Neurofysiologie
HOORCOLLEGE 1
3 april
Membraanpotentiaal is in rust → negatief -65 mV
(ten opzichte van de buitenkant)
In fosfo-dubbellipide laag bevinden zich
eiwit/kanalen die ionen kunnen doorlaten.
Cholesterol bepaald stevigheid van de laag
Alle ionen zijn zouten en ze zitten in water
Samenstelling:
- K+ ionen meer binnen
- A- ionen meer binnen
- Na+ en Ca+ ionen meer buiten
- Cl- meer buiten
Elk ionkanaal is selectief permeabel, en je hebt een potentiaalverschil door de ion concentraties. Als hij
open is, is er minder weerstand
Membraan → weerstand die parallel geschakeld is aan een condensator
In celmembraan zijn de eiwitkanalen de weerstand
Twee basiswetten:
1. wet van Ohm (hoe stroom door weerstand gaat)
Spanning (volt) = stroom (amp) x weerstand (ohm)
V=IxR
In serie → telde weerstanden bij elkaar op Rv = R1 + R2
In parallel → 1/Rv = 1/R1 + 1/R2,
Totale spanning = I1 x R1 = I2 X R2
1/Rv = 1/3 + ¼ + 1/6 = 9/12 of 12/9 0f 1.33
V/R=I dus 12/1.33 = 9
2. wet van Kirchoff
De som van alle binnenkomende stromen is gelijk aan de som van uitgaande stromen (niks verdwijnt)
Geleidbaarheid G (S) = omgekeerde van weerstand 1/R
I = V/R
I=GxV
In de cel zijn alle weerstanden parallel geschakeld
Gv = Gna + Gk
,Fosfolipiden dubbellaag is een condensator
Q (lading coulomb) = C (capaciteit) x V
Zodra er een stroom gaat lopen en de
concentratie niet gelijk is, de lading veranderd
(concentratie verandering over membraan)
→ I = dQ/dt = C x dV/dt
Tijdsconstante is een maat voor snelheid waarmee het
membraan wordt opgeladen en ontladen
t = Rmem x C
t=C/G
Hoe groter de t, des te trager de membraanrespons
(Zoals je net gezien hebt, heeft de
chloridegeleidbaarheid weinig invloed op de Vm, maar
beïnvloedt het wel de τm)
Welke krachten spelen een rol bij verdeling van ionen aan beiden kanten van een semipermeabel
membraan?
Verdeling ionen aan kanten membraan is bepalend voor
membraanpotentiaal. Alleen als membraan semipermeabel is!
K gaat naar rechts maar links wordt dan negatiever door Cl- links dus gaat
K terug naar links door elektrische kracht
K gaat door diffusiekracht naar rechts want buiten (rechts) is meer +
Diffusie = beweging van ionen onder een concentratieverschil
Wet van Fick:
,Flux in elektrische veld:
Ionen bewegen onder invloed van elektrische gradiënt
Er is een evenwicht:
→ De diffusiestroom is gelijk aan de elektrische stroom
De som van de stromen is 0
Bij 298 K
25 graden
Wet van Nernst bij 37 graden = elektrochemische evenwichtspotentiaal uit rekenen
Membraanspanning wordt uitgerekend
Nernst beschrijft evenwicht voor 1 specifiek ion die ontstaan bij verschillen in ion concentraties over een
semi-permeabel wand.
