Hoorcolleges Fysiologie
Hoorcollege 1 – Bio-elektriciteit – Andre Heck
Bio-elektriciteit
Basisbegrippen
- Lading
- Spanning
- Stroom
- Weerstand
- Schakeling
Condensator
- Schakeling
- Oplading/ontlading
Elektrische lading
- Lading Q (in Coulomb C)
- Geladen deeltjes: elektronen, ionen
- Lading is positief of negatief
- Gelijksoortige lading stoot af tegengestelde lading trekt aan
Elektrische spanning
- Een batterij (stroombron) levert elektrische spanning (denk aan “duwkracht” werkend op een geladen
deeltje)
- Symbool in circuit: lange streepje is pluspool
- Symbool: U of V , eenheid: Volt
- Chique naam voor spanning: potentiaal
Alleen het verschil in potentiaal telt!
Potentiaalverschil = elektrische spanning
Elektrische stroom
- Stroom I (in Ampère) is beweging van lading
!"
- Wiskundig: passerende lading per tijdseenheid 𝐼 =
!#
- Afspraak: stroom in circuit loopt van + naar -
- Let op: elektronen zijn negatief (dus bewegen van – naar +)
- Stroom kan alleen in een gesloten elektrische kring lopen
In figuur hiernaast: een kring met een batterij die spanning V levert en een weerstand R
Elektrische weerstand
- Symbool: en
- Stroomsterkte hangt af van
$ &
- Spanning V 𝐼 =% =𝑉∗𝐺 𝑅='
- Mate van weerstand R (in Ohm)
- Wet van Ohm: V = I x R
- In fysiologie: geleidbaarheid g = 1/R, “gemak waarmee stroom loopt”
Eenheid: Mho of Siemens S
Stroomwet van Kirchhoff: som van stromen in een knoop is gelijk aan nul
Spanningswet van Kirchhoff: som van spanningen over een gesloten kring is gelijk aan nul
In serie: 𝑉 = 𝑉& + 𝑉( 𝑒𝑛 𝐼 = 𝐼& = 𝐼( 𝐼𝑅 = 𝑉 = 𝑉& + 𝑉( = 𝐼𝑅& + 𝐼𝑅( = 𝐼(𝑅& + 𝑅( )
Vervangingsweerstand: 𝑅 = 𝑅& + 𝑅(
In parallel:
Wetten van Kirchhoff en Wet van Ohm vervangingsweerstand R te berekenen: 𝑉 = 𝑉& = 𝑉( 𝑒𝑛 𝐼* = 𝐼+ =
, $ $ $" $ $ & &
𝐼& + 𝐼( %
= %! + %"
= % + % = 𝑉(% + % )
! ! " ! "
Geleidbaarheid g = g1 + g2 , som van geleidbaarheden
& & &
Vervangingsweerstand R voldoet aan: % = % + %
! "
Condensator
- Twee metalen platen vlak bij elkaar, gescheiden door medium
- Symbool: twee lange streepjes. of met één gekromd:
- Wat gebeurt er bij sluiting van de schakelaar?
In het begin gaat de stroom er ‘gewoon doorheen’
Maar dit gaat door lading op de platen steeds moeilijker
Daardoor neemt de lading toe, de stroom af, de spanning over de
condensator toe.
Oplading van condensator
Hoeveel lading komt er op de condensator?
- Dit hangt af van de spanning van de batterij en van de eigenschappen van de condensator:
grootte A en afstand d van platen, medium
Maat is capaciteit C (in farad F): hoeveelheid lading per opgelegde spanning:
Condensatoren in serie en parallel
,Ontlading van een condensator
Wiskundig model van ontlading Wiskundig model van oplading
Elektrisch model van celmembraan
- Membraan is een condensator want door semipermeabiliteit via ionkanalen ontstaat ladingsverdeling
aan weerszijden van het membraan.
- Capaciteit, bepaald door dikte lipide dubbellaag, Cm » 1mF/cm2
- Ionkanaal werkt als een batterij met in serie een weerstand.
