Studiebot antwoord

Vraag gesteld door: rixtveenstra - 11 maanden geleden

Maak een oefenexamen van de volgende tekst: HC4: Actiepotentiaal

Leerdoelen
- De actiepotentiaal kunnen beschrijven in termen van een veranderende dynamiek van openen en sluiten (of inactiveren) van ionkanalen.
- De techniek en methodes beschrijven waarmee je ionstromen kunt meten en isoleren.
- De verschillende ionstromen kunnen koppelen aan de functionele staat van een ionkanaal.
- De organisatie/structuur van het spanningsgevoelige natriumkanaal kunnen beschrijven en hoe veranderingen in ionkanaaleigenschappen kunnen leiden tot neurologische ziektebeelden.
- Uit kunnen leggen wat het verschil is tussen de absolute en relatieve refractaire periode.
- Passief en actief spanningsverloop over een axon kunnen uitleggen bij onderdrempelige en bovendrempelige stimulatie.
- Kunnen samenvatten hoe de actiepotentiaal voortgeleiding werkt.

Actiepotentiaal en de bijbehorende dynamiek van ionkanalen
Membraanpotentiaal is constant, maar kan gestimuleerd worden tot actiepotentiaal (100 mV): sterker dan synaptisch/receptorpotentiaal
Passieve en actieve geleiding van spanning in een zenuwcel: depolarisatie geeft positieve respons, negatieve puls geeft passieve respons bij meer stimulatie meer actiepotentiaal, niet groter (er wordt gecodeerd met frequentie, niet amplitude)
Eerste 2 fasen actiepotentiaal:
- Rust: K+ lekkanalen staan open evenwichtspotentiaal voor K+ wordt bereikt
- opgaande flank: drempel wordt bereikt en natriumkanalen gaan plots open, kaliumkanalen gaan trager open en hebben minder invloed streeft naar 58 mV

Laatste 2 fasen actiepotentiaal:
- neergaande flank (repolarisatie): natriumkanalen gaan inactiveren (anders dan gesloten toestand) kalium gaat naar buiten repolarisatie membraanpotentiaal
- repolarisatie: terugkeren ruststand, normaal ook hyperpolarisatie
ionkanaaldynamiek tijdens gegradeerde potentiaal en actiepotentiaal: alles of niets

de actiepotentiaal en onderliggende permeabiliteiten van kanalen zijn onderzocht met een model van actiepotentiaal m.b.v. de pijlinktvis
- pijlinktvis heeft grote axonen/neuronen die kunnen overleven buiten het lichaam
- reuzenaxon samengesteld uit meerdere axonen
- zoogdierenaxon is 400 keer kleiner in diameter
- als je de intra- en extracellulaire vloeistof kan manipuleren kan je spelen met het Nernst- en membraanpotentiaal
- de verhouding in ionen is bij zoogdieren i.v.t. de pijlinktvis ongeveer hetzelfde

Verschillende fasen van de actiepotentiaal
je kunt ionstromen/geleidbaarheden meten door bepaalde kanalen te blokkeren
ionstromen worden veroorzaakt door een verandering in ionkanaalconductantie en drijvende kracht (verschil tussen membraanspanning en evenwichtspotentiaal)
omdat de membraanconductantie de wet van Ohm volgt (V = I * R) wordt de ionstroom gegeven door: I = g(Vm-Eion) is de elektrochemisch drijvende kracht
verschil membraan- en ionpotentiaal is de elektrochemische drijvende kracht stroom gaat alleen lopen als er een verschil is, bij een groot verschil een grote drijvende kracht
de drijvende kracht voor K+ (5 mV in rust):
- Het verschil tussen de actuele membraanpotentiaal (Vm) en de theoretische evenwichtspotentiaal voor dat ion (Eion)
- Snelheid van K+ ion beweging over de membraan is laag als de membraanpotentiaal maar enkele mV depolariseert en K+ kanalen iets meer open gaan
de drijvende kracht voor Na+ (-138 mV in rust): grote drijvende kracht in rust, lage geleidbaarheid (want kanalen dicht) als de kanalen open gaan zullen de natriumionen snel de piek van de actiepotentiaal (en geleidbaarheid) bereiken
een actiepotentiaal ontstaat door een plotselinge verhoging van de permeabiliteit voor natrium (PNa) bij de drempel PK wordt langzamerhand ook groter (repolarisatie)

Voltage-clamp techniek
stromen en iongeleidbaarheden worden gemeten m.b.v. de voltage-clamp techniek: spanning van membraan op een bepaalde waarde houden door er stroom doorheen te sturen via twee elektroden versterker kan command voltage doorgeven

stroom wordt geproduceerd door membraan naar andere potentialen te brengen: uitwaartse stroom wordt steeds groter en inwaartse stroom verdwijnt
relatie tussen stroomamplitude en membraanpotentiaal: curve door telkens naar verschillende potentialen te kijken

snelle inwaartse stroom wordt bepaald door Na+ natriumconcentraties aan de buitenkant manipuleren actiepotentiaal
in de cel zit altijd nog een beetje natrium wat er uitgaat als je naar 0 mV gaat
farmacologische scheiding van Na+ en K+ stromen: bepaalde stoffen kunnen natrium- of kaliumkanalen blokkeren (bijv. TTX voor natriumkanalen en TEA voor kaliumkanalen)
Vm wordt vergeleken met command voltage (Vc) bij verschil ontstaat er een verschilsignaal om ze weer gelijk te maken
Membraanconductie veranderingen zijn tijds- en spanningsafhankelijk: zowel conductantie voor Na als K neemt toe in de tijd natrium is snel en inactiveert, kalium blijft vrij hoog zolang stimulus aanwezig is en inactiveert niet

