Nyugalmi és akciós potenciál



Hasonló dokumentumok
Potenciálok. Elektrokémiai egyensúly

A membránpotenciál. A membránpotenciál mérése

Termodinamikai egyensúlyi potenciál (Nernst, Donnan). Diffúziós potenciál, Goldman-Hodgkin-Katz egyenlet.

Membránpotenciál, akciós potenciál

A nyugalmi potenciál megváltozása

Egy idegsejt működése

Légzés. A gázcsere alapjai

Sejtek membránpotenciálja

Elektromos ingerlés ELEKTROMOS INGERLÉS. A sejtmembrán szerkezete. Na + extra. Elektromos ingerlés:

Az ingerületi folyamat sejtélettani alapjai

Membránpotenciál. Nyugalmi membránpotenciál. Akciós potenciál

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

Nyugalmi potenciál, akciós potenciál és elektromos ingerelhetőség. A membránpotenciál mérése. Panyi György

Szigetelők Félvezetők Vezetők

A B C D 1. ábra. Béka ideg-izom preparátum készítése

Az elemeket 3 csoportba osztjuk: Félfémek vagy átmeneti fémek nemfémek. fémek

IONCSATORNÁK. I. Szelektivitás és kapuzás. III. Szabályozás enzimek és alegységek által. IV. Akciós potenciál és szinaptikus átvitel

Elektrokémiai gyakorlatok

6. A TALAJ KÉMIAI TULAJDONSÁGAI. Dr. Varga Csaba

Érzékszervi receptorok

Kevéssé fejlett, sejthártya betüremkedésekből. Citoplazmában, cirkuláris DNS, hisztonok nincsenek

Modern műszeres analitika számolási gyakorlat Galbács Gábor

Emberi ízületek tribológiája

Izomműködés. Az izommozgás. az állati élet legszembetűnőbb külső jele a mozgás amőboid, ostoros ill. csillós és izomösszehúzódással

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

Didaktikai feladat: frontális osztálymunka, egyéni munka, csoportmunka, ismétlés, tanár-diák párbeszéd, ellenőrzés, értékelés

A plazmamembrán felépítése

A sejtek membránpotenciálja (MP)

Első sorozat (2000. május 22. du.) 1. Oldjamegavalós számok halmazán a. cos x + sin2 x cos x. +sinx +sin2x =

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI FELVÉTELI FELADATOK 2002.

VEGYIPARI ALAPISMERETEK

Hidraulika. 5. előadás

Elektromágneses terek gyakorlat - 6. alkalom

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

zis Brown-mozg mozgás Makromolekula (DNS) fluktuáci Vámosi György

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás VI

A vér folyékony sejtközötti állományú kötőszövet. Egy átlagos embernek 5-5,5 liter vére van, amely két nagyobb részre osztható, a vérplazmára

m n 3. Elem, vegyület, keverék, koncentráció, hígítás m M = n Mértékegysége: g / mol elem: azonos rendszámú atomokból épül fel

Elektromágneses hullámok, a fény

Bevezetés a növénytanba Növényélettani fejezetek 2.

Porszűrők. Muv.-I.-95-o. A szűrő, szűrő közeg. A szűrőn a gáz áthalad, a por (jelentős része) leválik Leválasztás a szűrőközegen. A szűrők alaptípusai

Az emlıs keringési rendszer felépítése

Vízműtani számítás. A vízműtani számítás készítése során az alábbi összefüggéseket használtuk fel: A csapadék intenzitása: i = a t [l/s ha]

OZMÓZIS, MEMBRÁNTRANSZPORT

1. Prefix jelentések. 2. Mi alapján definiáljuk az 1 másodpercet? 3. Mi alapján definiáljuk az 1 métert? 4. Mi a tömegegység definíciója?

MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK BIOKÉMIA A BIOLÓGIAI MEMBRÁNOK 1. kulcsszó cím: MEMBRÁNOK

Tevékenység: Olvassa el a fejezetet! Gyűjtse ki és jegyezze meg a ragasztás előnyeit és a hátrányait! VIDEO (A ragasztás ereje)

Laboratóriumi technikus laboratóriumi technikus Drog és toxikológiai

1. Kolorimetriás mérések A sav-bázis indikátorok olyan "festékek", melyek színüket a ph függvényében

Speciálkollégium. Dr. Fintor Krisztián Magyary Zoltán Posztdoktori Ösztöndíj TÁMOP A/ Nemzeti Kiválóság Program Szeged 2014

