College 1. Membraanpotentiaal
Membraaneigenschappen
• Intracellulaire vloeistof (ICF): veel K+, weinig Na+
• Extracellulaire vloeistof (ECF): Veel Na+, weinig K+
• Dubbele fosfolipidelaag (barrière)
o Hydrofobe staart (groot) naar binnen gericht
o Hydrofiele kop (klein) naar buiten gericht
• Vetoplosbare stoffen (hormonen, ibuprofen) makkelijk
door membraan
• Ionen diffunderen door watergevulde poriën:
doorlaatbaarheid à selectieve ionkanalen
o Non-gated: lekkanalen, altijd open!
o Gated = dicht, tenzij …
§ Spanningsafhankelijk: concentratie
binnen en buiten cel
§ Transmitter-geactiveerd: binding
molecuul op receptor
§ 2nd Messenger: binding stofje
binnenkant
§ Mechanisch geactiveerd: vervorming
• Transport via kanalen of carriers
o Kanalen: open verbinding, passief
o Carriers: geen open verbinding, passief of actief (tegen gradiënt in pompen)
Passief transport
- Met gradiënt mee
- Geen energie nodig
- (Gefaciliteerde) diffusie
Actief transport
- Tegen gradiënt in
- Kost (indirect) energie
,Neurale communicatie
• Rustmembraanpotentiaal = -70 mV
o Overschot aan negatieve lading aan binnenkant cel; Binnenkant is negatief
t.o.v. buitenkant!
o Lekkanalen K+ >> Na+ à , Pk+ >> PNa+
o In rust
o Alleen lekkanalen zijn open
o Afhankelijk van ionen: Na+, K+ en Cl-
o Na+/K+ pomp compenseert lekstromen, handhaaft concentratiegradiënt
§ 3 Na+ de cel uit en 2 K+ cel in
§ Actieve pomp: tegen gradiënt in à kost ATP (energie)
o Evenwichtspotentiaal Cl- (-80 mV) ligt dichtbij rustpotentiaal, dus zal
rustpotentiaal stabiliseren à effect Cl- is beperkt
o Effect ion is afhankelijk van
§ Lading ion
§ Concentratiegradiënt
§ Permeabiliteit (P) = (lek)kanalen!
• Evenwichtspotentiaal = afhankelijk van elektrochemische gradiënt; verschilt per ion
• Chemische gradiënt = concentratieverschil
• Elektrische gradiënt = spanningsverschil
o K+
§ Cel alleen doorlaatbaar voor K+
§ Begin: Rustpotentiaal -70 mV: veel K+ intracellulair en weinig
extracellulair. Binnenkant cel negatief en buitenkant cel positief
§ Gevolg: Meer K+ intracellulair (IN), dus K+ naar extracellulair (EX)
(chemische gradiënt) à Positieve lading verdwijnt intracellulair, dus
cel sterk negatief!
§ Elektrische gradiënt: positief naar negatief, dus pijl naar binnen gericht
§ Evenwichtspotentiaal (E) = evenveel K+ IN als EX, dus chemische
gradiënt gelijk aan elektrische gradiënt maar tegengesteld
§ EK+ = - 90 mV
o Na+
§ Cel alleen doorlaatbaar voor Na+
§ Begin: Rustpotentiaal -70 mV: veel Na+ extracellulair en weinig
intracellulair. Binnenkant cel negatief en buitenkant cel positief
§ Gevolg: Meer Na+ extracellulair, dus Na+ naar intracellulair
(chemische gradiënt) à Positieve lading naar IN, dus cel sterk positief!