Elektrisch analogon: parallel ionkanaal en condensator
Hoofdrolspelers voor membraanpotentiaal
- Ionensamenstelling aan weerszijden van het membraan:
K+ meer geconcentreerd binnen de cel
Na+ en Ca2+ meer geconcentreerd buiten de cel
Natrium en kalium zorgen ervoor dat de potentialen “herstellen”
Cl- meer geconcentreerd buiten de cel
- Eiwitten in het celmembraan vormen kanalen en pompen
- Elektrische eigenschappen van membraan hierdoor bepaald
Rustmembraanpotentiaal bij 1 ion
Twee tegen elkaar inwerkende krachten: diffusiekracht ten gevolge van concentratieverschillen
en specifieke permeabiliteit elektrische kracht door tegengestelde ladingen
- Bij evenwicht zijn krachten even groot
- Wet van Nernst: evenwichtspotentiaal (Nernstpotentiaal) is met valentie z, gasconstante R
en temperatuur T
Bij 29.25 oC en met 10-log:
Afspraak: potentiaal aan buitenkant is 0 mV
Rustmembraanpotentiaal bij 2 ionen: K+ en Na+ à à
, −60 100
𝐸,-./01 = ∗ 𝑙𝑜𝑔&2 5 6 = −60𝑚𝑉
10 10
−60 15
𝐸3-#4/01 = ∗ 𝑙𝑜𝑔&2 5 6 = 60𝑚𝑉
1 150
Hodgkin en huxley kwamen erachter dat er 3 belangrijke kanalen zijn, kalium, natrium en rest kanaal
m.b.v. inktvissen
Equivalent elektrisch model voor exciteerbare cel
Hodgkin-Huxley
- Experimenten aan de reuzezenuwvezel van de pijlinktvis
- Elektrisch circuit als neuraal model
Passieve respons van membraan op prikkel Wat bij exciteerbare cellen? Actiepotentiaal!
Vorm van actiepotentiaal
Hoorcollege 1 – Bio-elektriciteit – Andre Heck
Bio-elektriciteit
Basisbegrippen
- Lading
- Spanning
- Stroom
- Weerstand
- Schakeling
Condensator
- Schakeling
- Oplading/ontlading
Elektrische lading
- Lading Q (in Coulomb C)
- Geladen deeltjes: elektronen, ionen
- Lading is positief of negatief
- Gelijksoortige lading stoot af tegengestelde lading trekt aan
Elektrische spanning
- Een batterij (stroombron) levert elektrische spanning (denk aan “duwkracht” werkend op een geladen
deeltje)
- Symbool in circuit: lange streepje is pluspool
- Symbool: U of V , eenheid: Volt
- Chique naam voor spanning: potentiaal
Alleen het verschil in potentiaal telt!
Potentiaalverschil = elektrische spanning
Elektrische stroom
- Stroom I (in Ampère) is beweging van lading
!"
