THEMA 6
De Elektrofysiologie van de cel. De evolutie Fysiologie is nauw verbonden met de wetten van
Electromagnetisme in de Fysica :
1 Ampère = 1Coulomb stroom per seconde
1 Coulomb = 6.24 x 1018 elektronen
➔ Onderliggende principes :
Anionen en kationen hebben
een lading: q= Z*e
z = valentie: +1 for K+, -1 for Cl-
e = unitaire lading in Coulombs
= 1.6022 * 10-9 C
De dielectrische constante (ɛ)
drukt de mogelijkheid uit van
een medium om te
polarizeren. (vb ɛ van water is
~40 keer die van een lipide
membraan). Dit staat in relatie
met de moeilijkheid om ionen
in een membraan ‘op te
lossen’ en waarom een
permeatie mechanisme nodig
is.
Electrisch veld over een membraan is: E = Vm (membrane potential)
a (distance across membrane)
Als Vm = -100mV and a = 4nm than E = ~250000V/cm (gebruikt door voltage-
geactiveerde kanalen). Toch wel stevig en dus niet te verwaarlozen.
A. Micro-elektrode methode
We steken micro-elektrode in neuron en meten het voltage ervan. Die elektrode
bestaat uit zilver en adhv elektronen (hier zilverchloride) ga je de stroom kunnen
meten.
B. Fluorescentie methode
De fluorescerende verf die we in de cel gaan steken, gaat reageren op een
verandering in de membraanvoltage.
(weten dat het bestaat, niet enkel met voltage met ook met visuele methode
adhv speciale verf molecules.)
, (niet in detail, bv <1micrometer enz, niet op examen.)
Kandidaten voor ion transport:
1) Ion kanalen
2) Electrogene transporter
Echter, blok van Na-K ATPase met ouabain geeft enkel een 1.4 mV verschuiving in Vm -> dus
transporters bouwen gradient op maar genereren niet de Vm Experiment: Vm in kikkerspier
is afhankelijk van extracellulaire K+ concentratie -> ion-gradient beïnvloedt Vm.
Flux van ion X is afhankelijk van:
- concentratie gradient van X
- membraan potentiaal Vm
- membraan-permeabiliteit voor X (Px)
we weten dat de stroom die gedragen wordt,
wordt gedragen door ionen die verschillend zijn
aan beide kanten van de membraan (membraan
potentiaal en permeabiliteit).
, Het Proces van de ionen permeatie = elektrodiffusie. Die veronderstelling volgt een model
dat gebaseerd is op de nernst planck diffusie theorie:
Goldman-Hodgkin-Katz (GHK) current equation: predicts ion flow
Applied constant field to Nernst-Planck electrodiffusion with the following assumptions
(veronderstellingen):
1) the membrane is homogenous (in vivo al zeker niet het geval)
2) voltage varies linear with distance across membrane (= constant field assumption)
3) ions move independent (beweging is onafhankelijk van andere ionen, dus bv als
water erbij komt zullen de ionen niet mee bewegen)
4) permeability Px is constant
Als je al deze parameters in veronderstelling brent en je vult die in in de vergelijking van
Nernst, verkrijg je deze vergelijking:
Equilibrium potentiaal (=reversel potential), als je deze hebt, verkrijg je een binnenwaardse
stroom (gedefinieerd als negatieve stroom). Als het naar buiten gaat, verkrijg je een
uitwaardse stroom.
Kalium : als je de berekening maakt, krijg je een voltage. Als je de stroom gelijkt stelt aan 0 is
de Goldamn-Hodgkin-Katz current equation gewoon de nernst vergelijking en kan je de
equilibrium potentiaal berekenen van een bepaald ion (in dit geval -95mV). als we meer
negatief gaan hebben we inwaardse stroom, en dan werkt er een dreigkracht op de ionen.
