ALGEMENE FYSIOLOGIE: H6
ELECTROPHYSIOLOGY OF THE CELL MEMBRANE
STROOM
Stroom (I) = ladingen die door een bepaald oppervlak vloeien
1 ampère = 1 coulomb lading per seconde (1 C = 6,24 * 10 18 elektronen)
- aA (10-18): 1 elektron per seconde
- pA (10-12): single channels
- nA (10-9): miniature end-plate currents (Na/K/Ca/… stromen)
- µA (10-6): end-plate currents (bv. ter hoogte van de spieren)
- mA (10-3): squid giant axon & electronic circuits
- 1 A: lamp
Onderliggende principes:
- Anionen en kationen hebben een lading: q = z * e
• z = valentie
• e = unitaire lading = 1,6022 * 10-19 C
- De dilectrische constante (ɛ) ➔ drukt mogelijkheid van een medium uit om te polariseren ➔ staat in relatie met
moeilijkheid om ionen in een membraan ‘op te lossen’ en waarom een permeatie mechanisme nodig
• Bv. ɛ van water is ong. 40 keer die van lipide membraan
H2O = +/- 80 en lipide = +/- 2
• ɛ verklaart waarom ionen niet de membraan passeren
- Elektrisch veld over een membraan is: E = Vm/a
• Vm = membraan potentiaal
• a = afstand over membraan
, MEMBRAAN POTENTIAAL
Membraan potentiaal (Vm) = voltage verschil over celmembraan = verschil in potentiaal tussen cytoplasma en
extracellulaire ruimte (Vin – Vout)
2 manieren om membraan voltage te meten:
- Microelectrode method: heel circuit is gekend en cel wordt onderdeel van het circuit;
Micro-electrode tip = <1µm in cel, gevuld met electrolyte (3M KCl), via Ag/AgCl de elektrode met versterker
verbonden
- Fluorescent dye method (toepasbaar waar microelctroden niet bruikbaar zijn)
Rust membraan potentiaal (rust Vm):
- Skeletspiercellen, myocyten, neuronen zijn exciteerbare cellen (=kunnen Vm veranderen in functie van de tijd bv.
actiepotentiaal)
- Hebben rust Vm tussen -60 en -90 mV (vooral afhankelijk van K)
KANALEN (VNL. K+) ONDERBOUWEN VM
Kandidaten voor ion transport:
• kanalen
• electrogene transporters (electrogeen ➔ leidt tot verdeling van lading over membraan)
➔Echter, blok van Na/K ATPase met ouabain geeft enkel een 1,4 mV verschuiving in Vm ➔ dus transporters bouwen gradiënt op maar
genereren niet de Vm
Experiment: Vm in kikkerspier is afhankelijk van extracellulaire K+ concentratie
➔ ion-gradiënt beïnvloedt Vm
- Bij normale extracellulaire concentratie van K+ en Na+ ➔ RMP van spiervezel kikker -94mV
(K)out = 2,5 mM
- Wanneer K-concentratie stijgt ➔ Vm wordt positiever (en omgekeerd)
- Als (K)out > 10mM ➔ Vm kan benaderd worden met lineaire functie van logaritme van (K)out
➔ Energiebron van de membraanpotentiaal is niet het actief pompen van ionen maar potentiële energie
opgeslagen in ion concentratie gradiënt Nernst vergelijking:
ELECTROPHYSIOLOGY OF THE CELL MEMBRANE
STROOM
Stroom (I) = ladingen die door een bepaald oppervlak vloeien
1 ampère = 1 coulomb lading per seconde (1 C = 6,24 * 10 18 elektronen)
- aA (10-18): 1 elektron per seconde
- pA (10-12): single channels
- nA (10-9): miniature end-plate currents (Na/K/Ca/… stromen)
- µA (10-6): end-plate currents (bv. ter hoogte van de spieren)
- mA (10-3): squid giant axon & electronic circuits
- 1 A: lamp
Onderliggende principes:
- Anionen en kationen hebben een lading: q = z * e
• z = valentie
• e = unitaire lading = 1,6022 * 10-19 C
- De dilectrische constante (ɛ) ➔ drukt mogelijkheid van een medium uit om te polariseren ➔ staat in relatie met
moeilijkheid om ionen in een membraan ‘op te lossen’ en waarom een permeatie mechanisme nodig
• Bv. ɛ van water is ong. 40 keer die van lipide membraan
H2O = +/- 80 en lipide = +/- 2
• ɛ verklaart waarom ionen niet de membraan passeren
- Elektrisch veld over een membraan is: E = Vm/a
• Vm = membraan potentiaal
• a = afstand over membraan
, MEMBRAAN POTENTIAAL
Membraan potentiaal (Vm) = voltage verschil over celmembraan = verschil in potentiaal tussen cytoplasma en
extracellulaire ruimte (Vin – Vout)
2 manieren om membraan voltage te meten:
- Microelectrode method: heel circuit is gekend en cel wordt onderdeel van het circuit;
Micro-electrode tip = <1µm in cel, gevuld met electrolyte (3M KCl), via Ag/AgCl de elektrode met versterker
verbonden
- Fluorescent dye method (toepasbaar waar microelctroden niet bruikbaar zijn)
Rust membraan potentiaal (rust Vm):
- Skeletspiercellen, myocyten, neuronen zijn exciteerbare cellen (=kunnen Vm veranderen in functie van de tijd bv.
actiepotentiaal)
- Hebben rust Vm tussen -60 en -90 mV (vooral afhankelijk van K)
KANALEN (VNL. K+) ONDERBOUWEN VM
Kandidaten voor ion transport:
• kanalen
• electrogene transporters (electrogeen ➔ leidt tot verdeling van lading over membraan)
➔Echter, blok van Na/K ATPase met ouabain geeft enkel een 1,4 mV verschuiving in Vm ➔ dus transporters bouwen gradiënt op maar
genereren niet de Vm
Experiment: Vm in kikkerspier is afhankelijk van extracellulaire K+ concentratie
➔ ion-gradiënt beïnvloedt Vm
- Bij normale extracellulaire concentratie van K+ en Na+ ➔ RMP van spiervezel kikker -94mV
(K)out = 2,5 mM
- Wanneer K-concentratie stijgt ➔ Vm wordt positiever (en omgekeerd)
- Als (K)out > 10mM ➔ Vm kan benaderd worden met lineaire functie van logaritme van (K)out
➔ Energiebron van de membraanpotentiaal is niet het actief pompen van ionen maar potentiële energie
opgeslagen in ion concentratie gradiënt Nernst vergelijking:
