Probleem 3 -> binnen in het neuron
o Wat is een actiepotentiaal, en hoe werkt het?
o Wat zijn neurotransmitters?
o Hoe werkt info-overdracht tussen neuronen?
Een neuron is bedekt met een membraan van 8 nanometer (0.00001 mm), samengesteld uit twee
lagen: een binnenlaag en een buitenlaag van fosfolipidemoleculen (met ketens van vetzuren en een
fosfaatgroep).
Rustpotentiaal: het verschil binnen het neuron is -70 mV (minivolt) ten opzichte van buiten ->
polarized.
Membraan potential: verschillen in elektrische ladingen tussen de binnen- en buitenkant
Als geladen ionen vrij over het membraan zouden kunnen stromen, zou het membraan
depolariseren. Maar de membraan is gedeeltelijk doorlatend. Dat betekent dat sommige
chemicaliën er makkelijker doorheen gaan dan anderen.
O.a. zuurstof en water gaan door kanalen die altijd open zijn.
En sommige biologische belangrijke ionen, zoals natrium, kalium, calcium, en chloride, gaan door
poorten heen die soms open en soms dicht zijn.
Er zijn drie factoren die de iondistributie tijdens rust kunnen beïnvloeden:
• De natrium-kalium pomp, transporteert 3 natrium ionen uit de cel en 2 kalium ionen in de
cel. Deze pomp is een actief transport, dat energie vereist.
• Concentration gradient: Een resultaat van deze natrium-kalium pomp, is dat de natrium
ionen meer dan 10 keer geconcentreerder zijn buiten de membraan dan binnen de
membraan, hierdoor wilt het natrium juist de membraan. En kalium ionen zijn meer
geconcentreerd binnen de membraan, dan daarbuiten.
- De natrium-kaliumpomp is alleen effectief vanwege de selectieve permeabiliteit van het
membraan, waardoor wordt voorkomen dat de natriumionen die uit het neuron zij
gepompt direct weer naar binnen lekken.
Wanneer natriumionen worden weggepompt, blijven ze buiten. Sommige van de kallium
ionen die in het neuron worden gepompt, lekken langzaam uit en dragen een positieve
lading met zich mee.
• Electrostatic gradient: natrium is positief geladen en de binnenkant van de cel negatief. + en
– trekken elkaar aan, waardoor natrium de cel in wil en kalium in de cel blijft.
Kalium is onderworpen aan concurrerende krachten. Kalium is positief geladen en de binnenkant van
de cel is negatief geladen, waardoor de elektrische gradiënt de neiging heeft om kalium naar binnen
te trekken. Kalium is echter meer geconcentreerd in de cel dan daarbuiten, dus de
concentratiegradiënt heeft de neiging om het uit te drijven.
Natrium ionen zijn meer geconcentreerd buiten de cellen, en kalium ionen zijn meer geconcentreerd
in de cellen.
Wanneer het membraan in rust is, heeft de concentratiegradiënt de neiging om kaliumionen uit de
cel te drijven; de elektrische gradiënt trekt ze de cel in. De natrium-kaliumpomp trekt ze ook in de
cel
, Het lichaam investeert veel energie in de bediening van de natrium-kaliumpomp, die het
rustpotentieel handhaaft. Maar waarom is het zoveel energie waard?
Het rustpotentieel bereidt het neuron voor om snel te reageren. Zoals we in het volgende gedeelte
zullen zien, opent excitatie van het neuron kanalen die natrium snel in de cel laten komen. Omdat
het membraan van tevoren zijn werk deed door de concentratiegradiënt voor natrium te handhaven,
is de cel bereid krachtig op een stimulus te reageren.
Vergelijk het rustpotentieel van een neuron met een evenwichtig pijl en boog: een boogschutter die
van tevoren aan de boog trekt en vervolgens wacht, staat klaar om op het juiste moment te
schieten. Het neuron gebruikt dezelfde strategie.
