NEUROFYSIOLOGIE – HOORCOLLEGES
HC 1 – MEMBRAANPOTENTIALEN (5-2)
Het semi-permeable plasmamembraan
Membraan bestaat uit fosfolipiden: hydrofiele kop (klein) en hydrofobe staart (groot)
(Polaire) hydrofiele stoffen kunnen hydrofobe niet zonder hulp passeren.
→ ionen zijn heel hydrofiel, ze hebben een lading en kunnen goed oplossen in water. Ze kunnen
daardoor slecht door de membranen.
Het membraan als barrière
- Het celmembraan scheidt ICF en ECF
hierdoor kunnen concentratieverschillen/gradiënten ontstaan = essentieel voor prikkelbare
cellen
ECF = interstitiële vloeistof + bloedplasma
→ Natrium en kalium belangrijk
Membraantransport
Membraaneiwitten zorgen dat eiwitten kunnen stromen
en het membraan kunnen passeren.
- Simpele diffusie
- Transport via kanalen of carriers
- Transport door kanalen is altijd passief, carrier
transport kan passief of actief zijn.
Passief transport:
• Langs gradient
• Geen energie nodig
• (gefaciliteerde) diffusie
Actief transport:
• Tegen gradient
• Kost (indirect) energie
Primair actief: Na/K-pomp
• Tegen gradiënt in
• Kost direct energie
Secundair actief:
→ glucose tegen gradiënt via symport
met Na+; na+ levert de energie
• Tegen gradiënt in
• Kost indirect energie
• Afhankelijk van primair actief transport
1
,Kanalen
Ionkanalen zijn essentieel bij neurale communicatie en spiercontracties en beïnvloeden de:
- Rustmembraanpotentiaal
- Variabele- en actiepotentialen
Lekkanalen: stroomt altijd een beetje doorheen, lekkanalen voor natrium en voor kalium.
- Kalium kan niet door het kanaal van natrium en andersom
Chemisch geactiveerd: opent als er een bepaalde stof bind en dan kan er een ion doorheen
- Nicotine kanalen
- Selectieve kanalen
Spannings geactiveerd: gaat open door depolarisatie
Rustmembraanpotentiaal
Het spanning/voltage verschil over het celmembraan in rust
Meerdere geladen deeltjes bij betrokken
• Na+
• K+
• Cl-
• Ook niet-ionen (vooral eiwitten)
Bijdrage ionen aan membraanpotentiaal afhankelijk van:
• Lading
• Concentratiegradiënt → belangrijk omdat het wat zegt over waar de deeltjes naar toe stromen
• Permeabiliteit = kanalen!
- Bij een cel in rust wordt permeabiliteit volledig door de lekkanalen bepaald.
2
,Drijvende krachten van ionen
Bij evenwichtspotentiaal van een ion zijn de twee drijvende krachten in evenwicht
De twee krachten:
- Verschil in concentratie; ook wel chemische gradiënt
- Lading; ook wel elektrische gradiënt
Evenwichtspotentiaal kalium
Kalium gaat naar buiten dus is chemische gradiënt sterker.
Kalium gaat niet oneindig naar buiten omdat het wordt gestopt door
1. Startsituatie: geen kanalen
2. Alleen K+ lekkanalen: K+ stroomt langs chemische gradiënt (chemisch > elektrisch) →
intracellulaire lading wordt steeds negatiever.
3. Intracellulair wordt negatiever zodat elektrische gradiënt gelijk is aan chemische gradiënt (bij
-90 mV)
→ Evenwichtspotentiaal = membraanpotentiaal waarbij een ion in evenwicht is (stroom ion cel in
= stroom naar buiten
Evenwichtspotentiaal natrium
Evenwichts/nernstpotentiaal Na+ = +60 mV
Zegt iets over de elektrische kracht: bij +60 naar buiten, bij -90 naar binnen
Wat gebeurt er met het evenwichtspotentiaal van Natrium, als de concentratie van natrium buiten de
cel toeneemt? → ENa+ stijgt (positiever)
De chemische gradiënt verandert nauwelijks
Ladingoverschot over membraan is extreem klein, ook tijdens het rustmembraanpotentiaal
• Als 1 op de 100.000 K+ ionen naar buiten stroomt, daalt Em van +30 mV naar -70 mV
→ Gevolg: chemische gradient is vrijwel onverand bij opening ionkanalen
Je hebt maar heel weinig deeltjes nodig om een ladingsverschil te creëren.
