De actiepotentiaal
Depolarisatie = potentiaal hogerdan rust potentiaal
Hyperpolarisatie = potentiaal lagerdan rust potentiaal
Veranderende dynamiek van open en sluiten van ionkanalen
2 soorten spanningsveranderingen 1. Passieve geleiding van spanning 2. Actieve geleiding van spanning
Permeabiliteit - in rust: permeabiliteit van K >> dan P van N - Tijdens actiepotentiaal: permeabiliteit van N >> - terug richting evenwichtspotentiaal: permeabiliteit van K >>
4 fasen van de actiepotentiaal 1. Rust fase a. Lekkende kalium kanalen open b. Evenwicht: diffusie- en elektrische stroom zijn gelijk c. Hoge permeabiliteit voor kalium potentiaal ligt dicht bij evenwichtspotentiaal van kalium bij - 2. Depolarisatie a. Natrium en kalium kanalen zijn open b. Snelle influx van natrium en minder snelle efflux van kalium 3. Repolarisatie a. Natrium kanalen inactief b. Kalium kanalen open 4. Rust fase
Technieken voor het meten en isoleren van ionstromen
- Voltage Clamp techniek
Een axon ligt dan in een bad met zout water. Hierin zitten ook twee elektrodes en een buisje waarmee je elke gewenste membraan spanning kan opwekken ionstromen meten.
Je stelt dan in welke spanning je wil hebben, er wordt gemeten welke spanning je nu wil hebben en dan wordt er een verschil signaal gegenereerd die wordt toegediend aan de neuron.
Kijken naar de ionen permeabiliteit door te kijken naar de eigenschappen van de originele binnenkomende en uitgaande stroom.
- Patch clamp techniek
- Hier wordt de stroom gemeten bij een heel klein stukje membraan waar vaak maar één kanaal zit.
- de eigenschappen van een kanaal bepalen
- inwaartse en uitwaartse stromen te meten.
Tussendoor: weergave van wanneer K en Na stromen voorkomen
- Na gaat in de cel
o snel snelle activatie en inactivatie
o stroom is kort aanwezig
- K gaat uit de cel
o trage opstart
Spanningsafhankelijke Na-kanalen
Zitten vooral in de axon hillock en op de axon
hebben een activatiepoort en inactivatiepoort, hiermee reageren ze op het membraanpotentiaal en doen dit heel snel.
o Bij inactivatie staat de activatiepoort wel open maar de
inactivatiepoort dus niet.
Spanningsafhankelijke K + kanalen:
Bij axon hillock en op het axon
Hebben alleen een activatiepoort en reageren daarmee op veranderingen in het membraanpotentiaal
Dicht trage opening depolarisatie gaan traag dicht bij repolarisatie
Daarom heb je ook dat net voor de rust dat je even hyperpolarisatie hebt omdat denatrium kanalen dan al inactief zijn, maar de kalium kanalen nog niet helemaal dicht zijn.
De organisatie/structuur van het spanningsgevoelige natriumkanaal kunnen beschrijvenen hoe veranderingen in ionkanaaleigenschappen kunnen leiden tot neurologischeziektebeelden
Spanningsafhankelijke kanalen
Natrium
Kalium
Chloor
Calcium
Macro-structuur van een ionkanaal - Opgebouwd uit subunits
o 1 subunit = tertaire structuur
o Alle subunits = quaternaire structuur
- Na = 1 eiwit met 4 transmembraandomeinen
o elk domein = 6 Alfa-helixen
elk domein heeft voltage sensor in elke loop tussen de domeinen selectiviteitsfilter
- bindingsplaatsen op het kanaal = beta-subunit (voor vb TTX e schorpion gif)
o Vb. lidocaine kan binden aan de alfa helix en kan
voor een lokale verdoving zorgen. Dit wordtgebruikt bij tandartsen.
o Er kunnen heel veel puntmutaties zorgen voor
ziektes zoals spierziektes of epilepsie. Dit heet eenchannelopathy = ziekte van een ionkanaal.
o De functie van de mutanten kan je meten in
oocyten, dat zijn eitjes van een pad. Je kunt danmessenger RNA injecteren in de cellen en diekomen dan tot expressie in de cellen. Je kan dan metelektrodes de spanning meten.
absoluut en relatieve refractaire periodede inactivatie van de Na-kanalen samen met de activatie van K-kanalen liggen ten grondslag aan de refractaire periode
Refractaire periodes:Absolute refractaire periode = Hier kan echt geen actie potentiaalkomen door een tweede stimulusRelatieve refractaire periode = Hier kan je met een nog sterkerestimulus een nieuwe actiepotentiaal opwekken
Experimenteel kan je dit door een hele lange stimulus op de drempel te geven of meerdere stimuli achter elkaar.
Wanneer je een boven drempel stimulus toepast dan krijg je bij de langere stimulus veel kortere intervallen dan bij een stimulus op de drempel. Een lange sterkere stimulus leidt alleen tot een hogere frequentie, niet een hogere amplitude.
o niet een hogere frequentie want het is altijd een alles of niks respons
o met frequenties zordt de sterkte van de impuls gecodeerd
- een sterkere depolarisatie produceert een hogere vuurfrequentie
hoe kan je de absoluut en relatief refractaire periodes meten??
Passief en actief spanningsverloop over een axon bij onderdrempelige enbovendrempelige stimulatie
- Axonen zijn hele slechte geleiders, want de stroom lekt weg uit de membranen passieve vorm van voortgeleiding.
o de stroom lekt heel snel weer weg
Hoe verspreid de stroom zich over de axon??lengteconstante λ/electronische lengte =Op een afstand van λ mm van de plaats van de stroominjectie bedraagt despanningsverandering nog slechts 37% (1/e) van de oorspronkelijke
signaal over lange afstanden te transporteren actie potentiaal
synaptische transmissie
2 vormen van synaptische transmissie1. elektrische synaps - snelle manier van overdracht neurotransmitters gaan door gap junction meteen de andere cel in - gap junctions:
o opgebouwd uit 2 hemikanalen (staan dicht tegen elkaar aan)
o 2 hemikanalen = connexon
o connexon is opgebouw uit 6 sub-units (connexines)
o N en c terminal aan de binnenkant van de cel
o kopellen celmembranen heel lage synaptic delay snelle signaal
overdracht
o het signaal kan twee richtingen op
o vooral in hartspier en gladde spiercellen
2. chemische synaps - neurotransmitters worden losgelaten in de synaptische spleet en geven via receptoren een signaal door trage overdracht
o post en presynaptisch neuron zitten verder
o synaptisch delay is groter
- neuromusculaire verbinding
Welke type neurotransmitters vinden we in blaasjes?
Eeter:
- Glutamaat - GABA - ATP
Caticholamines:
- Dopamine - Adrenaline - Noradrenaline - Serotonine
- Histamine
Peptide (bestaan uit een eiwit):
- BDNF
kleine molecuul neurotransmitters vs peptide neurotransmitterskleine molecuul neurotransmitters - synthes is het cellichaam - getransporteerd naar presynaptische membraan en daar in blaasjes gedaan - na het loslaten in de synapts worden ze heropgenomen - blaasjes = small clear-core vesciclespeptide neurotransmitters - synthes in cellichaam - via microtubilli naar het presynaptische membran waar ze worden afgemaakt - vrijgelaten en daarna afgebroken door proteolytische enzymen - blaasjes = dense core vescicles (wanr ze bestaan uit eiwitten)
neurotransmitter afgifte
- actiepotentiaal bij presynaptische membraan
- calcium kanalen open calcium influx
- blaasjes fuseren met presynaptische membraan
- diffusie van neurotransmitters
- afhankelijk van de functie zullen er kanalen open of dicht gaan
- neurotrabsmitters trerug opgenomen
neuronen die meerdere neutransmitters kunnen maken of vrijlaten = co-transmitters
bewijs van de belangerijke rol van calcium - toename van presynaptisch Ca2+ concentratie brengt de transmitter release op gang - bij afwezigheid van calcium zal er in het postsynaptische membraan geen actiepotential komen
o zonder natrium nog wel een actiepotentaal door calcium
2 manieren om calciumafhankelijkheid te laten zien 1. injectie van Ca2+ buffer in presynaptische element geen actuepotentiaal in postsynaptisch element 2. injectie van Ca2+ in het presynatische membraan geeft een vrijlating van neurotransmitters zonder actie potentiaal
- Veel EPP ( excitatoire postsynaptische potentiaal) met verschillende groten
- vercshillende grote groepjes van neurotransmitters kunnen worden losgemaakt
- afgegevn hoeveelheid was altijd in meervoud van elkaar
o spontane EPP (amplitude = 0 mV), het leek erop dat pakketjes
neurotyransmitter afgegevn maakten die het meervoud maken van hetoorspronkelijke respons
- depolarisatie hangt sterk samen met neurotransmitter afgifte
- afgeven van 1 groepje neurotransmitters is dan gelijk aan een MEPP
- hoeveelhei losgelaten neurotranslitters loopt evenredig met de productie van blaasjes
Quantale analyse van de EPSP/IPSP wordt gebruikt om het aantal transmitter lozende blaasjes tebepalen. In elk blaasje zitten ongeveer 10 neurotransmitters
acthylcholine: metabolisme van een neurontransmitter
Als je de receptoren activeert met acetylcholine kan je in de neuromusculaire synaps de respons zienmet de outside-out membrane patch (achetyhlcholine receptoren). De totale stroom die ontstaatdoordat ACh zorgt dat alle kanalen open gaan is de end plate current (EPC) -> depolarisatie.
De metingen van een enkele receptor is gedaan met de patch-clamp techniek.
Omkeerpotentiaal = Wanneer de permeabiliteit voor twee ionen even groot is (aselectief) en hetmoment dat een hyperpolarisatie dan omschakelt in een depolarisatie.EPC = gACh (Vm – Erev)
Erev (omkeerpotentiaal)
Vb. Evenwichtspotentiaal natrium ligt op +70 en die van kalium op -70 dan is de omkeerpotentiaal op0. Als de permeabiliteit verandert verschuift de curve ook. Als er een hogere permeabiliteit voornatrium komt dan schuift hij naar links (negatiever) en hogere permeabiliteit voor kalium naar rechts(positiever).
Wanneer er zo goed als een evenwichtspotentiaal wordt bereikt van één van de twee ionen zal hetandere ion zorgen voor de lading die er is, want de andere is in evenwicht.
- Bij een stroom van 0 dan heb je geen potentiaal
(evenwichtspotentiaal/omkeerpotentiaal voor deze receptor).
- Bij -100 is natrium dus volledig verantwoordelijk voor een depolarisatie (efflux natrium)
- bij +70 (evenwichtspotentiaal voor Kalium) is kalium verantwoordelijk voor de uitwaartsestroom en zorgt voor hyperpolarisatie
effect van ionkanaal selectiviteit op de omkeerpotentiaal
bij de omkeerpotentiaal draait het van efflux naar influx of van influx vanefflux
Iontrope receptoren: ionen stromen door het receptorkanaal
postsynapticche responses mediated by ionotropic glutamate receptoren
Inhibitoire neurotransmitter = GABA hyperpolariseerd/remt
GABA ontstaat uit glutamaat. Het kan dan aangrijpen of iontrope of metabotrope receptoren. GABAis doorlaatbaar voor chloride en bij binding van GABA krijg je een influx van chloride.
- Dit kanaal kan door verschillende stoffen beïnvloed worden zoals steroïde, ethanol etc. Die modulatoren/neurotransmitters veranderen de membraanpotentiaal doordat ze de permeabiliteit van ionen beïnvloeden.
- in de normale situatie verzorgt GABA de inhibitie dmv activatie van de GABAa receptor die permeabel is voor chloride
o Bij activatie wordt normaal de receptor permeabel voor chloride.
- Met de Nernst vergelijking kan je de evenwichtspotentiaal berekenen voor chloride en daar gaat het membraan dan voor streven waardoor je dus hyper of depolarisatie krijgt.
- In de normale situatie is de concentratie chloride in de cel laag ten opzichte van buiten de cel, dit wordt in stand gehouden door de kanalen (chloride-kalium transporters en GABA transporters) sterk hyperpolariswerende respons bij activatie van de GABAa receptor
In het ontwikkelde brein verzocht GABA excitatie doordat er een hoge concentratie chloride in de celzit ten opzichte van buiten de cel. Hierdoor gaat bij binding van GABA gaat chloride de cel uit, wantde evenwichtspotentiaal is heel anders.
Twee type neurotransmitter receptoren:
- ligand-gated ion channels
- ionotroop
- nicotine
- snel
- G-protein-coupled receptors
- metabotroop
- muscarine
- langzaam
GABAb receptoren zorgen voor langzame inhibitie
Temporele en spatiele integratie
Spatiele integratie = Er komen signalen op verschillende plekken van het axon en die samen voegen samen tot één actie potentiaal
Temporele integratie = Er komen een paar actie potentialen heel snel achter elkaar waardoor je één lange actie potentiaal krijgt.
Dit kan ook gemixtmet excitatoire eninhibitoire potentialen.
Shunting inhibitie = Heb je opde plek van je elektrotonischelengte (labda) een inhibitoiresynaps (GABA) dan meet jegeen respons meer.