Actiepotentiaal: berichten die zijn verstuur door de axon. Dit is communicatie in een neuron.
Actiepotentiaal werkt via het “alles-of-niets” principe
1. Rustfase: speciale Natrium en kalium pompen zijn dicht. Membraanpotentiaal in stand door
open kanalen (-70 mV)
2. Depolarisatie: door stimulatie openen enkele Natrium kanalen. Als genoeg kanalen
opengaan, wordt de drempelwaarde (thresold of excitation) bereikt (ongeveer -55 mV).
Binnenkant is dus minder negatief dan de buitenkant. Die drempelwaarde is cruciaal voor
actiepotentiaal.
Alles of niets reactie:
Drempelwaarde gehaald? Alle natrium poorten gaan open
Drempelwaarde niet gehaald? Alle natrium poorten gaan dicht
3. Stijging van actiepotentiaal Alle natriumpoorten gaan open, er komt een invloed van natrium
ionen. Binnenkant van de cel wordt positief t.o.v. buitenkant van de cel (ongeveer +35 mV).
Kalium kunnen nog niet uit de cel, daarom wordt het zo positief. Er is dus actiepotentieel, en
er wordt een reactie doorgegeven.
4. Daling van actiepotentiaal. Natrium kanalen sluiten. Kalium poorten gaan open, en kalium
ionen gaan naar buiten. Membraanpotentiaal daalt weer.
Een zenuwcel moet er namelijk voor zorgen dat dit stukje van de axon, waar net een actiepotentiaal
is geweest, weer even opnieuw moeten worden klaargemaakt voor een nieuw actiepotentiaal. Dus
alle natrium wat in de cel zat, moet weer terug naar buiten de cel. En alle kalium ionen die buiten de
cel zit, moet weer terug de cel in.
5. Hyperpolarisatie. Natrium kanalen sluiten volledig. Kalium kanalen blijven open. Hierdoor
wordt membraanpotentiaal negatiever dan normaal.
o Wat is een actiepotentiaal, en hoe werkt het?
o Wat zijn neurotransmitters?
o Hoe werkt info-overdracht tussen neuronen?
Een neuron is bedekt met een membraan van 8 nanometer (0.00001 mm), samengesteld uit twee
lagen: een binnenlaag en een buitenlaag van fosfolipidemoleculen (met ketens van vetzuren en een
fosfaatgroep).
Rustpotentiaal: het verschil binnen het neuron is -70 mV (minivolt) ten opzichte van buiten ->
polarized.
Membraan potential: verschillen in elektrische ladingen tussen de binnen- en buitenkant
Als geladen ionen vrij over het membraan zouden kunnen stromen, zou het membraan
depolariseren. Maar de membraan is gedeeltelijk doorlatend. Dat betekent dat sommige
chemicaliën er makkelijker doorheen gaan dan anderen.
O.a. zuurstof en water gaan door kanalen die altijd open zijn.
En sommige biologische belangrijke ionen, zoals natrium, kalium, calcium, en chloride, gaan door
poorten heen die soms open en soms dicht zijn.
Er zijn drie factoren die de iondistributie tijdens rust kunnen beïnvloeden:
• De natrium-kalium pomp, transporteert 3 natrium ionen uit de cel en 2 kalium ionen in de
cel. Deze pomp is een actief transport, dat energie vereist.
• Concentration gradient: Een resultaat van deze natrium-kalium pomp, is dat de natrium
ionen meer dan 10 keer geconcentreerder zijn buiten de membraan dan binnen de
membraan, hierdoor wilt het natrium juist de membraan. En kalium ionen zijn meer
geconcentreerd binnen de membraan, dan daarbuiten.
- De natrium-kaliumpomp is alleen effectief vanwege de selectieve permeabiliteit van het
membraan, waardoor wordt voorkomen dat de natriumionen die uit het neuron zij
gepompt direct weer naar binnen lekken.