3
, Gevolgen evenwichtspotentiaal
Het evenwichtspotentiaal van een ion laat zien:
• De richting waar een ion heen beweegt bij het opening van
kanalen
• Hoe het ion het rustmembraanpotentiaal beïnvloedt
K+ gaat naar buiten trekt het membraanpotentiaal naar -90
mV.
Na+ gaat naar binnen totdat het +60 mV is.
Kalium trekt harder doordat er meer lekkanalen zijn voor
kalium en dus een hogere permeabiliteit.
K+ dus een hoger effect en dus ligt het evenwichtspotentiaal
dichterbij kalium.
De Na+ /K+ pomp compenseert lek-stromen en behoudt zo
de gradienten.
→ vergelijkbaar met een boot waar constant water naar binnen loopt en een pomp die het water
weer naar buiten pompt.
→ verwaarloosbaar effect als er een actiepotentiaal plaats vind; dan zijn de lekstromen zo laag dat
het geen effect heeft.
→ enige wat die doet is lekstromen herstellen
Variabele- en actiepotentialen → chemisch en spannings geactiveerd
- Spannings-afhankelijke kanalen openen bij een bepaald membraanpotentiaal (vaak
depolarisatie)
- Spannings-afhankelijke Na+ kanalen worden na opening tijdelijk geinactiveerd
- Tetrodotoxine (TTX) blokkeert Spannings-afhankelijke Na+ kanalen → stopt Na+ stroom
Depolarisatie gaan de kalium kanalen open. Openen bij depolarisatie;
Repolarisatie gaan de kalium kanalen dicht. gaan dicht door verstrijken van tijd.
De cel wordt geinactiveerd.
Door de repolarisatie gaat de inactivation
gate weg en kan het weer reageren op een
depolarisatie.
→ uitzondering is dat de funny channels openen bij hyperpolarisatie.
4
HC 1 – MEMBRAANPOTENTIALEN (5-2)
Het semi-permeable plasmamembraan
Membraan bestaat uit fosfolipiden: hydrofiele kop (klein) en hydrofobe staart (groot)
(Polaire) hydrofiele stoffen kunnen hydrofobe niet zonder hulp passeren.
→ ionen zijn heel hydrofiel, ze hebben een lading en kunnen goed oplossen in water. Ze kunnen
daardoor slecht door de membranen.
Het membraan als barrière
- Het celmembraan scheidt ICF en ECF
hierdoor kunnen concentratieverschillen/gradiënten ontstaan = essentieel voor prikkelbare
cellen
ECF = interstitiële vloeistof + bloedplasma
→ Natrium en kalium belangrijk
Membraantransport
Membraaneiwitten zorgen dat eiwitten kunnen stromen
en het membraan kunnen passeren.
- Simpele diffusie
- Transport via kanalen of carriers
- Transport door kanalen is altijd passief, carrier
transport kan passief of actief zijn.
Passief transport:
• Langs gradient
• Geen energie nodig
• (gefaciliteerde) diffusie
Actief transport:
• Tegen gradient
• Kost (indirect) energie
Primair actief: Na/K-pomp
• Tegen gradiënt in
• Kost direct energie
Secundair actief:
→ glucose tegen gradiënt via symport
met Na+; na+ levert de energie
• Tegen gradiënt in
• Kost indirect energie
• Afhankelijk van primair actief transport
1
,Kanalen
Ionkanalen zijn essentieel bij neurale communicatie en spiercontracties en beïnvloeden de:
- Rustmembraanpotentiaal
- Variabele- en actiepotentialen
Lekkanalen: stroomt altijd een beetje doorheen, lekkanalen voor natrium en voor kalium.
