H6 Membraanpotentiaal PDF

Preview

Summary

Download H6 Membraanpotentiaal PDF

Description

Membraanpotentiaal Hoofdstuk 6

Alle cellen hebben een rustmembraanpotentiaal We nemen aan dat buitenkant cel 0 mV is. Positieve stroom is aan kation dat van intracellulair stroomt naar extracellulair. Kanalen onderbouwen rust membraan potentiaal. (Vm). Vooral kanaal K +. Kandidaten voor iontransport: kanalen en electroge transporters. Maar we zien dan Na-KATPase blok (door ouabain) geeft enkel een verschuiving van 1,4 mV in de Vm. We kunnen dus aannemen dat transporters een gradient opbouwen maar geen Vm genereren. Als we boven de rust membraan potentiaal treden dan spreken we van depolarisatie en als we eronder gaan, spreken we van hyperpolarisatie. De Vm wordt gegenereerd door ion gradient. => nernst potentiaal. De flux van een ion x is afhankelijk van drie zaken: de concentratiegradient van X, de membraan potentiaal Vm en de membraan-permeabiliteit voor X (Px). Simpel elctrisch circuit als model. Ionen stromen onder ohm’s wet: V=I*R = I/G R = weerstand G = conductantie Ieder ionenkanaal kan zijn conductantie G wijzigen. De totale conductantie van het membraan Gm. Gm = GK + GNa + Gcl + … Ieder ion stroomt onder zijn electro-chemische gradient. Het membraan functioneert als een condensator => moet een (membraan)potentiaal kunnen opbouwen. Heeft dus ook een capaciteit Cm. Het kan dus ladingen stockeren opdat het fungeert als een condensator. De capacitor heeft dus de mogelijkheid om ladingen te stokeren weergegeven als aantal ladingen/membraan oppervlak. => Cm van het plasmamembraan. Dit is een vast waarde want elk membraan heeft vast aantal fosfolipiede. De capacito laat scheidingen van ladingen toe. Dit is noodzakelijke om Vm te genereren. Cm = Q/V Deze formule kan gebruikt worden om aantal ladingen te bepalen die gescheiden moeten worden om Vm te genereren. Effectieve electromotive kracht = Vm-Eequilibrium V = I/G => I = G (Vm - Eequilibrium). Kalium is belangrijkste component om membraanpotentiaal op te bouwen. Maar 0,003% van de aanwezige kalium wordt gebruikt om membraanpotentiaal op te bouwen. Een condensator heeft ook tijd nodig om op te laden. => RC-circuit. τ =R∗C

(

V =V 0 e

−t ) RC

Current clamp: controleren stroom I. Hiermee meten we membraan potentiaal Vm. Bij een voltage clamp controleren we de potentiaal Vm en meten we de stroom I overheen membraan. Wanneer we een nieuwe membraanpotentiaal opleggen gaat de lading zich anders verdelen. Als we een groter oppervlak hebben is er meer lading nodig voor zelfde membraanpotentiaal dus I veel groter. Kanalen kunnen open, gesloten of in inactieve toestand zijn. Examen vragen Hoofdstuk 6:

1. Bespreek onderliggend moleculaire mechanisme voor het genereren van een membraanpotentiaal (inclusief GHK spanningsvergelijking). Verklaar waarom relatie extracellulaire [K] en membraanpotentiaal niet lineair is. Elke cel heeft een membraanpotentiaal, maar sommige kunnen deze veranderen doorheen de tijd: exciteerbare cellen (zoals zenuwcel / spiercel / …) Deze hun rustpotentiaal is -60 à 90 mV Bij conventie is het extracellulair 0 mV Positieve stroom is kation die van intracellulair naar extracellulair gaat. Kanalen onderbouwen rust membraan potentiaal (vooral K-kanalen Kandidaten voor ion transport: 1) kanalen 2) elektronen transporters zoals Na-K ATPase maar blok van Na-K ATPase zorgt voor verschuiving van 1,4 mV in Vm => dus transporters bouwen gradiënt op maar generen niet de Vm Vm in kikkerspier afhankelijk van extracellulaire K-concentratie Ion gradiënt beïnvloedt dus de rust membraan potentiaal V m Extracellulaire K toevoegen => Vm minder positief Geen perfect lineair verband, andere ionen dragen ook bij Vm gegenereerd door ion-gradiënt => Nernst potentiaal RT [ X ] o ln = −60 mV zF [ X ] i Flux ion afhankelijk van : -concentratie gradiënt X - Vm - Px Wet van nernst: Eeq =

