신경세포의 활동전위에 관한 설명으로 옳은 것은?

탈분극은 Na⁺ 통로 개방에 따른 Na⁺ 유입, 재분극은 K⁺ 통로 개방에 따른 K⁺ 유출로 일어난다(②③ X). Na⁺-K⁺ 펌프(ATP 사용)는 Na⁺을 밖으로, K⁺을 안으로 옮겨 이온 분포를 되돌린다(④ X). 활동전위는 실무율(all-or-nothing)을 따른다(⑤ X).

[근거] StatPearls, Physiology, Action Potential — https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK538143/

활동전위의 발생 순서와 이온 이동
신경세포가 자극을 받으면 세포막의 전압이 달라지며 활동전위(action potential)가 발생합니다. 활동전위는 탈분극, 재분극, 과분극의 순서로 진행됩니다.

먼저 탈분극(depolarization)은 전압개폐성 Na⁺ 통로가 열리면서 시작됩니다. 세포 밖에 높은 농도로 있던 Na⁺이 농도 기울기를 따라 세포 안으로 빠르게 유입되고, 막전위가 상승하여 양성 값 쪽으로 이동합니다 ^[1]. 이 과정은 보기 1번의 설명과 정확히 일치합니다.

이어서 재분극(repolarization)은 Na⁺ 통로가 비활성화되고 K⁺ 통로가 열려 K⁺이 세포 밖으로 나가면서 막전위가 다시 음성 값으로 내려가는 과정입니다. 따라서 보기 2번과 3번은 이온의 이동 방향과 시점이 잘못되었습니다.

Na⁺-K⁺ 펌프는 활동전위 발생 자체보다는 이후 이온 농도 기울기의 회복을 담당합니다. 이 펌프는 ATP를 사용하여 Na⁺을 세포 밖으로, K⁺을 세포 안으로 이동시키므로 보기 4번은 방향이 반대로 기술되어 있습니다.

핵심! 활동전위의 크기는 자극의 세기와 무관하게 일정합니다. 이를 실무율 법칙(all-or-none law)이라고 하며, 역치 이상의 자극이 오면 항상 동일한 크기의 활동전위가 발생합니다. 따라서 보기 5번은 틀린 설명입니다. 자극의 세기는 활동전위의 빈도에 반영될 뿐, 진폭을 키우지 않습니다.

구분	주요 이온 이동	막전위 변화
탈분극	Na⁺ 세포 안으로 유입	상승(양성 방향)
재분극	K⁺ 세포 밖으로 유출	하강(음성 방향)
과분극	K⁺ 유출 지속	휴지전위보다 더 음성

전압개폐성 Na⁺ 통로는 신경과 근육에서 활동전위를 시작하는 핵심 통로이며, 통로의 분포와 아형(subtype)에 따라 활동전위의 역치가 달라질 수 있습니다 ^[1][3]. 예를 들어 치아이랑 과립세포(dentate granule neuron)는 축삭 초기 분절의 Na⁺ 통로 분포 특성 때문에 CA3 피라미드세포보다 더 탈분극된 역치를 보입니다 ^[3]. 또한 말초 무수신경인 C-섬유에서도 여러 Na⁺ 통로 아형이 활동전위 발생에 차등적으로 기여합니다 ^[4].

혼동 주의! Na⁺-K⁺ 펌프는 활동전위의 탈분극이나 재분극을 직접 일으키는 통로가 아니라, ATP를 사용해 이온 농도 기울기를 유지하는 능동수송체입니다. 활동전위의 빠른 전압 변화는 전압개폐성 Na⁺ 통로와 K⁺ 통로를 통한 이온의 수동적 이동으로 일어납니다.