- Kalium kan niet door het kanaal van natrium en andersom
Chemisch geactiveerd: opent als er een bepaalde stof bind en dan kan er een ion doorheen
- Nicotine kanalen
- Selectieve kanalen
Spannings geactiveerd: gaat open door depolarisatie
Rustmembraanpotentiaal
Het spanning/voltage verschil over het celmembraan in rust
Meerdere geladen deeltjes bij betrokken
• Na+
• K+
• Cl-
• Ook niet-ionen (vooral eiwitten)
Bijdrage ionen aan membraanpotentiaal afhankelijk van:
• Lading
• Concentratiegradiënt → belangrijk omdat het wat zegt over waar de deeltjes naar toe stromen
• Permeabiliteit = kanalen!
- Bij een cel in rust wordt permeabiliteit volledig door de lekkanalen bepaald.
2
,Drijvende krachten van ionen
Bij evenwichtspotentiaal van een ion zijn de twee drijvende krachten in evenwicht
De twee krachten:
- Verschil in concentratie; ook wel chemische gradiënt
- Lading; ook wel elektrische gradiënt
Evenwichtspotentiaal kalium
Kalium gaat naar buiten dus is chemische gradiënt sterker.
Kalium gaat niet oneindig naar buiten omdat het wordt gestopt door
1. Startsituatie: geen kanalen
2. Alleen K+ lekkanalen: K+ stroomt langs chemische gradiënt (chemisch > elektrisch) →
intracellulaire lading wordt steeds negatiever.
3. Intracellulair wordt negatiever zodat elektrische gradiënt gelijk is aan chemische gradiënt (bij
-90 mV)
→ Evenwichtspotentiaal = membraanpotentiaal waarbij een ion in evenwicht is (stroom ion cel in
= stroom naar buiten
Evenwichtspotentiaal natrium
Evenwichts/nernstpotentiaal Na+ = +60 mV
Zegt iets over de elektrische kracht: bij +60 naar buiten, bij -90 naar binnen
Wat gebeurt er met het evenwichtspotentiaal van Natrium, als de concentratie van natrium buiten de
cel toeneemt? → ENa+ stijgt (positiever)
De chemische gradiënt verandert nauwelijks
Ladingoverschot over membraan is extreem klein, ook tijdens het rustmembraanpotentiaal
• Als 1 op de 100.000 K+ ionen naar buiten stroomt, daalt Em van +30 mV naar -70 mV
→ Gevolg: chemische gradient is vrijwel onverand bij opening ionkanalen
Je hebt maar heel weinig deeltjes nodig om een ladingsverschil te creëren.
3
, Gevolgen evenwichtspotentiaal
Het evenwichtspotentiaal van een ion laat zien:
• De richting waar een ion heen beweegt bij het opening van
kanalen
• Hoe het ion het rustmembraanpotentiaal beïnvloedt
K+ gaat naar buiten trekt het membraanpotentiaal naar -90
mV.
Na+ gaat naar binnen totdat het +60 mV is.
Kalium trekt harder doordat er meer lekkanalen zijn voor
kalium en dus een hogere permeabiliteit.
K+ dus een hoger effect en dus ligt het evenwichtspotentiaal
dichterbij kalium.
De Na+ /K+ pomp compenseert lek-stromen en behoudt zo
de gradienten.
→ vergelijkbaar met een boot waar constant water naar binnen loopt en een pomp die het water
weer naar buiten pompt.
→ verwaarloosbaar effect als er een actiepotentiaal plaats vind; dan zijn de lekstromen zo laag dat
het geen effect heeft.
→ enige wat die doet is lekstromen herstellen
Variabele- en actiepotentialen → chemisch en spannings geactiveerd
- Spannings-afhankelijke kanalen openen bij een bepaald membraanpotentiaal (vaak
depolarisatie)
- Spannings-afhankelijke Na+ kanalen worden na opening tijdelijk geinactiveerd
- Tetrodotoxine (TTX) blokkeert Spannings-afhankelijke Na+ kanalen → stopt Na+ stroom
Depolarisatie gaan de kalium kanalen open. Openen bij depolarisatie;
Repolarisatie gaan de kalium kanalen dicht. gaan dicht door verstrijken van tijd.
De cel wordt geinactiveerd.
Door de repolarisatie gaat de inactivation
gate weg en kan het weer reageren op een
depolarisatie.
→ uitzondering is dat de funny channels openen bij hyperpolarisatie.
4