Wanneer natriumionen worden weggepompt, blijven ze buiten. Sommige van de kallium
ionen die in het neuron worden gepompt, lekken langzaam uit en dragen een positieve
lading met zich mee.
• Electrostatic gradient: natrium is positief geladen en de binnenkant van de cel negatief. + en
– trekken elkaar aan, waardoor natrium de cel in wil en kalium in de cel blijft.
Kalium is onderworpen aan concurrerende krachten. Kalium is positief geladen en de binnenkant van
de cel is negatief geladen, waardoor de elektrische gradiënt de neiging heeft om kalium naar binnen
te trekken. Kalium is echter meer geconcentreerd in de cel dan daarbuiten, dus de
concentratiegradiënt heeft de neiging om het uit te drijven.
Natrium ionen zijn meer geconcentreerd buiten de cellen, en kalium ionen zijn meer geconcentreerd
in de cellen.
Wanneer het membraan in rust is, heeft de concentratiegradiënt de neiging om kaliumionen uit de
cel te drijven; de elektrische gradiënt trekt ze de cel in. De natrium-kaliumpomp trekt ze ook in de
cel
, Het lichaam investeert veel energie in de bediening van de natrium-kaliumpomp, die het
rustpotentieel handhaaft. Maar waarom is het zoveel energie waard?
Het rustpotentieel bereidt het neuron voor om snel te reageren. Zoals we in het volgende gedeelte
zullen zien, opent excitatie van het neuron kanalen die natrium snel in de cel laten komen. Omdat
het membraan van tevoren zijn werk deed door de concentratiegradiënt voor natrium te handhaven,
is de cel bereid krachtig op een stimulus te reageren.
Vergelijk het rustpotentieel van een neuron met een evenwichtig pijl en boog: een boogschutter die
van tevoren aan de boog trekt en vervolgens wacht, staat klaar om op het juiste moment te
schieten. Het neuron gebruikt dezelfde strategie.
Actiepotentiaal: berichten die zijn verstuur door de axon. Dit is communicatie in een neuron.
Actiepotentiaal werkt via het “alles-of-niets” principe
1. Rustfase: speciale Natrium en kalium pompen zijn dicht. Membraanpotentiaal in stand door
open kanalen (-70 mV)
2. Depolarisatie: door stimulatie openen enkele Natrium kanalen. Als genoeg kanalen
opengaan, wordt de drempelwaarde (thresold of excitation) bereikt (ongeveer -55 mV).
Binnenkant is dus minder negatief dan de buitenkant. Die drempelwaarde is cruciaal voor
actiepotentiaal.
Alles of niets reactie:
Drempelwaarde gehaald? Alle natrium poorten gaan open
Drempelwaarde niet gehaald? Alle natrium poorten gaan dicht
3. Stijging van actiepotentiaal Alle natriumpoorten gaan open, er komt een invloed van natrium
ionen. Binnenkant van de cel wordt positief t.o.v. buitenkant van de cel (ongeveer +35 mV).
Kalium kunnen nog niet uit de cel, daarom wordt het zo positief. Er is dus actiepotentieel, en
er wordt een reactie doorgegeven.
4. Daling van actiepotentiaal. Natrium kanalen sluiten. Kalium poorten gaan open, en kalium
ionen gaan naar buiten. Membraanpotentiaal daalt weer.
Een zenuwcel moet er namelijk voor zorgen dat dit stukje van de axon, waar net een actiepotentiaal
is geweest, weer even opnieuw moeten worden klaargemaakt voor een nieuw actiepotentiaal. Dus
alle natrium wat in de cel zat, moet weer terug naar buiten de cel. En alle kalium ionen die buiten de
cel zit, moet weer terug de cel in.
5. Hyperpolarisatie. Natrium kanalen sluiten volledig. Kalium kanalen blijven open. Hierdoor
wordt membraanpotentiaal negatiever dan normaal.
