Celfysiologie
H2: Excitabiliteit
ZENUWEN
1. Actiepotentiaal (AP)
Actiepotentiaal = korte verandering van de membraan potentiaal
• Korte, snelle “spikes”
• Frequentie ~ intensiteit prikkel
• Voortgeleiding over lange afstanden zonder verlies van amplitude
• Alles of niets (drempelwaarde) → Als het niet over de drempel kan,
gebeurt er niks (geen actiepot.)
Grafiek : kunnen tekenen !
• Altijd IN mV en in ms (mili sec)
• Overshoot = stuk dat boven 0 gaat
• Undershoot = stuk dat onder de rustpotentiaal gaat (normaal -70mV)
Eigenschappen AP worden bepaald door:
• De ‘gating’ en de permeabiliteit van de ionenkanalen
• Concentratiegradiënten betrokken ionen
• Membraaneigenschappen
2. Onderliggende mechanismen van AP
Basisidee:
= membraanpotentiaal hangt af van permeabiliteit
𝑅𝑇 𝑃𝐾 [𝐾 + ]𝑜 + 𝑃𝑁𝑎 [𝑁𝑎+ ]𝑜 + 𝑃𝐶𝑙 [𝐶𝑙 − ]𝑖
𝑉𝑚 = ln( )
𝐹 𝑃𝐾 [𝐾 + ]𝑖 + 𝑃𝑁𝑎 [𝑁𝑎 + ]𝑖 + 𝑃𝐶𝑙 [𝐶𝑙 − ]𝑜
Wat betekent dit concreet?
• 𝑃𝐾 , 𝑃𝑁𝑎 , 𝑃𝐶𝑙 = permeabiliteit (≈ conductantie) van elk ion
• Het ion met de hoogste conductantie bepaalt grotendeels 𝑉𝑚
• Dus:
- In rust: 𝑃𝐾 ≫ 𝑃𝑁𝑎 → 𝑉𝑚 ≈ 𝐸𝐾 (~ -70 mV)
- Tijdens AP: veranderingen in conductantie verschuiven 𝑉𝑚
1
,Wie “wint” bepaalt het membraanpotentiaal:
• Zwart: membraanpotentiaal
• Geel/oranje: Na⁺ conductantie (𝑔𝑁𝑎 )
• Rood: K⁺ conductantie (𝑔𝐾 )
Verloop:
1) Rust = 𝑔𝐾 > 𝑔𝑁𝑎
- 𝑉𝑚 ligt dicht bij 𝐸𝐾 (~ -70 mV)
2) Depolarisatie (stijgende fase)
- Snelle opening van Na⁺-kanalen → 𝑔𝑁𝑎 stijgt explosief
- Na⁺ stroomt naar binnen
Gevolg:
• 𝑉𝑚 gaat richting 𝐸𝑁𝑎 (~ +30 mV)
• Dit is de upstroke van het actiepotentiaal
3) Piek = Na⁺-kanalen beginnen te inactiveren → 𝑔𝑁𝑎 daalt
4) Repolarisatie
- K⁺-kanalen openen trager → 𝑔𝐾 stijgt nu
- Gevolg = K⁺ stroomt naar buiten en 𝑉𝑚 daalt terug (richting 𝐸𝐾 )
5) Nahyperpolarisatie
- 𝑔𝐾 blijft even hoog
- 𝑉𝑚 wordt negatiever dan rust
Het is ook belangrijk wanneer kanalen openen/sluiten:
= Na⁺ en K⁺ kanalen hebben verschillende kinetiek
Depolarisatie
• ↑ 𝑔𝑁𝑎 (snelle activatie)
• Na⁺-kanalen openen heel snel
Repolarisatie
• ↓ 𝑔𝑁𝑎 (inactivatie)
• ↑ 𝑔𝐾 (tragere activatie)
Dit verschil in timing veroorzaakt de daling van het potentiaal
Nahyperpolarisatie
• K⁺-kanalen sluiten traag
• → tijdelijk te veel K⁺ efflux
2
, 2.1. Voltage-gevoelig Na+ kanaal
Structuur van het Na⁺-kanaal:
= 2 poorten/gates
• Activatiepoort (m-gate) → reageert snel
• Inactivatiepoort (h-gate) → reageert trager
Je hebt beide nodig om Na⁺ door te laten
Het kanaal is alleen open als:
- activatiepoort = open
- inactivatiepoort = open
Drie toestanden van het kanaal:
1) Rust (gesloten maar klaar)
- Activatiepoort: gesloten
- Inactivatiepoort: open
Kanaal is gesloten maar activeerbaar
2) Geopend (tijdens depolarisatie)
- Depolarisatie → activatiepoort opent heel snel
- Inactivatiepoort is nog open
Kanaal is open → Na⁺ stroomt naar binnen
3) Geïnactiveerd (heel belangrijk!)
- Na korte tijd → inactivatiepoort sluit
- Activatiepoort is nog open
Kanaal is:
• niet geleidend
• niet opnieuw te openen
Dit is een cruciaal concept → geïnactiveerd ≠ gesloten
Depolarisatie doet twee dingen tegelijk:
Depolarisatie activeert het kanaal
• snelle opening activatiepoort
• ↑ Na⁺ influx
Depolarisatie inactiveert het kanaal (maar trager)
• inactivatiepoort sluit na korte delay
• Dit zorgt voor = korte Na⁺-instroom en geen blijvende depolarisatie
Refractaire periodes:
Absolute refractaire periode
• Na⁺-kanalen zitten in geïnactiveerde toestand
• Inactivatiepoort is dicht
• Gevolg:
- geen nieuw actiepotentiaal mogelijk
- ongeacht hoe sterk de stimulus is
• Reden = kanaal moet eerst “resetten”
3
H2: Excitabiliteit
ZENUWEN
1. Actiepotentiaal (AP)
Actiepotentiaal = korte verandering van de membraan potentiaal
• Korte, snelle “spikes”
• Frequentie ~ intensiteit prikkel
• Voortgeleiding over lange afstanden zonder verlies van amplitude
• Alles of niets (drempelwaarde) → Als het niet over de drempel kan,
gebeurt er niks (geen actiepot.)
