Hoofdstuk 5: Membraanpotentialen en actiepotentialen
Membraanpotentialen worden veroorzaakt door diffusie. Diffusiepotentiaal wordt veroorzaakt door
verschillen in ionconcentraties aan twee kanten van de membraan. Er is een hoge concentratie
kaliumionen in de cel, maar lage concentratie buiten de cel. Als membraan alleen permeabel is voor
kaliumionen, diffuseren kaliumionen de cel uit en hierbij worden positieve deeltjes de cel uit
gedragen, terwijl anionen in de cel blijven. Hierdoor wordt binnenkant van de cel negatief ten
opzichte van de buitenkant van de cel. Als de diffusiepotentiaal groot genoeg wordt, wordt diffusie
geblokkeerd, ondanks concentratiegradiënt. = -94 mV (Nernst-potentiaal Kaliumionen)
Natriumconcentratie is hoog buiten cel en laag in de cel. Als membraan alleen permeabel is voor
natriumionen, diffuseren natriumionen met positieve lading de cel in. Daardoor wordt
membraanpotentiaal positief. Als diffusiepotentiaal groot genoeg wordt, wordt netto diffusie
geblokkeerd = + 61 mV (Nernst-potentiaal natrium ionen)
Nernst-potentiaal: diffusiepotentiaal die netto diffusie van een bepaald ion precies tegengaat.
EMF (in mV) = ±61/z x log (Concentratie in de cel / concentratie buiten de cel)
Nernst-potentiaal wordt bepaald door concentratieverschillen voor bepaald ion over membraan. Als
ratio groter is, is neiging van ion om naar andere kant van membraan te diffuseren ook groter,
waardoor grotere Nernst-potentiaal vereist is om netto diffusie tegen te gaan.
Bij formule wordt aangenomen dat ECF potentiaal van nul heeft en dat membraanpotentiaal positief
is als negatief ion de cel uit diffuseert en negatief als positief ion de cel uit diffuseert.
Goldman-Hodgkin-Katz vergelijking
Als membraan permeabel is voor verschillende ionen, is de diffusie potentiaal afhankelijk van:
1. Polariteit van elektrische lading van elk ion
2. Permeabiliteit door membraan van elk ion
3. Concentratieverschillen over membraan voor elk ion
Met Goldman-vergelijking kan membraanpotentiaal berekend worden:
EMF = -61 x log ((CNa,i x PNa + CK,I X PK + Ccl,o X Pcl)/ (CNa,o x PNa + CK,o X PK + Ccl,i X Pcl)
Punten die afgeleid kunnen worden uit vergelijking:
1. Concentratiegradiënten van natrium, kalium en chloor ionen bepalen membraanpotentiaal
2. Belang van elk ion is in verhouding tot permeabiliteit van het ion
3. Positieve ion concentratie gradiënt van binnen naar buiten de cel zorgt voor
elektronegativiteit in de cel. Ook elektronegativiteit in de cel wanneer negatief ion cel in
diffuseert.
4. Natrium en kalium kanalen ondergaan snelle veranderingen, waardoor permeabiliteit
verandert. Permeabiliteit voor chloor ionen blijft hetzelfde. Snelle veranderingen in
permeabiliteit van kalium en natrium ionen zijn verantwoordelijk voor signaaloverdracht
Meten van membraanpotentiaal: inbrengen van kleine pipet (diameter van 1 micrometer) in cel.
Indifferent elektrode buiten de cel. Verschil wordt gemeten door een voltmeter. Micropipet heeft
kleine diameter en heel grote weerstand.
Wanneer pipet door elektrische dipool laag diffuseert, verandert spanning van -90 mV (als pipet
buiten cel is, is spanning 0 mV). 1/3.000.000 tot 1/100.000.000 positieve deeltjes moeten uit cel
bewegen, zodat negatief potentiaal gehandhaafd kan blijven. Even groot aantal positieve deeltjes dat
de cel binnenkomt kan ervoor zorgen dat membraanpotentiaal +35 mV wordt AP.
