Theoretische biologie hoofdstuk 10 & 11
Hodgkin-Huxley model, is een model voor de elektrische activiteit van een zenuwcel. Toen Hodgkin
en Huxley dit model opstelden, wisten ze nog niet dat er voltage gevoelige eiwitten in de
membranen zitten van elektrisch gevoelige cellen.
Neuronen, zenuwcellen krijgen signalen binnen van andere
zenuwcellen op hun dendrieten of cellichaam. Hun eigen signalen
transporteren ze vervolgens via een axon naar een volgende cel.
Intracellulair is het signaal elektrisch en intercellulair (cel tot cel) is het
signaal even chemisch (neurotransmitters).
Lading zenuwcel, het membraan van de cellen is semipermeabel wat
wil zeggen dat water er doorheen kan en sommige stofjes kunnen er ook doorheen
diffunderen, de meeste stoffen kunnen er echter niet zomaar doorheen. Dit maakt het
mogelijk dat een zenuwcel intern een lage concentratie Na+ heeft en extern juist een hoge
concentratie Na+ heeft. Voor K+ is dit precies andersom, aangezien in de cel een hoge
concentratie K+ aanwezig is en extern juist een lage concentratie. Daarnaast zie je in de
afbeelding nog een lage [Cl-] in de cel en een hoge concentratie buiten de cel. Ten slotte zie
je ook nog een concentratie A- aangegeven en dat staat voor alle negatief geladen stoffen in
de cel zoals eiwitten etc. Hierdoor is een cel netto negatief geladen, waardoor je een
ladingsverschil hebt over het plasmamembraan en de cel zich kan gedragen als een batterij.
Ondertussen weten we dus dat er eiwitpoorten in het membraan zitten en als er een kaliumpoort
opengaat zal er dus een stroom naar de extracellulaire vloeistof plaatsvinden vanwege het
concentratiegradiënt. Voor natrium werkt dit net andersom en op het moment dat deze deeltjes zich
gaan verplaatsen ontstaat er een verplaatsing van lading, waardoor de ladingsverschillen tussen
binnen en buiten veranderen en je membraanpotentiaal dus ook verandert.
Actiepotentiaal, een zenuwcel heeft van nature een negatief
membraanpotentiaal en je ziet in de eerste afbeelding die rechts is
weergegeven dat het membraanpotentiaal teruggaat naar een bepaalde
negatieve waarde als het membraanpotentiaal even negatiever gemaakt
wordt. Hetzelfde gebeurt als je hem tijdelijk iets minder negatief maakt, want
dan zie je dat die ook weer teruggaat naar zijn rustpotentiaal. Als je hem
echter een heleboel stroom geeft, waardoor het membraanpotentiaal boven een kritische
drempelwaarde uitkomt, zal er een actiepotentiaal optreden. Na dit actiepotentiaal zal de cel zich
ook weer herstellen waarbij die eerst nog een beetje onder zijn rustpotentiaal terechtkomt. Dit moet
wel impliceren dat het membraan tijdelijk permeabel wordt, dat er deeltjes verplaatsen en dat
daardoor de ladingsverschillen tijdelijk anders worden.
Hodgkin & Huxley, de kennis die hierboven te lezen is, was in de tijd van Hodgkin & Huxley nog
helemaal niet bekend. In die tijd gingen ze ervanuit dat het membraan voor alle ionen permeabel
was en de ion-specifieke eiwitpoorten waren toen ook nog niet ontdekt. Verder waren de
experimentele technieken in die tijd veel minder nauwkeurig als nu en waren computers nog niet
eens uitgevonden. Het is dus heel knap dat zei een model hebben uitgevonden voor de elektrische
activiteit van een zenuwcel. Om dit te ontdekken hebben ze gebruik gemaakt van de grote axonen
van inktvissen en hebben ze heel goed uit moeten werken wat ze allemaal wouden berekenen omdat
je in dit tijd nog geen computers had, maar wel mechanische rekenmachines die er soms weken over
deden om iets uit te rekenen. Zij konden dus niet even iets uitproberen op de computer en als dat
niet bleek te werken iets nieuwe invullen, want dat kostte toen weken tijd.
Nernst potentiaal, als je een open kanaal hebt in je membraan zal daar een stroom doorheen lopen
en de richting van die stroom is afhankelijk van:
- Concentratieverschil (hoge concentratie naar lage concentratie, ‘down gradient’)
- Ladingsverschil (een negatief deeltje zal richting een positieve omgeving gaan en vice versa)
Bij ongeladen deeltjes is de richting alleen afhankelijk van het concentratieverschil, maar bij geladen
deeltjes speelt het ladingsverschil in de omgeving ook een rol. In dat geval spreek je van een
Hodgkin-Huxley model, is een model voor de elektrische activiteit van een zenuwcel. Toen Hodgkin
en Huxley dit model opstelden, wisten ze nog niet dat er voltage gevoelige eiwitten in de
membranen zitten van elektrisch gevoelige cellen.