§ ENa+ = + 40 mV
,Nernst-vergelijking: berekenen evenwichtspotentiaal van bepaald ion
Omschrijven tot:
Kation = positief geladen ion (bijv. Na+)
Anion = negatief geladen ion (bijv. Cl-)
Goldman-Hodgkin-Katz vergelijking: berekenen membraanpotentiaal gebaseerd op
elektrische gradiënt van alle doorlaatbare ionen (Na+, K+ en Cl-)
Let op: bij Pcl zijn I en O
omgedraaid t.o.v. Pk en Pna
• Actiepotentiaal (AP)
o Drempelwaarde: “voldoende” Na+ kanalen open à Na+ influx > K+ efflux
o Depolarisatie: openen spanningsafhankelijke Na+ kanalen. Positieve
feedback: meer Na+ in cel à cel nog positiever à nog meer
spanningsafhankelijke Na+ kanalen open; “Regeneratieve Na+ stroom”
o Piek: inactivering Na+ en langzaam openen van K+ kanalen (begin
repolarisatie)
o Hyperpolarisatie: Na” inactief, K+ kanalen gaan langzaam dicht en lekkanalen
nog steeds actief zijn
o Refractaire periode: inactivering Na+; AP wordt niet of moeilijker opgewekt
§ Absolute refractie: te veel Na+ kanalen inactief
§ Relatieve refractie: iets meer Na+ kanalen open om met versterkte
prikkel depolarisatie op gang te brengen die drempelwaarde wel haalt,
zorgt voor nieuwe AP
Tijdsafhankelijk: tijdens repolarisatie zullen
eerste Na+ kanalen die geïnactiveerd zijn,
ook als eerste weer herstellen van inactivatie
Refractaire periode: 50% van Na+ kanalen zijn
inactief
Tetrodotoxine (TTX) à blokkeert Na+ kanalen à
stopt Na+ instroom
, Geleiding van actiepotentiaal
- AP loopt van rechts naar links
- Stukje membraan naast AP wordt gedepolariseerd à AP wordt opnieuw opgewekt
(in één richting!)
- AP niet naar rechts door refractaire periode (Na+ kanalen zijn nog inactief!)
Verschillende vormen van geleiding
1. Passieve voortgeleiding van onderdrempelige potentialen langs dendrieten
a. Onderdrempelig signaal: lading lekt weg door lekkanalen à signaal wordt
steeds kleiner
b. Amplitude neemt af
2. Voortgeleiding van actiepotentialen (niet-gemyeliniseerd)
a. AP wordt iedere keer opgewekt
b. Amplitude neemt niet af
c. Geleiding gaat langzaam
3. Snelle voortgeleiding van actiepotentialen (gemyeliniseerd)
a. Myeline versnelt geleiding (axonen)
b. Stukken myeline dekken lekkanalen af à minder lekstroom à kost minder
ATP
c. Tussen stukjes myeline zit Knoop van Ranvier (alleen spanningsafhankelijke
Na+ kanalen)
d. AP slaat stukken myeline over, springt van knoop naar knoop à AP treedt op
in Knopen van Ranvier
e. Amplitude neemt niet af
Actiepotentialen worden altijd zonder verlies van amplitude voortgeleid over axonen, zowel
gemyeliniseerde als niet-gemyeliniseerde axonen!!
Membraaneigenschappen
• Intracellulaire vloeistof (ICF): veel K+, weinig Na+
• Extracellulaire vloeistof (ECF): Veel Na+, weinig K+
• Dubbele fosfolipidelaag (barrière)
o Hydrofobe staart (groot) naar binnen gericht
o Hydrofiele kop (klein) naar buiten gericht
• Vetoplosbare stoffen (hormonen, ibuprofen) makkelijk
door membraan
• Ionen diffunderen door watergevulde poriën:
doorlaatbaarheid à selectieve ionkanalen
o Non-gated: lekkanalen, altijd open!
o Gated = dicht, tenzij …
§ Spanningsafhankelijk: concentratie
binnen en buiten cel
§ Transmitter-geactiveerd: binding
molecuul op receptor
§ 2nd Messenger: binding stofje
binnenkant
§ Mechanisch geactiveerd: vervorming
• Transport via kanalen of carriers
o Kanalen: open verbinding, passief
o Carriers: geen open verbinding, passief of actief (tegen gradiënt in pompen)
Passief transport
- Met gradiënt mee
- Geen energie nodig
- (Gefaciliteerde) diffusie
Actief transport
- Tegen gradiënt in
- Kost (indirect) energie
,Neurale communicatie
• Rustmembraanpotentiaal = -70 mV
o Overschot aan negatieve lading aan binnenkant cel; Binnenkant is negatief
t.o.v. buitenkant!
o Lekkanalen K+ >> Na+ à , Pk+ >> PNa+
o In rust
o Alleen lekkanalen zijn open
o Afhankelijk van ionen: Na+, K+ en Cl-
o Na+/K+ pomp compenseert lekstromen, handhaaft concentratiegradiënt
§ 3 Na+ de cel uit en 2 K+ cel in
§ Actieve pomp: tegen gradiënt in à kost ATP (energie)
o Evenwichtspotentiaal Cl- (-80 mV) ligt dichtbij rustpotentiaal, dus zal
rustpotentiaal stabiliseren à effect Cl- is beperkt
o Effect ion is afhankelijk van
§ Lading ion
§ Concentratiegradiënt
§ Permeabiliteit (P) = (lek)kanalen!