Bij Calcium 2+ is z = 2
Evenwichtspotentiaal is ook omkeerpotentiaal van het betreffende
ionsoort → de potentiaal waar de ionstroom omkeert en dus 0 is
Wanneer 1 kanaal openstaat zal de spanning in de cel gelijk worden aan
omkeerpotentiaal van dat ion → voor 1 ion
Membraan potentiaal is negatief omdat hij wordt bepaald door:
- omkeerpotentiaal van elk betrokken ion
- door hun relatieve membraan geleidbaarheid
, → Geleidbaarheid van kalium is veel groter en in rust kan kalium door membraan heen en dus is
evenwichtspotentiaal kalium heeft invloed op membraanpotentiaal
Als er netto geen stroom meer loopt:
= rustmembraanpotentiaal
Als je de geleidbaarheden weet, kun je de potentialen uitrekenen
Ion met hoogste geleidbaarheid heeft de meeste invloed op membraanpotentiaal (kalium)
Voorbeeld:
Kalium → 120 mM binnen, 1.2 mM buiten → Geleidbaarheid 10 ns
Natrium → 140 mM buiten en 14 mM binnen → Geleidbaarheid 1 ns
Geleidbaarheid = 0 dan zijn de kanalen dicht
Rustmembraanpotentiaal is gevoelig voor toename van extracellulair K+ omdat:
In rust staan kalium kanalen een beetje open (permeabel hoog), membraanpotentiaal veranderd
Het depolariseert membraanpotentiaal
Kalium wordt niet veel te hoog in het brein door:
Omdat de membraanspanning gevoelig is voor Kuit moet dit nauwkeurig worden gereguleerd en regulatie
van Kuit door bloed-hersen-barriere en astrocyten bufferen kalium → het wordt opgenomen hierdoor
BHB voorkomt binnendringen van schadelijke stoffen met tight junctions
Hoe komt ion concentratie gradiënt weer in rusttoestand:
Na/K ATPase pomp = binnenkomend natrium gaat weer naar buiten door ATP
Kalium naar binnen pompen (3 Na tegen 2 K)
Wat gebeurt er met membraanpotentiaal bij zuurstoftekort in hersenen:
De mitochondria produceren geen ATP meer en de pomp stopt en de membraanpotentiaal depolariseert
langzaam richting 0 mV
→ Dat is niet zo
In de cel zijn ook grote negatieve A- aanwezig die niet door membraan kunnen (impermeabel) en er blijft
een potentiaalverschil en ladingsverschil. Hiervoor is geen energie nodig
= Donnan potentiaal
HOORCOLLEGE 1
3 april
Membraanpotentiaal is in rust → negatief -65 mV
(ten opzichte van de buitenkant)
In fosfo-dubbellipide laag bevinden zich
eiwit/kanalen die ionen kunnen doorlaten.
Cholesterol bepaald stevigheid van de laag
Alle ionen zijn zouten en ze zitten in water
Samenstelling:
- K+ ionen meer binnen
- A- ionen meer binnen
- Na+ en Ca+ ionen meer buiten
- Cl- meer buiten
Elk ionkanaal is selectief permeabel, en je hebt een potentiaalverschil door de ion concentraties. Als hij
open is, is er minder weerstand
Membraan → weerstand die parallel geschakeld is aan een condensator
In celmembraan zijn de eiwitkanalen de weerstand
Twee basiswetten:
1. wet van Ohm (hoe stroom door weerstand gaat)
Spanning (volt) = stroom (amp) x weerstand (ohm)
V=IxR
In serie → telde weerstanden bij elkaar op Rv = R1 + R2
In parallel → 1/Rv = 1/R1 + 1/R2,
Totale spanning = I1 x R1 = I2 X R2
1/Rv = 1/3 + ¼ + 1/6 = 9/12 of 12/9 0f 1.33
V/R=I dus 12/1.33 = 9
2. wet van Kirchoff
De som van alle binnenkomende stromen is gelijk aan de som van uitgaande stromen (niks verdwijnt)
Geleidbaarheid G (S) = omgekeerde van weerstand 1/R
I = V/R
I=GxV
In de cel zijn alle weerstanden parallel geschakeld
Gv = Gna + Gk
,Fosfolipiden dubbellaag is een condensator
Q (lading coulomb) = C (capaciteit) x V
Zodra er een stroom gaat lopen en de
concentratie niet gelijk is, de lading veranderd
(concentratie verandering over membraan)
→ I = dQ/dt = C x dV/dt
Tijdsconstante is een maat voor snelheid waarmee het
membraan wordt opgeladen en ontladen
t = Rmem x C
t=C/G
Hoe groter de t, des te trager de membraanrespons
(Zoals je net gezien hebt, heeft de
chloridegeleidbaarheid weinig invloed op de Vm, maar
beïnvloedt het wel de τm)
Welke krachten spelen een rol bij verdeling van ionen aan beiden kanten van een semipermeabel
membraan?