Neuronen, zenuwcellen krijgen signalen binnen van andere
zenuwcellen op hun dendrieten of cellichaam. Hun eigen signalen
transporteren ze vervolgens via een axon naar een volgende cel.
Intracellulair is het signaal elektrisch en intercellulair (cel tot cel) is het
signaal even chemisch (neurotransmitters).
Lading zenuwcel, het membraan van de cellen is semipermeabel wat
wil zeggen dat water er doorheen kan en sommige stofjes kunnen er ook doorheen
diffunderen, de meeste stoffen kunnen er echter niet zomaar doorheen. Dit maakt het
mogelijk dat een zenuwcel intern een lage concentratie Na+ heeft en extern juist een hoge
concentratie Na+ heeft. Voor K+ is dit precies andersom, aangezien in de cel een hoge
concentratie K+ aanwezig is en extern juist een lage concentratie. Daarnaast zie je in de
afbeelding nog een lage [Cl-] in de cel en een hoge concentratie buiten de cel. Ten slotte zie
je ook nog een concentratie A- aangegeven en dat staat voor alle negatief geladen stoffen in
de cel zoals eiwitten etc. Hierdoor is een cel netto negatief geladen, waardoor je een
ladingsverschil hebt over het plasmamembraan en de cel zich kan gedragen als een batterij.
Ondertussen weten we dus dat er eiwitpoorten in het membraan zitten en als er een kaliumpoort
opengaat zal er dus een stroom naar de extracellulaire vloeistof plaatsvinden vanwege het
concentratiegradiënt. Voor natrium werkt dit net andersom en op het moment dat deze deeltjes zich
gaan verplaatsen ontstaat er een verplaatsing van lading, waardoor de ladingsverschillen tussen
binnen en buiten veranderen en je membraanpotentiaal dus ook verandert.
Actiepotentiaal, een zenuwcel heeft van nature een negatief
membraanpotentiaal en je ziet in de eerste afbeelding die rechts is
weergegeven dat het membraanpotentiaal teruggaat naar een bepaalde
negatieve waarde als het membraanpotentiaal even negatiever gemaakt
wordt. Hetzelfde gebeurt als je hem tijdelijk iets minder negatief maakt, want
dan zie je dat die ook weer teruggaat naar zijn rustpotentiaal. Als je hem
echter een heleboel stroom geeft, waardoor het membraanpotentiaal boven een kritische
drempelwaarde uitkomt, zal er een actiepotentiaal optreden. Na dit actiepotentiaal zal de cel zich
ook weer herstellen waarbij die eerst nog een beetje onder zijn rustpotentiaal terechtkomt. Dit moet
wel impliceren dat het membraan tijdelijk permeabel wordt, dat er deeltjes verplaatsen en dat
daardoor de ladingsverschillen tijdelijk anders worden.
Hodgkin & Huxley, de kennis die hierboven te lezen is, was in de tijd van Hodgkin & Huxley nog
helemaal niet bekend. In die tijd gingen ze ervanuit dat het membraan voor alle ionen permeabel
was en de ion-specifieke eiwitpoorten waren toen ook nog niet ontdekt. Verder waren de
experimentele technieken in die tijd veel minder nauwkeurig als nu en waren computers nog niet
eens uitgevonden. Het is dus heel knap dat zei een model hebben uitgevonden voor de elektrische
activiteit van een zenuwcel. Om dit te ontdekken hebben ze gebruik gemaakt van de grote axonen
van inktvissen en hebben ze heel goed uit moeten werken wat ze allemaal wouden berekenen omdat
je in dit tijd nog geen computers had, maar wel mechanische rekenmachines die er soms weken over
deden om iets uit te rekenen. Zij konden dus niet even iets uitproberen op de computer en als dat
niet bleek te werken iets nieuwe invullen, want dat kostte toen weken tijd.
Nernst potentiaal, als je een open kanaal hebt in je membraan zal daar een stroom doorheen lopen
en de richting van die stroom is afhankelijk van:
- Concentratieverschil (hoge concentratie naar lage concentratie, ‘down gradient’)
- Ladingsverschil (een negatief deeltje zal richting een positieve omgeving gaan en vice versa)
Bij ongeladen deeltjes is de richting alleen afhankelijk van het concentratieverschil, maar bij geladen
deeltjes speelt het ladingsverschil in de omgeving ook een rol. In dat geval spreek je van een
