Fysiologie 12. Ionkanalen
12. Ionkanalen:
12.1. De patch clamp techniek:
Single-channel recording techniek = patch clamp techniek (door Neher en Sackman).
Werking:
Glazen micropipet wordt tegen membraan van cel geplaatst met lichte zuigkracht. Er
ontstaat zo een hechte verbinding tussen de pipet en de plasmamembraan. Door het patch
membraan kan men de actviteit van 1 enkel ionkanaal meten, weerstand is van de
grootorde van een Giga-Ω (gegaseal). Door de hoge weerstand kan men zeer gevoelige
metng van kleine stromen door het ionkanaal meten.
Soorten:
Cell-atached of on-cell mode: patchmembraan blijft in het celmembraan gelocaliseerd.
Nadelen: samenstelling van intracellulaire oplossing (cytosol) kan niet gewijfzigd worden
en membraanpotentaal kan enkel bijf benadering worden geschat.
De whole cell mode: ruptuur van de patch membraan in de mond van de micropipet.
Gevolg: uitwisseling van intracellulaire vloeistof met pipetoplossing (groter volume).
Voordelen: de ionaire samenstelling van de cel kan worden verandert en
De membraanpotentaal van de cel kan op bepaalde waarden worden ingesteld
(voltage clamp).
Inside-out en outside-out patch: stuk membraan los scheuren van de cel waarbijf het
stukjfe membraan met ionkanaal op verschillende potentaal gehouden worden bijf
bepaalde samenstelling van het intracellulair en extracellulair milieu (drijffrachten zijfn
onder controle).
Toestand waarbijf geen stroom loopt: ionkanaal is gesloten.
Toestand waarbijf ionen door het kanaal passeren: ionkanaal is open.
Bijf openen van een kanaal wordt heel snel de maximale stroom bereikt die daarna weer
snel naar nul terugkeert tjfdens het sluiten van het kanaal.
In de transite naar open of gesloten toestand zit geen regelmaat = ‘at random’.
12.2. Karakterisate van ionkanalen:
Criteria om te bepalen over welk ionkanaal het gaat:
1. Ion-selectviteit: welke ionen passeren doorheen het openstaande kanaal.
2. Singel channel conductance: de geleidbaarheid van het kanaal (maat voor snelheid).
3. Gatng: wat induceert het openen en het sluiten van het kanaal.
4. Farmacologie: specifeke stooen waarmee het kanaal kan geblokkeerd worden.
12.2.1. Ion-selectviteit:
Bepaald door de unitaire stroom i te meten bijf verschillende opgelegde potentalen en zo te
bepalen wat de reversiepotentaal (Erev) is (potentaal waarbijf de stroom van richtng
omkeert, uitwaarts naar inwaarts of omgekeerd). Als i = 0 is de neto stroom erdoorheen
nul (het ionkanaal is niet noodzakelijfk gesloten).
Het kanaal is selectef permeabel voor een ion als de evenwichtspotentaal van dat ion (E ion)
gelijfk is aan de reversiepotentaal.
Kanaal niet selectef is voor een bepaald ion (vb: voor Na + en K+), zal nooit vastgesteld
worden dat de reversiepotentaal gelijfk is aan de evenwichtspotentaal van K + of Na+.
Opmerkingen:
Een neto inwaartse stroom depolariseert een niet-geklemde membraanpotentaal. Bijf
de rustmembraanpotentaal werkt de opening van een aselectef kanaal dus exciterend.
1
, Fysiologie 12. Ionkanalen
Membraanpotentaal = positef: openen van een kanaal veroorzaakt een neto
uitwaartse stroom (K+ efux > Na+ influx) een hyperpolarisate.
12.2.2. De enkel-kanaal conductante:
Unitaire conductante kan afgeleid worden uit helling van de ‘i-V plot’ (in Siemens
uitgedrukt).
Algemeen: 5 – 400 pS (10-12), reflecteert de groote van de porie (grotere porie, grotere ).
Kanalen met zelfde selectviteit maar met grotere laten meer stroom door voor eenzelfde
drijffracht op ion.
12.2.3. Gatng:
Gatng: het verspringen van ionkanalen van gesloten toestand naar open toestand
(verschillende conformates van het kanaaleiwit), gebeurt ‘at random’.
De twee conformates zijfn in evenwicht (verhouding snelheidsconstante openen k 1 – voor
sluiten k2).
