Hoofdstuk 6: Elektrofysiologie
6.1 Basisbeginselen
cel volledig omgeven door membraan => onderscheid intracellulair en extracellulair milieu
celmembraan:
- twee lagen fosfolipiden, met hydrofiele koppen aan buitenkant en hydrofobe staarten aan
binnenkant
- eiwitten, vetten etc ingebed met sommige eiwitten over het volledige membraan als kanaal
Onder normale omstandigheden, bijna niet doorlaatbaar voor geladen of hydrofiele (polaire) stoffen
transport noodzakelijk
mogelijkheid om ladingsverschillen op te bouwen over het celmembraan => membraan
potentiaal
Stoffen die wel vrij door het membraan kunnen bewegen => apolaire moleculen, want hebben geen
last van de hydrofobe binnenste laag, sommige kleine polaire moleculen kunnen ook diffunderen bv.
water
Membraanpotentiaal
= transmembraanpotentiaal of membraanspanning
- bij alle cellen maar variabel bij exciteerbare cellen (neuronale, spiercellen, endocriene cellen)
- scheiding van lading langs een dun membraan met selectieve permeabiliteit => potentiaal
- membraanpotentiaal in millivolts (mV) intracellulair tov extracellulair => negatieve
membraanpotentiaal = meer negatieve lading intracelullair tov extracellulair
- rustpotentiaal typisch tussen -40 mV en -80 mV
Welke ionen spelen een rol?
- Na+ en Cl- hoogste concentratie extracellulair
- K+ hoogste concentratie intracellulair
- Ca2+ zeer lage concentratie intracellulair
- A-: negatief geladen molecules zoals proteines, aminozuren, nucleotide, DNA, RNA etc ion
waar positieve ionen naar worden aangetrokken, waardoor een object te groot wordt om het
ionenkanaal te passeren
=> membraanpotentiaal bepaald door permeabiliteit voor deze ionen
Ionentransport
Gefaciliteerde diffusie van ionen
- door ionkanalen ‘bergafwaarts’ bepaald door elektrochemische gradiënt
Primair actief transport (pompen):
- vraagt energie (ATP) bv Na+/K- pomp => omzetten van chemische energie in een andere vorm
(gradient van ion concentraties) => kan gebruikt worden in secundair actief transport
Secundair actief transport
- iontransport over membraan faciliteert transport van andere ionen
,Ionenkanalen
- selectieve permeabiliteit (ionenspecifiek) door grootte/lading ion
- zeer snel ionentransport (10^8 ionen/sec)
- ladingsveranderingen thv celmembraan
Soorten ionenkanalen
- lekkage ionenkanalen
o permeabilitiet constant (altijd open)
- gated ionenkanalen (met een poort)
o permeabiliteit bepaald door chemisch signalen, potentiaal, temperatuur of
mechanische kracht
- drie functionele toestanden:
o gesloten maar kan direct open, als reactie op juiste signaal
o open
o inactieve of refractaire toestand (kanaal “geblokkeerd” – en niet of nauwelijks meer
open)
Na+ kanalen (open/gesloten/inactief) <> K+ kanalen (open/gesloten)
- Spanningsafhankelijke ionenkanalen:
o Spanningssensor die ionenkanaal reguleert obv veranderingen in
membraanpotentiaal
o potentiaalverandering voldoende groot => sensor beweegt om in de energetisch
gunstige positie te blijven => overgang van een gesloten toestand naar een open
toestand (of andersom)
Evenwichtspotentiaal voor een specifiek ion
- evenwicht tussen elektrische (afstoting/aantrekking) en chemische krachten (conc
verschillen)
Nernst Vergelijking
We kunnen de evenwichtspotentiaal berekenen voor kalium, natrium en chloride (zie slide)
Membraanpotentiaal
- Bepaald door membraanpermeabiliteit voor verschillende ionen
Goldman vergelijking:
Permeabiliteit voor Na+ ionen = 0 => rustmembraanpotentiaal = E K
Permeabiliteit voor K+ ionen = 0 => rustmembraanpotentiaal = E Na
EK < membraanpotentiaal < ENa
Stijgende membraanpotentiaal => depolarisatie membraan
Dalende membraanpotentiaal => hyperpolarisatie membraan
, Drijvende kracht
= verschil tussen evenwichtspotentiaal en membraanpotentiaal
Voorbeeld: EK = -86 mV en Vm = -70 mV => drijvende kracht = 16 mV
- Onevenwicht tussen elektrostatische krachten tussen ladingen en diffusie krachten door conc
verschillen
- Grotere netto efflux van K+ ionen Na+ K+ pomp om ionengradiënt te behouden
- Positieve drijfkracht = positieve ionen naar buiten toe <> negatieve drijfkracht = positieve
ionen naar binnen toe
Stroom ionen over het membraan proportioneel met drijfkracht en weerstand van het membraan =>
Wet van Ohm (relatie tss spanning, weerstand en stroomsterkte)
6.2. Equivalent circuits
Wet van Ohm:
- Zond
er potentiaalverschil is er geen stroom
- Lineaire relatie tussen stroom en spanning
- Weerstand = geladen deeltjes minder vrij om te bewegen
Weerstanden in serie = 1 weerstand gelijk aan de som van beide weerstanden
Spanningsverschil over 2 weerstanden in serie = proportioneel verdeeld op basis van de waarde van
elke weerstand
Spanningsverdeler
Spanning mete over een hoge weerstand + andere weerstanden in serie zo klein mogelijk
6.1 Basisbeginselen
cel volledig omgeven door membraan => onderscheid intracellulair en extracellulair milieu
celmembraan:
- twee lagen fosfolipiden, met hydrofiele koppen aan buitenkant en hydrofobe staarten aan
binnenkant
- eiwitten, vetten etc ingebed met sommige eiwitten over het volledige membraan als kanaal
Onder normale omstandigheden, bijna niet doorlaatbaar voor geladen of hydrofiele (polaire) stoffen
transport noodzakelijk
mogelijkheid om ladingsverschillen op te bouwen over het celmembraan => membraan
potentiaal
Stoffen die wel vrij door het membraan kunnen bewegen => apolaire moleculen, want hebben geen
last van de hydrofobe binnenste laag, sommige kleine polaire moleculen kunnen ook diffunderen bv.