Grafiek : kunnen tekenen !
• Altijd IN mV en in ms (mili sec)
• Overshoot = stuk dat boven 0 gaat
• Undershoot = stuk dat onder de rustpotentiaal gaat (normaal -70mV)
Eigenschappen AP worden bepaald door:
• De ‘gating’ en de permeabiliteit van de ionenkanalen
• Concentratiegradiënten betrokken ionen
• Membraaneigenschappen
2. Onderliggende mechanismen van AP
Basisidee:
= membraanpotentiaal hangt af van permeabiliteit
𝑅𝑇 𝑃𝐾 [𝐾 + ]𝑜 + 𝑃𝑁𝑎 [𝑁𝑎+ ]𝑜 + 𝑃𝐶𝑙 [𝐶𝑙 − ]𝑖
𝑉𝑚 = ln( )
𝐹 𝑃𝐾 [𝐾 + ]𝑖 + 𝑃𝑁𝑎 [𝑁𝑎 + ]𝑖 + 𝑃𝐶𝑙 [𝐶𝑙 − ]𝑜
Wat betekent dit concreet?
• 𝑃𝐾 , 𝑃𝑁𝑎 , 𝑃𝐶𝑙 = permeabiliteit (≈ conductantie) van elk ion
• Het ion met de hoogste conductantie bepaalt grotendeels 𝑉𝑚
• Dus:
- In rust: 𝑃𝐾 ≫ 𝑃𝑁𝑎 → 𝑉𝑚 ≈ 𝐸𝐾 (~ -70 mV)
- Tijdens AP: veranderingen in conductantie verschuiven 𝑉𝑚
1
,Wie “wint” bepaalt het membraanpotentiaal:
• Zwart: membraanpotentiaal
• Geel/oranje: Na⁺ conductantie (𝑔𝑁𝑎 )
• Rood: K⁺ conductantie (𝑔𝐾 )
Verloop:
1) Rust = 𝑔𝐾 > 𝑔𝑁𝑎
- 𝑉𝑚 ligt dicht bij 𝐸𝐾 (~ -70 mV)
2) Depolarisatie (stijgende fase)
- Snelle opening van Na⁺-kanalen → 𝑔𝑁𝑎 stijgt explosief
- Na⁺ stroomt naar binnen
Gevolg:
• 𝑉𝑚 gaat richting 𝐸𝑁𝑎 (~ +30 mV)
• Dit is de upstroke van het actiepotentiaal
3) Piek = Na⁺-kanalen beginnen te inactiveren → 𝑔𝑁𝑎 daalt
4) Repolarisatie
- K⁺-kanalen openen trager → 𝑔𝐾 stijgt nu
- Gevolg = K⁺ stroomt naar buiten en 𝑉𝑚 daalt terug (richting 𝐸𝐾 )
5) Nahyperpolarisatie
- 𝑔𝐾 blijft even hoog
- 𝑉𝑚 wordt negatiever dan rust
Het is ook belangrijk wanneer kanalen openen/sluiten:
= Na⁺ en K⁺ kanalen hebben verschillende kinetiek
Depolarisatie
• ↑ 𝑔𝑁𝑎 (snelle activatie)
• Na⁺-kanalen openen heel snel
Repolarisatie
• ↓ 𝑔𝑁𝑎 (inactivatie)
• ↑ 𝑔𝐾 (tragere activatie)
Dit verschil in timing veroorzaakt de daling van het potentiaal
Nahyperpolarisatie
• K⁺-kanalen sluiten traag
• → tijdelijk te veel K⁺ efflux
2
, 2.1. Voltage-gevoelig Na+ kanaal
Structuur van het Na⁺-kanaal:
= 2 poorten/gates
• Activatiepoort (m-gate) → reageert snel
• Inactivatiepoort (h-gate) → reageert trager
Je hebt beide nodig om Na⁺ door te laten
Het kanaal is alleen open als:
- activatiepoort = open
- inactivatiepoort = open
Drie toestanden van het kanaal:
1) Rust (gesloten maar klaar)
- Activatiepoort: gesloten
- Inactivatiepoort: open
Kanaal is gesloten maar activeerbaar
2) Geopend (tijdens depolarisatie)
- Depolarisatie → activatiepoort opent heel snel
- Inactivatiepoort is nog open
Kanaal is open → Na⁺ stroomt naar binnen
3) Geïnactiveerd (heel belangrijk!)
- Na korte tijd → inactivatiepoort sluit
- Activatiepoort is nog open
Kanaal is:
• niet geleidend
• niet opnieuw te openen
Dit is een cruciaal concept → geïnactiveerd ≠ gesloten
Depolarisatie doet twee dingen tegelijk:
Depolarisatie activeert het kanaal
• snelle opening activatiepoort
• ↑ Na⁺ influx
Depolarisatie inactiveert het kanaal (maar trager)
• inactivatiepoort sluit na korte delay
• Dit zorgt voor = korte Na⁺-instroom en geen blijvende depolarisatie
Refractaire periodes:
Absolute refractaire periode
• Na⁺-kanalen zitten in geïnactiveerde toestand
• Inactivatiepoort is dicht
• Gevolg:
- geen nieuw actiepotentiaal mogelijk
- ongeacht hoe sterk de stimulus is
• Reden = kanaal moet eerst “resetten”
3