Gatng: verschuiving aanbrengen in evenwicht, waarbijf snelheidsconstanten zich anders
verhouden.
K1 << k2: waarschijfnlijfkheid kanaal in gesloten toestand toegenomen.
K2 << k1: waarschijfnlijfkheid kanaal in opentoestand toegenomen.
Gatng wordt beïnvloed door uitwendige factoren, ze beïnvloeden het evenwicht tussen
open en gesloten confgurates.
a) Spanningsafankelijfke gatng:
Openen van spanningsafankelijfke ionkanalen: basis elektrische prikkelbaarheid sommige
celtypes.
1. Gatng door een verandering van membraanpotentaal:
Variate van de membraanpotentaal verandert de groote van de unitaire stroom omdat de
drijffracht (Em – Ex) en de tjfd gedurende welke het kanaal openstaat (negatef: kanaal
opent nu en dan, -10 mV: meer open, +20 mV: grootste deel open).
Open-probabiliteit P0: uitdrukking relateve tjfd gedurende het kanaal open geconfgureerd
is (0-1).
Bijf spanningsafankelijfke kanalen is de open-probabiliteit een sigmoïdale functe.
Negateve membraanpotentaal: P0 = 0.
Depolarisate: P0 stjfgt.
Positeve potentalen: Po ≈ 1.
2. Actvate en inactvate:
Verloop:
Negateve membraanpotentaal: P0 zeer klein.
Depolarisate: toename P0 soms opent het Na+ kanaal niet.
Als het wel opent Na+ influx inwaartse Na+ stroom. Kanaal in de patch reageert niet
onmiddellijfk op deze depolarisates + wanneer het kanaal eens geopend werd, de kans dat
het opnieuw opent tjfdens een aangehouden depolarisate zeer klein is, zelfs als het kanaal
niet opent bijf begin van de depolarisate is de frequente van Na + stromen later in de
depolarisatestap zeer klein.
De open-probabiliteit heet exact hetzelfde tjfdsverloop (maar geïnverteerd: kan niet
negatef zijfn) als de gemiddelde stroom.
Actvate van het kanaal: toename van de open-probabiliteit P0 in de loop van de tjfd na
depolarisate.
2
12. Ionkanalen:
12.1. De patch clamp techniek:
Single-channel recording techniek = patch clamp techniek (door Neher en Sackman).
Werking:
Glazen micropipet wordt tegen membraan van cel geplaatst met lichte zuigkracht. Er
ontstaat zo een hechte verbinding tussen de pipet en de plasmamembraan. Door het patch
membraan kan men de actviteit van 1 enkel ionkanaal meten, weerstand is van de
grootorde van een Giga-Ω (gegaseal). Door de hoge weerstand kan men zeer gevoelige
metng van kleine stromen door het ionkanaal meten.
Soorten:
Cell-atached of on-cell mode: patchmembraan blijft in het celmembraan gelocaliseerd.
Nadelen: samenstelling van intracellulaire oplossing (cytosol) kan niet gewijfzigd worden
en membraanpotentaal kan enkel bijf benadering worden geschat.
De whole cell mode: ruptuur van de patch membraan in de mond van de micropipet.
Gevolg: uitwisseling van intracellulaire vloeistof met pipetoplossing (groter volume).
Voordelen: de ionaire samenstelling van de cel kan worden verandert en
De membraanpotentaal van de cel kan op bepaalde waarden worden ingesteld
(voltage clamp).
Inside-out en outside-out patch: stuk membraan los scheuren van de cel waarbijf het
stukjfe membraan met ionkanaal op verschillende potentaal gehouden worden bijf
bepaalde samenstelling van het intracellulair en extracellulair milieu (drijffrachten zijfn
onder controle).
Toestand waarbijf geen stroom loopt: ionkanaal is gesloten.
Toestand waarbijf ionen door het kanaal passeren: ionkanaal is open.
Bijf openen van een kanaal wordt heel snel de maximale stroom bereikt die daarna weer
snel naar nul terugkeert tjfdens het sluiten van het kanaal.
In de transite naar open of gesloten toestand zit geen regelmaat = ‘at random’.