• Evenwichtspotentiaal = afhankelijk van elektrochemische gradiënt; verschilt per ion
• Chemische gradiënt = concentratieverschil
• Elektrische gradiënt = spanningsverschil
o K+
§ Cel alleen doorlaatbaar voor K+
§ Begin: Rustpotentiaal -70 mV: veel K+ intracellulair en weinig
extracellulair. Binnenkant cel negatief en buitenkant cel positief
§ Gevolg: Meer K+ intracellulair (IN), dus K+ naar extracellulair (EX)
(chemische gradiënt) à Positieve lading verdwijnt intracellulair, dus
cel sterk negatief!
§ Elektrische gradiënt: positief naar negatief, dus pijl naar binnen gericht
§ Evenwichtspotentiaal (E) = evenveel K+ IN als EX, dus chemische
gradiënt gelijk aan elektrische gradiënt maar tegengesteld
§ EK+ = - 90 mV
o Na+
§ Cel alleen doorlaatbaar voor Na+
§ Begin: Rustpotentiaal -70 mV: veel Na+ extracellulair en weinig
intracellulair. Binnenkant cel negatief en buitenkant cel positief
§ Gevolg: Meer Na+ extracellulair, dus Na+ naar intracellulair
(chemische gradiënt) à Positieve lading naar IN, dus cel sterk positief!
§ ENa+ = + 40 mV
,Nernst-vergelijking: berekenen evenwichtspotentiaal van bepaald ion
Omschrijven tot:
Kation = positief geladen ion (bijv. Na+)
Anion = negatief geladen ion (bijv. Cl-)
Goldman-Hodgkin-Katz vergelijking: berekenen membraanpotentiaal gebaseerd op
elektrische gradiënt van alle doorlaatbare ionen (Na+, K+ en Cl-)
Let op: bij Pcl zijn I en O
omgedraaid t.o.v. Pk en Pna
• Actiepotentiaal (AP)
o Drempelwaarde: “voldoende” Na+ kanalen open à Na+ influx > K+ efflux
o Depolarisatie: openen spanningsafhankelijke Na+ kanalen. Positieve
feedback: meer Na+ in cel à cel nog positiever à nog meer
spanningsafhankelijke Na+ kanalen open; “Regeneratieve Na+ stroom”
o Piek: inactivering Na+ en langzaam openen van K+ kanalen (begin
repolarisatie)
o Hyperpolarisatie: Na” inactief, K+ kanalen gaan langzaam dicht en lekkanalen
nog steeds actief zijn
o Refractaire periode: inactivering Na+; AP wordt niet of moeilijker opgewekt
§ Absolute refractie: te veel Na+ kanalen inactief
§ Relatieve refractie: iets meer Na+ kanalen open om met versterkte
prikkel depolarisatie op gang te brengen die drempelwaarde wel haalt,
zorgt voor nieuwe AP
Tijdsafhankelijk: tijdens repolarisatie zullen
eerste Na+ kanalen die geïnactiveerd zijn,
ook als eerste weer herstellen van inactivatie
Refractaire periode: 50% van Na+ kanalen zijn
inactief
Tetrodotoxine (TTX) à blokkeert Na+ kanalen à
stopt Na+ instroom
, Geleiding van actiepotentiaal
- AP loopt van rechts naar links
- Stukje membraan naast AP wordt gedepolariseerd à AP wordt opnieuw opgewekt
(in één richting!)
- AP niet naar rechts door refractaire periode (Na+ kanalen zijn nog inactief!)
Verschillende vormen van geleiding
1. Passieve voortgeleiding van onderdrempelige potentialen langs dendrieten
a. Onderdrempelig signaal: lading lekt weg door lekkanalen à signaal wordt
steeds kleiner
b. Amplitude neemt af
2. Voortgeleiding van actiepotentialen (niet-gemyeliniseerd)
a. AP wordt iedere keer opgewekt
b. Amplitude neemt niet af
c. Geleiding gaat langzaam
3. Snelle voortgeleiding van actiepotentialen (gemyeliniseerd)
a. Myeline versnelt geleiding (axonen)
b. Stukken myeline dekken lekkanalen af à minder lekstroom à kost minder
ATP
c. Tussen stukjes myeline zit Knoop van Ranvier (alleen spanningsafhankelijke
Na+ kanalen)
d. AP slaat stukken myeline over, springt van knoop naar knoop à AP treedt op
in Knopen van Ranvier
e. Amplitude neemt niet af
Actiepotentialen worden altijd zonder verlies van amplitude voortgeleid over axonen, zowel
gemyeliniseerde als niet-gemyeliniseerde axonen!!