Aan de andere kant zit er een uitwaardse dreigkracht op die ionen.
y-as: stroom
x-as: voltage -> stroom/voltage curve
➔ Dit is een van Dé belangrijkste basisprincipes dat ede lektrische signalering in ons
lichaam onderbouwt. => Ereversal = Eequilibrium = ENernst
De Elektrofysiologie van de cel. De evolutie Fysiologie is nauw verbonden met de wetten van
Electromagnetisme in de Fysica :
1 Ampère = 1Coulomb stroom per seconde
1 Coulomb = 6.24 x 1018 elektronen
➔ Onderliggende principes :
Anionen en kationen hebben
een lading: q= Z*e
z = valentie: +1 for K+, -1 for Cl-
e = unitaire lading in Coulombs
= 1.6022 * 10-9 C
De dielectrische constante (ɛ)
drukt de mogelijkheid uit van
een medium om te
polarizeren. (vb ɛ van water is
~40 keer die van een lipide
membraan). Dit staat in relatie
met de moeilijkheid om ionen
in een membraan ‘op te
lossen’ en waarom een
permeatie mechanisme nodig
is.
Electrisch veld over een membraan is: E = Vm (membrane potential)
a (distance across membrane)
Als Vm = -100mV and a = 4nm than E = ~250000V/cm (gebruikt door voltage-
geactiveerde kanalen). Toch wel stevig en dus niet te verwaarlozen.
A. Micro-elektrode methode
We steken micro-elektrode in neuron en meten het voltage ervan. Die elektrode
bestaat uit zilver en adhv elektronen (hier zilverchloride) ga je de stroom kunnen
meten.
B. Fluorescentie methode
De fluorescerende verf die we in de cel gaan steken, gaat reageren op een
verandering in de membraanvoltage.
(weten dat het bestaat, niet enkel met voltage met ook met visuele methode
adhv speciale verf molecules.)
, (niet in detail, bv <1micrometer enz, niet op examen.)
Kandidaten voor ion transport:
1) Ion kanalen
2) Electrogene transporter
Echter, blok van Na-K ATPase met ouabain geeft enkel een 1.4 mV verschuiving in Vm -> dus
transporters bouwen gradient op maar genereren niet de Vm Experiment: Vm in kikkerspier
is afhankelijk van extracellulaire K+ concentratie -> ion-gradient beïnvloedt Vm.
Flux van ion X is afhankelijk van:
- concentratie gradient van X
- membraan potentiaal Vm
- membraan-permeabiliteit voor X (Px)
we weten dat de stroom die gedragen wordt,
wordt gedragen door ionen die verschillend zijn
aan beide kanten van de membraan (membraan
potentiaal en permeabiliteit).
, Het Proces van de ionen permeatie = elektrodiffusie. Die veronderstelling volgt een model
dat gebaseerd is op de nernst planck diffusie theorie:
Goldman-Hodgkin-Katz (GHK) current equation: predicts ion flow
Applied constant field to Nernst-Planck electrodiffusion with the following assumptions
(veronderstellingen):
1) the membrane is homogenous (in vivo al zeker niet het geval)
2) voltage varies linear with distance across membrane (= constant field assumption)
3) ions move independent (beweging is onafhankelijk van andere ionen, dus bv als
water erbij komt zullen de ionen niet mee bewegen)
4) permeability Px is constant
Als je al deze parameters in veronderstelling brent en je vult die in in de vergelijking van
Nernst, verkrijg je deze vergelijking:
Equilibrium potentiaal (=reversel potential), als je deze hebt, verkrijg je een binnenwaardse
stroom (gedefinieerd als negatieve stroom). Als het naar buiten gaat, verkrijg je een
uitwaardse stroom.
Kalium : als je de berekening maakt, krijg je een voltage. Als je de stroom gelijkt stelt aan 0 is
de Goldamn-Hodgkin-Katz current equation gewoon de nernst vergelijking en kan je de
equilibrium potentiaal berekenen van een bepaald ion (in dit geval -95mV). als we meer
negatief gaan hebben we inwaardse stroom, en dan werkt er een dreigkracht op de ionen.
Aan de andere kant zit er een uitwaardse dreigkracht op die ionen.
y-as: stroom
x-as: voltage -> stroom/voltage curve
➔ Dit is een van Dé belangrijkste basisprincipes dat ede lektrische signalering in ons
lichaam onderbouwt. => Ereversal = Eequilibrium = ENernst