- Wiskundig: passerende lading per tijdseenheid 𝐼 =
!#
- Afspraak: stroom in circuit loopt van + naar -
- Let op: elektronen zijn negatief (dus bewegen van – naar +)
- Stroom kan alleen in een gesloten elektrische kring lopen
In figuur hiernaast: een kring met een batterij die spanning V levert en een weerstand R
Elektrische weerstand
- Symbool: en
- Stroomsterkte hangt af van
$ &
- Spanning V 𝐼 =% =𝑉∗𝐺 𝑅='
- Mate van weerstand R (in Ohm)
- Wet van Ohm: V = I x R
- In fysiologie: geleidbaarheid g = 1/R, “gemak waarmee stroom loopt”
Eenheid: Mho of Siemens S
Stroomwet van Kirchhoff: som van stromen in een knoop is gelijk aan nul
Spanningswet van Kirchhoff: som van spanningen over een gesloten kring is gelijk aan nul
In serie: 𝑉 = 𝑉& + 𝑉( 𝑒𝑛 𝐼 = 𝐼& = 𝐼( 𝐼𝑅 = 𝑉 = 𝑉& + 𝑉( = 𝐼𝑅& + 𝐼𝑅( = 𝐼(𝑅& + 𝑅( )
Vervangingsweerstand: 𝑅 = 𝑅& + 𝑅(
In parallel:
Wetten van Kirchhoff en Wet van Ohm vervangingsweerstand R te berekenen: 𝑉 = 𝑉& = 𝑉( 𝑒𝑛 𝐼* = 𝐼+ =
, $ $ $" $ $ & &
𝐼& + 𝐼( %
= %! + %"
= % + % = 𝑉(% + % )
! ! " ! "
Geleidbaarheid g = g1 + g2 , som van geleidbaarheden
& & &
Vervangingsweerstand R voldoet aan: % = % + %
! "
Condensator
- Twee metalen platen vlak bij elkaar, gescheiden door medium
- Symbool: twee lange streepjes. of met één gekromd:
- Wat gebeurt er bij sluiting van de schakelaar?
In het begin gaat de stroom er ‘gewoon doorheen’
Maar dit gaat door lading op de platen steeds moeilijker
Daardoor neemt de lading toe, de stroom af, de spanning over de
condensator toe.
Oplading van condensator
Hoeveel lading komt er op de condensator?
- Dit hangt af van de spanning van de batterij en van de eigenschappen van de condensator:
grootte A en afstand d van platen, medium
Maat is capaciteit C (in farad F): hoeveelheid lading per opgelegde spanning:
Condensatoren in serie en parallel
,Ontlading van een condensator
Wiskundig model van ontlading Wiskundig model van oplading
Elektrisch model van celmembraan
- Membraan is een condensator want door semipermeabiliteit via ionkanalen ontstaat ladingsverdeling
aan weerszijden van het membraan.
- Capaciteit, bepaald door dikte lipide dubbellaag, Cm » 1mF/cm2
- Ionkanaal werkt als een batterij met in serie een weerstand.
Elektrisch analogon: parallel ionkanaal en condensator
Hoofdrolspelers voor membraanpotentiaal
- Ionensamenstelling aan weerszijden van het membraan:
K+ meer geconcentreerd binnen de cel
Na+ en Ca2+ meer geconcentreerd buiten de cel
Natrium en kalium zorgen ervoor dat de potentialen “herstellen”
Cl- meer geconcentreerd buiten de cel
- Eiwitten in het celmembraan vormen kanalen en pompen
- Elektrische eigenschappen van membraan hierdoor bepaald
Rustmembraanpotentiaal bij 1 ion
Twee tegen elkaar inwerkende krachten: diffusiekracht ten gevolge van concentratieverschillen
en specifieke permeabiliteit elektrische kracht door tegengestelde ladingen
- Bij evenwicht zijn krachten even groot
- Wet van Nernst: evenwichtspotentiaal (Nernstpotentiaal) is met valentie z, gasconstante R
en temperatuur T
Bij 29.25 oC en met 10-log:
Afspraak: potentiaal aan buitenkant is 0 mV
Rustmembraanpotentiaal bij 2 ionen: K+ en Na+ à à
, −60 100
𝐸,-./01 = ∗ 𝑙𝑜𝑔&2 5 6 = −60𝑚𝑉
10 10
−60 15
𝐸3-#4/01 = ∗ 𝑙𝑜𝑔&2 5 6 = 60𝑚𝑉
1 150
Hodgkin en huxley kwamen erachter dat er 3 belangrijke kanalen zijn, kalium, natrium en rest kanaal
m.b.v. inktvissen
Equivalent elektrisch model voor exciteerbare cel
Hodgkin-Huxley
- Experimenten aan de reuzezenuwvezel van de pijlinktvis
- Elektrisch circuit als neuraal model
Passieve respons van membraan op prikkel Wat bij exciteerbare cellen? Actiepotentiaal!
Vorm van actiepotentiaal