Depolarisatie doet Na+ en K+ conductanties toenemen: verschillen door tijdsspanne
Patch-clamp techniek: stukje (patch) membraan opgezogen voor kanaalmetingen om stroom te meten die door enkele kanalen gaan als je doorzuigt gaat het membraan kapot en meet je de kanalen over de hele cel: whole-cell techniek
Spanningsafhankelijke natriumkanalen: gesloten, open, genactiveerd, gesloten
- Bij axonheuvel (axon hillock) en op het axon
- Hebben een activatiepoort en een inactivatiepoort
- Reageren daarmee snel op veranderingen in membraanpotentiaal
- Bij depolarisatie beiden open, daarna inactivatiepoort dicht

Spanningsafhankelijke kaliumkanalen: gesloten, open, blijft open, gesloten
- Bij axonheuvel (axon hillock) en op axon
- Hebben alleen een activatiepoort (en geen inactivatiepoort)
- Reageren daarmee op veranderingen in membraanpotentiaal
o zijn gesloten bij de rustpotentiaal
o gaan open bij depolarisatie, gebeurt relatief traag
o gaan dicht bij repolarisatie, gebeurt relatief traag
verschillende typen kaliumkanalen (anders dan voltage-gated en lekkanalen):
- calciumgeactiveerd: openen in reactie op een toename van de intracellulaire calciumconcentratie (membraanpotentiaal wordt negatief); combineren elektrische en chemische signalen niet te veel calcium, anders celdood
- tweevoudige poriekanalen: gaan open bij een pH van 8 en sluiten bij een pH van 6 (uitzonderlijk, want pH is normaal heel goed gereguleerd)
dynamiek van stromen bij actiepotentiaal: single channel stromen tijdens actiepotentiaal

calciumkanalen zijn ook spanningsafhankelijk en spelen een rol bij de presynaps
Macrostructuur van een ionkanaal: quaternaire structuur met verschillende subunits (varieert hoe veel) alfa subunit het grootst
Organisatie van het natriumkanaal eiwit: 4 domeinen van een kanaal vouwen tot een porie aminozuren binnen het kanaal

de porin in een spanningsafhankelijk natriumkanaal kunnen open en dicht bij -65 wordt de positieve lading naar beneden getrokken en gaat het kanaal dicht
op het natriumkanaal zelf zijn verschillende bindingsplaatsen (voor bijv. toxines)
Lokale verdoving vindt plaats d.m.v. een natriumkanaal blok: via lidocane dat bindt aan een open natriumkanaal (zodat het dichtgaat) als kurk in kanaal geen AP, geen pijn
Puntmutaties in ionkanalen leiden tot verandering van eigenschappen en kunnen channelopathy veroorzaken: erfelijke spierziekten zoals verlamming, myotonie, GEPS in gemuteerde natriumkanalen kun je gemuteerde stromen tot expressie laten komen
Bovendrempelige stroominjectie en actiepotentiaal amplitude: als de drempelwaarde wordt overschreden ontstaat er een actiepotentiaal een sterkere depolarisatie/stimulus produceert een hogere vuurfrequentie, niet grotere actiepotentialen



Extracellulair gemeten actiepotentiaal (in wormen) heeft niet zon grote amplitude
Hoe snel kun je weer de volgende actiepotentiaal opwekken: de inactivatie van de Na+ kanalen liggen ten grondslag aan de refractaire periode actiepotentialen worden gegenereerd bij de negatieve flank
tijdens de refractaire periode is er een sterkere stimulus nodig voor een nieuwe actiepotentiaal, tijdens de absolute refractaire periode kan dit niet

Een axon lijkt op een elektrische kabel, maar zijn slechte geleiders, want stroom lekt weg door het membraan (passieve voortgeleiding) bij sub threshold stimulus wordt de stroom steeds kleiner (tuinslang waar allemaal gaatjes in zitten)
Passief verval van de membraanspanning langs axon: op een afstand van mm van de plaats van de stroominjectie bedraagt de spanningsverandering nog slechts 37% (1/e) van de oorspronkelijke; deze afstand wordt de lengteconstante (stroomlus ) of elektrotonische lengte genoemd bij goede stroomgeleiders is lang

Passieve uitbreiding van elektrische spanning; de lengteconstante hangt af van:
- diameter van het axon (a)
- specifieke membraanweerstand (Rmem)
- interne weerstand (Rcytosol)
Hoe wordt een signaal over grote afstand getransporteerd? Passieve geleiding is niet voldoende om potentialen over lange afstanden te transporteren
Actiepotentiaal voortgeleiding heeft zowel passieve als actieve geleiding nodig; de actieve eigenschappen worden bepaald door de spanningsafhankelijke ionkanalen de amplitude is gelijk, geen spanningsverval
Snelheid van voortgeleiding door myelineschede en het aantal kanalen: geleiding vindt plaats in de knoop van Ranvier:
- Rm (membraanweerstand) stijgt elektronische lengte () neemt toe efficintere stroomgeleiding over grotere afstanden
- Cm (membraancapaciteit) daalt sterker (dan Rm stijgt) (RC-waarde) neemt netto af snellere respons van het membraan
- Knopen van Ranvier zorgen voor saltatoire voortgeleiding
Elektronische lengte en snelheid van geleiding:
Beschadiging van de myelineschede (bijv. door inflammatie/auto-immuunziekten) kan leiden tot degeneratieve zenuwaandoeningen (Guillain-Barr, MS) stroom kan makkelijker weglekken, voortgeleiding is verstoord
. De oefenexamen moet geschreven zijn in de Nederlandse taal. Onderin staan de antwoorden. Het aantal vragen dat het oefenexamen moet bevatten is 10.

Antwoord rapporteren