Rustmembraan potentiaal van zenuw = - 90 mV, dus binnenkant van de cel is 90 mV negatiever dan
buitenkant van de cel. Natriumkaliumpomp pompt 3 natriumionen naar buiten en 2 Kaliumionen
Membraanpotentialen worden veroorzaakt door diffusie. Diffusiepotentiaal wordt veroorzaakt door
verschillen in ionconcentraties aan twee kanten van de membraan. Er is een hoge concentratie
kaliumionen in de cel, maar lage concentratie buiten de cel. Als membraan alleen permeabel is voor
kaliumionen, diffuseren kaliumionen de cel uit en hierbij worden positieve deeltjes de cel uit
gedragen, terwijl anionen in de cel blijven. Hierdoor wordt binnenkant van de cel negatief ten
opzichte van de buitenkant van de cel. Als de diffusiepotentiaal groot genoeg wordt, wordt diffusie
geblokkeerd, ondanks concentratiegradiënt. = -94 mV (Nernst-potentiaal Kaliumionen)
Natriumconcentratie is hoog buiten cel en laag in de cel. Als membraan alleen permeabel is voor
natriumionen, diffuseren natriumionen met positieve lading de cel in. Daardoor wordt
membraanpotentiaal positief. Als diffusiepotentiaal groot genoeg wordt, wordt netto diffusie
geblokkeerd = + 61 mV (Nernst-potentiaal natrium ionen)
Nernst-potentiaal: diffusiepotentiaal die netto diffusie van een bepaald ion precies tegengaat.
EMF (in mV) = ±61/z x log (Concentratie in de cel / concentratie buiten de cel)
Nernst-potentiaal wordt bepaald door concentratieverschillen voor bepaald ion over membraan. Als
ratio groter is, is neiging van ion om naar andere kant van membraan te diffuseren ook groter,
waardoor grotere Nernst-potentiaal vereist is om netto diffusie tegen te gaan.
Bij formule wordt aangenomen dat ECF potentiaal van nul heeft en dat membraanpotentiaal positief
is als negatief ion de cel uit diffuseert en negatief als positief ion de cel uit diffuseert.
Goldman-Hodgkin-Katz vergelijking
Als membraan permeabel is voor verschillende ionen, is de diffusie potentiaal afhankelijk van:
1. Polariteit van elektrische lading van elk ion
2. Permeabiliteit door membraan van elk ion
3. Concentratieverschillen over membraan voor elk ion
Met Goldman-vergelijking kan membraanpotentiaal berekend worden:
EMF = -61 x log ((CNa,i x PNa + CK,I X PK + Ccl,o X Pcl)/ (CNa,o x PNa + CK,o X PK + Ccl,i X Pcl)
Punten die afgeleid kunnen worden uit vergelijking:
1. Concentratiegradiënten van natrium, kalium en chloor ionen bepalen membraanpotentiaal
2. Belang van elk ion is in verhouding tot permeabiliteit van het ion
3. Positieve ion concentratie gradiënt van binnen naar buiten de cel zorgt voor
elektronegativiteit in de cel. Ook elektronegativiteit in de cel wanneer negatief ion cel in
diffuseert.
4. Natrium en kalium kanalen ondergaan snelle veranderingen, waardoor permeabiliteit
verandert. Permeabiliteit voor chloor ionen blijft hetzelfde. Snelle veranderingen in
permeabiliteit van kalium en natrium ionen zijn verantwoordelijk voor signaaloverdracht
Meten van membraanpotentiaal: inbrengen van kleine pipet (diameter van 1 micrometer) in cel.
Indifferent elektrode buiten de cel. Verschil wordt gemeten door een voltmeter. Micropipet heeft
kleine diameter en heel grote weerstand.
Wanneer pipet door elektrische dipool laag diffuseert, verandert spanning van -90 mV (als pipet
buiten cel is, is spanning 0 mV). 1/3.000.000 tot 1/100.000.000 positieve deeltjes moeten uit cel
bewegen, zodat negatief potentiaal gehandhaafd kan blijven. Even groot aantal positieve deeltjes dat
de cel binnenkomt kan ervoor zorgen dat membraanpotentiaal +35 mV wordt AP.
Rustmembraan potentiaal van zenuw = - 90 mV, dus binnenkant van de cel is 90 mV negatiever dan
buitenkant van de cel. Natriumkaliumpomp pompt 3 natriumionen naar buiten en 2 Kaliumionen