water
Membraanpotentiaal
= transmembraanpotentiaal of membraanspanning
- bij alle cellen maar variabel bij exciteerbare cellen (neuronale, spiercellen, endocriene cellen)
- scheiding van lading langs een dun membraan met selectieve permeabiliteit => potentiaal
- membraanpotentiaal in millivolts (mV) intracellulair tov extracellulair => negatieve
membraanpotentiaal = meer negatieve lading intracelullair tov extracellulair
- rustpotentiaal typisch tussen -40 mV en -80 mV
Welke ionen spelen een rol?
- Na+ en Cl- hoogste concentratie extracellulair
- K+ hoogste concentratie intracellulair
- Ca2+ zeer lage concentratie intracellulair
- A-: negatief geladen molecules zoals proteines, aminozuren, nucleotide, DNA, RNA etc ion
waar positieve ionen naar worden aangetrokken, waardoor een object te groot wordt om het
ionenkanaal te passeren
=> membraanpotentiaal bepaald door permeabiliteit voor deze ionen
Ionentransport
Gefaciliteerde diffusie van ionen
- door ionkanalen ‘bergafwaarts’ bepaald door elektrochemische gradiënt
Primair actief transport (pompen):
- vraagt energie (ATP) bv Na+/K- pomp => omzetten van chemische energie in een andere vorm
(gradient van ion concentraties) => kan gebruikt worden in secundair actief transport
Secundair actief transport
- iontransport over membraan faciliteert transport van andere ionen
,Ionenkanalen
- selectieve permeabiliteit (ionenspecifiek) door grootte/lading ion
- zeer snel ionentransport (10^8 ionen/sec)
- ladingsveranderingen thv celmembraan
Soorten ionenkanalen
- lekkage ionenkanalen
o permeabilitiet constant (altijd open)
- gated ionenkanalen (met een poort)
o permeabiliteit bepaald door chemisch signalen, potentiaal, temperatuur of
mechanische kracht
- drie functionele toestanden:
o gesloten maar kan direct open, als reactie op juiste signaal
o open
o inactieve of refractaire toestand (kanaal “geblokkeerd” – en niet of nauwelijks meer
open)
Na+ kanalen (open/gesloten/inactief) <> K+ kanalen (open/gesloten)
- Spanningsafhankelijke ionenkanalen:
o Spanningssensor die ionenkanaal reguleert obv veranderingen in
membraanpotentiaal
o potentiaalverandering voldoende groot => sensor beweegt om in de energetisch
gunstige positie te blijven => overgang van een gesloten toestand naar een open
toestand (of andersom)
Evenwichtspotentiaal voor een specifiek ion
- evenwicht tussen elektrische (afstoting/aantrekking) en chemische krachten (conc
verschillen)
Nernst Vergelijking
We kunnen de evenwichtspotentiaal berekenen voor kalium, natrium en chloride (zie slide)
Membraanpotentiaal
- Bepaald door membraanpermeabiliteit voor verschillende ionen
Goldman vergelijking:
Permeabiliteit voor Na+ ionen = 0 => rustmembraanpotentiaal = E K
Permeabiliteit voor K+ ionen = 0 => rustmembraanpotentiaal = E Na
EK < membraanpotentiaal < ENa
Stijgende membraanpotentiaal => depolarisatie membraan
Dalende membraanpotentiaal => hyperpolarisatie membraan
, Drijvende kracht
= verschil tussen evenwichtspotentiaal en membraanpotentiaal
Voorbeeld: EK = -86 mV en Vm = -70 mV => drijvende kracht = 16 mV
- Onevenwicht tussen elektrostatische krachten tussen ladingen en diffusie krachten door conc
verschillen
- Grotere netto efflux van K+ ionen Na+ K+ pomp om ionengradiënt te behouden
- Positieve drijfkracht = positieve ionen naar buiten toe <> negatieve drijfkracht = positieve
ionen naar binnen toe
Stroom ionen over het membraan proportioneel met drijfkracht en weerstand van het membraan =>
Wet van Ohm (relatie tss spanning, weerstand en stroomsterkte)
6.2. Equivalent circuits
Wet van Ohm:
- Zond
er potentiaalverschil is er geen stroom
- Lineaire relatie tussen stroom en spanning
- Weerstand = geladen deeltjes minder vrij om te bewegen
Weerstanden in serie = 1 weerstand gelijk aan de som van beide weerstanden
Spanningsverschil over 2 weerstanden in serie = proportioneel verdeeld op basis van de waarde van
elke weerstand
Spanningsverdeler
Spanning mete over een hoge weerstand + andere weerstanden in serie zo klein mogelijk