Verdeling ionen aan kanten membraan is bepalend voor
membraanpotentiaal. Alleen als membraan semipermeabel is!
K gaat naar rechts maar links wordt dan negatiever door Cl- links dus gaat
K terug naar links door elektrische kracht
K gaat door diffusiekracht naar rechts want buiten (rechts) is meer +
Diffusie = beweging van ionen onder een concentratieverschil
Wet van Fick:
,Flux in elektrische veld:
Ionen bewegen onder invloed van elektrische gradiënt
Er is een evenwicht:
→ De diffusiestroom is gelijk aan de elektrische stroom
De som van de stromen is 0
Bij 298 K
25 graden
Wet van Nernst bij 37 graden = elektrochemische evenwichtspotentiaal uit rekenen
Membraanspanning wordt uitgerekend
Nernst beschrijft evenwicht voor 1 specifiek ion die ontstaan bij verschillen in ion concentraties over een
semi-permeabel wand.
Bij Calcium 2+ is z = 2
Evenwichtspotentiaal is ook omkeerpotentiaal van het betreffende
ionsoort → de potentiaal waar de ionstroom omkeert en dus 0 is
Wanneer 1 kanaal openstaat zal de spanning in de cel gelijk worden aan
omkeerpotentiaal van dat ion → voor 1 ion
Membraan potentiaal is negatief omdat hij wordt bepaald door:
- omkeerpotentiaal van elk betrokken ion
- door hun relatieve membraan geleidbaarheid
, → Geleidbaarheid van kalium is veel groter en in rust kan kalium door membraan heen en dus is
evenwichtspotentiaal kalium heeft invloed op membraanpotentiaal
Als er netto geen stroom meer loopt:
= rustmembraanpotentiaal
Als je de geleidbaarheden weet, kun je de potentialen uitrekenen
Ion met hoogste geleidbaarheid heeft de meeste invloed op membraanpotentiaal (kalium)
Voorbeeld:
Kalium → 120 mM binnen, 1.2 mM buiten → Geleidbaarheid 10 ns
Natrium → 140 mM buiten en 14 mM binnen → Geleidbaarheid 1 ns
Geleidbaarheid = 0 dan zijn de kanalen dicht
Rustmembraanpotentiaal is gevoelig voor toename van extracellulair K+ omdat:
In rust staan kalium kanalen een beetje open (permeabel hoog), membraanpotentiaal veranderd
Het depolariseert membraanpotentiaal
Kalium wordt niet veel te hoog in het brein door:
Omdat de membraanspanning gevoelig is voor Kuit moet dit nauwkeurig worden gereguleerd en regulatie
van Kuit door bloed-hersen-barriere en astrocyten bufferen kalium → het wordt opgenomen hierdoor
BHB voorkomt binnendringen van schadelijke stoffen met tight junctions
Hoe komt ion concentratie gradiënt weer in rusttoestand:
Na/K ATPase pomp = binnenkomend natrium gaat weer naar buiten door ATP
Kalium naar binnen pompen (3 Na tegen 2 K)
Wat gebeurt er met membraanpotentiaal bij zuurstoftekort in hersenen:
De mitochondria produceren geen ATP meer en de pomp stopt en de membraanpotentiaal depolariseert
langzaam richting 0 mV
→ Dat is niet zo
In de cel zijn ook grote negatieve A- aanwezig die niet door membraan kunnen (impermeabel) en er blijft
een potentiaalverschil en ladingsverschil. Hiervoor is geen energie nodig
= Donnan potentiaal