GHK spanningsvergelijking (Goldman-hodgkin-Kaltz)

Gebruikt om rustmembraan potentiaal te berekenen Rustpotentiaal is potentiaal waarbij Itot = 0 mV Som van de stromen van alle belangrijke ionen ∑ I x =I Na + I K + I Cl

Vm bepaald door relatieve permeabiliteiten voor ieder ion P Na Permeabiliteitsratio (relatieve permeabiliteit) => α= PK 2. GHK stelde een stroomvergelijking op (GHK current equation), wat zijn de implicaties van deze vergelijking. GHK stroomvergelijking (current equation):

De GHK stroomvergelijking voorspelt het vloeien van ionen. De stroom van de ionen in functie van de membraanpotentiaal wordt namelijk weergegeven door de GHK vergelijking. Deze vergelijking gebruikt een aantal veronderstellingen: - De membraan is homogeen - Volt varieert lineair over het membraan, er is een contant elektrisch veld - Ionen bewegen onafhankelijk - De permeabiliteit P x is constant

[K]0 < [K]i [K]0 > [K]i

uitwaartse reactificatie inwaartse kracht

Ki is drijvende kracht K0 is drijvende kracht

inwaartse flux hangt af van [x] 0 uitwaartse flux hangt af van [x]i Na positieve spanning (intracellulaire concentratie is lager dan extracellulair)

K negatieve spanning (intraccelulaire concentratie is hoger dan intracellulair) 3. Geef het plasmamembraan weer als een simpel elektrisch circuit en bespreek (inclusief rol/effect capaciteit).

Als we plasmamembraan voorstellen als elektrisch circuit kunnen we wet van Ohm toepassen. V = I.R = I/G R = weerstand G= conductantie 1. ieder ion kanaal kan conductantie wijzigen Gm= GK + GNa + GCl + GCa +… 2. ieder ion stroomt onder elektrochemische gradiënt (electromotive force) (GHK equivalent)

VM =

G

K

G

M

E

K

+

G

Na

G

M

E

Na

+

3. simpel circuit heeft ook membraan capaciteit C m Membraan werkt als condensator met capaciteit Cm => condensator heeft mogelijkheid om ladingen te stockeren # ladingen/opp Farrad => laat scheiding van ladingen toe => nodig om Vm te genereren Q Cm = V Formule kan gebruikt worden om aantal ladingen te bepalen die gescheiden moeten worden om Vm te genereren Q = Cm.V Hieruit kunnen we bepalen dat slechts 0,003% van de aanwezige K-ionen zich moeten verplaatsen om een actiepotentiaal te creëren. τ =R .C (

V =V 0 e

−t ) RC

G

Cl

G

M

E Cl +. ..

4. Bespreek de ionaire stroom doorheen één kanaal en een populatie kanalen aan de hand van de wet van Ohm. Vermeld eveneens de criteria voor de klassering (classificatie) van ionenkanalen. Stroom van 1 kanaal i=γ .V macroscopische stroom (gemiddelde stroom die door elk kanaal gaat I =G .V I =G ( V −Erev ) in wich G= p( o) γN

P(o) γ N

probabiliteit dat kanaal open is conductantie van 1 kanaal aantal kanalen

i=γ ( V −E rev )=¿ I =N p( o ) i I =Nγ p ( O )(V −Erev ) Classificatie ionen kanalen gebaseerd op: 1. Functionele criteria: - elektrofysiologische kenmerken: ion selectiviteit en biofysische eigenschappen - triggers die ze openen of sluiten: spanning, externe of interne liganden zoals acetyl choline en cGMP/Ca2+ - farmacologisch profiel gebaseerd op toxine selectiviteit 2. sequentie homologie - eerst op proteïne sequentie en daarna op DNA sequentie - minstens 24 verschillende families geïdentificeerd

Het Na (sodium) kanaal bestat uit een Tetrameer dat aan elkaar verbonden is. Elk deel heeft een spannings gevoelig kanaal. Het K kanaal is op zijn beurt slechts een monomeer van met een spanningsgevoelig kanaal. Beide kanalen kwamen van een “voorouder” vorm die slechts uit 2 transmembraaneiwitten bestond....