위가 형성됩니다.
정답 근거 (Answer Rationale)
①번 정답입니다. 안정막 전위의 직접적 형성은 칼륨 이온의 세포 밖 확산(칼륨 투과도가 가장 높음)에 의해 결정됩니다.
핵심! 골드만-호지킨-카츠 방정식(Goldman-Hodgkin-Katz Equation)에 따르면 안정막 전위는 여러 이온의 투과도와 농도 구배에 의해 결정되는데, 안정 시 칼륨의 투과도가 나트륨의 약 50~100배 높아 칼륨 평형 전위에 가깝게 형성됩니다.
오답 분석 (Distractor Analysis)
혼동 주의! ④번 나트륨 이온이 세포 내로 유입되는 것은 활동 전위(Action Potential)의 탈분극(Depolarization) 시 발생하는 현상으로, 안정막 전위 형성의 주된 기전이 아닙니다. 나트륨-칼륨 펌프(Na+/K+ ATPase)는 나트륨을 세포 밖으로, 칼륨을 세포 안으로 능동 수송하여 농도 구배를 유지하는 역할을 하지만, 직접적인 막전위 형성의 주체는 아닙니다.
②, ③, ⑤번도 주요 기여 이온이 아닙니다. 마그네슘은 세포 내 효소 반응에 중요하나 막전위 형성의 주역이 아니며, 염화물(Cl-)은 안정 시 투과도가 낮고 칼륨에 비해 기여도가 작습니다.
연관 개념 정리 (Related Concepts)
안정막 전위와 활동 전위를 반드시 구분하세요. 안정막 전위는
-70mV 유지(칼륨 확산), 활동 전위 탈분극은 나트륨 급속 유입(+30mV까지 상승), 재분극(Repolarization)은 칼륨 유출로 다시 안정막 전위로 회복됩니다. 이 흐름을 심장 근육세포(심실근)의 활동 전위(0~4상)와 연결 지어 이해하면 더 좋습니다.
개념 정리: 안정막 전위 형성 과정: 세포 내 고농도 K+ → K+ 통로 통해 세포 밖 확산 → 세포 내 음전하 축적 → -70mV 유지 → Na+/K+ 펌프가 농도 구배 유지 보조
한눈에 비교!
| 구분 | 주요 이온 | 이동 방향 | 생리적 현상 |
|---|
| 안정막 전위 | K+ | 세포 밖 확산 | 세포 내 음전하 유지 |
| 탈분극(Depolarization) | Na+ | 세포 내 유입 | 활동 전위 상승(심장: 0상) |
| 재분극(Repolarization) | K+ | 세포 밖 확산 | 전위 회복(심장: 3상) |
핵심 처치 포인트: 임상적으로 고칼륨혈증(Hyperkalemia,
K+ > 5.5mEq/L)은 안정막 전위를 상승시켜(덜 음전하) 심장 세포의 탈분극을 쉽게 만들어 심실세동(VF)이나 무수축(Asystole) 같은 치명적 부정맥을 유발할 수 있습니다. 반대로 저칼륨혈증(Hypokalemia)은 재분극을 지연시켜 U파 출현, 심실빈맥(VT) 위험을 높입니다.
암기 팁: "안정(安)에는 칼(칼륨)이 밖으로!"라고 외우세요. 활동 전위의 시작은 "나(나트륨) 안으로!"로 짝지어 기억하면 헷갈리지 않아요.
국시 빈출 포인트: 이 개념은 기초의학(생리학) 영역에서 단골 출제됩니다. 특히 "안정막 전위 형성의 주역 이온"과 "활동 전위 탈분극의 주역 이온"을 구분하는 문제가 자주 나와요. 또한 나트륨-칼륨 펌프의 역할(농도 구배 유지, 직접적 막전위 형성 X)을 정확히 이해해야 합니다.
기출 변형 주의!: "심장 근육세포의 활동 전위 4상(서서히 탈분극, Phase 4)에서 서맥성 부정맥 치료제로 사용되는 약물이 어떤 이온 통로를 차단하는가?" 같은 심전도(ECG)와 연결된 문제로 확장될 수 있어요. (예: If 전류 차단제 이바브라딘(Ivabradine) or 칼슘 통로 차단제)