12.2. Karakterisate van ionkanalen:
Criteria om te bepalen over welk ionkanaal het gaat:
1. Ion-selectviteit: welke ionen passeren doorheen het openstaande kanaal.
2. Singel channel conductance: de geleidbaarheid van het kanaal (maat voor snelheid).
3. Gatng: wat induceert het openen en het sluiten van het kanaal.
4. Farmacologie: specifeke stooen waarmee het kanaal kan geblokkeerd worden.
12.2.1. Ion-selectviteit:
Bepaald door de unitaire stroom i te meten bijf verschillende opgelegde potentalen en zo te
bepalen wat de reversiepotentaal (Erev) is (potentaal waarbijf de stroom van richtng
omkeert, uitwaarts naar inwaarts of omgekeerd). Als i = 0 is de neto stroom erdoorheen
nul (het ionkanaal is niet noodzakelijfk gesloten).
Het kanaal is selectef permeabel voor een ion als de evenwichtspotentaal van dat ion (E ion)
gelijfk is aan de reversiepotentaal.
Kanaal niet selectef is voor een bepaald ion (vb: voor Na + en K+), zal nooit vastgesteld
worden dat de reversiepotentaal gelijfk is aan de evenwichtspotentaal van K + of Na+.
Opmerkingen:
Een neto inwaartse stroom depolariseert een niet-geklemde membraanpotentaal. Bijf
de rustmembraanpotentaal werkt de opening van een aselectef kanaal dus exciterend.
1
, Fysiologie 12. Ionkanalen
Membraanpotentaal = positef: openen van een kanaal veroorzaakt een neto
uitwaartse stroom (K+ efux > Na+ influx) een hyperpolarisate.
12.2.2. De enkel-kanaal conductante:
Unitaire conductante kan afgeleid worden uit helling van de ‘i-V plot’ (in Siemens
uitgedrukt).
Algemeen: 5 – 400 pS (10-12), reflecteert de groote van de porie (grotere porie, grotere ).
Kanalen met zelfde selectviteit maar met grotere laten meer stroom door voor eenzelfde
drijffracht op ion.
12.2.3. Gatng:
Gatng: het verspringen van ionkanalen van gesloten toestand naar open toestand
(verschillende conformates van het kanaaleiwit), gebeurt ‘at random’.
De twee conformates zijfn in evenwicht (verhouding snelheidsconstante openen k 1 – voor
sluiten k2).
Gatng: verschuiving aanbrengen in evenwicht, waarbijf snelheidsconstanten zich anders
verhouden.
K1 << k2: waarschijfnlijfkheid kanaal in gesloten toestand toegenomen.
K2 << k1: waarschijfnlijfkheid kanaal in opentoestand toegenomen.
Gatng wordt beïnvloed door uitwendige factoren, ze beïnvloeden het evenwicht tussen
open en gesloten confgurates.
a) Spanningsafankelijfke gatng:
Openen van spanningsafankelijfke ionkanalen: basis elektrische prikkelbaarheid sommige
celtypes.
1. Gatng door een verandering van membraanpotentaal:
Variate van de membraanpotentaal verandert de groote van de unitaire stroom omdat de
drijffracht (Em – Ex) en de tjfd gedurende welke het kanaal openstaat (negatef: kanaal
opent nu en dan, -10 mV: meer open, +20 mV: grootste deel open).
Open-probabiliteit P0: uitdrukking relateve tjfd gedurende het kanaal open geconfgureerd
is (0-1).
Bijf spanningsafankelijfke kanalen is de open-probabiliteit een sigmoïdale functe.
Negateve membraanpotentaal: P0 = 0.
Depolarisate: P0 stjfgt.
Positeve potentalen: Po ≈ 1.
2. Actvate en inactvate:
Verloop:
Negateve membraanpotentaal: P0 zeer klein.
Depolarisate: toename P0 soms opent het Na+ kanaal niet.
Als het wel opent Na+ influx inwaartse Na+ stroom. Kanaal in de patch reageert niet
onmiddellijfk op deze depolarisates + wanneer het kanaal eens geopend werd, de kans dat
het opnieuw opent tjfdens een aangehouden depolarisate zeer klein is, zelfs als het kanaal
niet opent bijf begin van de depolarisate is de frequente van Na + stromen later in de
depolarisatestap zeer klein.
De open-probabiliteit heet exact hetzelfde tjfdsverloop (maar geïnverteerd: kan niet
negatef zijfn) als de gemiddelde stroom.
Actvate van het kanaal: toename van de open-probabiliteit P0 in de loop van de tjfd na
depolarisate.
2