1. feladat Összesen: 10 pont

A gázcsere alapjai, a légzési gázok szállítása

Kémiai alapismeretek 11. hét

Adatok: Δ k H (kj/mol) metán 74,4. butadién 110,0. szén-dioxid 393,5. víz 285,8

CELLULÁRIS SZÍV- ELEKTROFIZIOLÓGIAI MÉRÉSI TECHNIKÁK. Dr. Virág László

Az akciós potenciál (AP) 2.rész. Szentandrássy Norbert

A 2007/2008. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második fordulójának feladatlapja. KÉMIÁBÓL I. kategóriában ÚTMUTATÓ

Kompromisszum. Levegőtisztaság-védelem. Lehetséges tisztítási módszerek. Légszennyezettség csökkentésére ismert alternatív lehetőségek

EGYENLETEK, EGYENLŐTLENSÉGEK, EGYENLETRENDSZEREK

Budapesti Műszaki- és Gazdaságtudományi Egyetem Közlekedésmérnöki Kar Gépjárművek Tanszék

Egy idegsejt működése. a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál

Membránszerkezet Nyugalmi membránpotenciál

ELEKTROLITOK VEZETÉSÉVEL KAPCSOLATOS FOGALMAK

KONDENZÁTOR FELTÖLTÉSE ELLENÁLLÁSON KERESZTÜL KONDENZÁTOR KISÜTÉSE ELLENÁLLÁSON KERESZTÜL KAPACITÍV ELLENÁLLÁS INDUKTÍV ELLENÁLLÁS U T + U T X = I R

ALAPFOGALMAK ÉS ALAPTÖRVÉNYEK

Fizika 1i gyakorlat példáinak kidolgozása tavaszi félév

Az időtől független Schrödinger-egyenlet (energia sajátértékegyenlet), A Laplace operátor derékszögű koordinátarendszerben

a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál. Nyugalmi potenciál. 3 tényező határozza meg:

A fehérjék harmadlagos vagy térszerkezete. Még a globuláris fehérjék térszerkezete is sokféle lehet.

Épületgépészeti csőanyagok kiválasztási szempontjai és szereléstechnikája. Épületgépészeti kivitelezési ismeretek szeptember 6.

Az idegsejt elektrokémiai és

Hang és ultrahang. Az ultrahangos képalkotás, A-, B- és M-képek. Doppler-echo. Echo elv - képalkotás. cδt = d+d = 2d

A kémiai energia átalakítása a sejtekben

Bolyai János Matematikai Társulat

Mi a biomechanika? Mechanika: a testek mozgásával, a testekre ható erőkkel foglalkozó tudományág

Membránszerkezet. Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Folyékony mozaik modell. Membrán-modellek. Biofizika szeminárium

1. Atomspektroszkópia

BUDAPESTI MŰSZAKI EGYETEM Anyagtudomány és Technológia Tanszék. Hőkezelés 2. (PhD) féléves házi feladat. Acélok cementálása. Thiele Ádám WTOSJ2

Elektromos áram, áramkör, ellenállás

A kiválasztási rendszer felépítése, működése

L Ph 1. Az Egyenlítő fölötti közelítőleg homogén földi mágneses térben a proton (a mágneses indukció

A talliummal szennyezett NaI egykristály, mint gammasugárzás-detektor

KÉMIA 10. Osztály I. FORDULÓ

9. Radioaktív sugárzás mérése Geiger-Müller-csővel. Preparátum helyének meghatározása. Aktivitás mérés.

Fafizika 10. elıad. A faanyag szilárds NYME, FMK,

A.15. Oldalirányban nem megtámasztott gerendák

Nehéz töltött részecskék (pl. α-sugárzás) kölcsönhatása

Gyógyszervegyületek elektrofiziológiai szűrése nagy hatáskereszt-metszetű ( semi high-troughput ) rendszereken

feladatmegoldok rovata

Azonosító jel: KÉMIA EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA október :00. Az írásbeli vizsga időtartama: 240 perc

Ujfalussy Balázs Idegsejtek biofizikája

Fizika 2 (Modern fizika szemlélete) feladatsor

MEGOLDÓKULCS AZ EMELT SZINTŰ FIZIKA HELYSZÍNI PRÓBAÉRETTSÉGI FELADATSORHOZ 11. ÉVFOLYAM

Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Biofizika szeminárium

8. osztály megoldások

Többkomponensű rendszerek I.

NE FELEJTSÉTEK EL BEÍRNI AZ EREDMÉNYEKET A KIJELÖLT HELYEKRE! A feladatok megoldásához szükséges kerekített értékek a következők:

Elektromos áram, egyenáram

Atomfizikai összefoglaló: radioaktív bomlás. Varga József. Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet Kötési energia (MeV) Tömegszám

Gyógyszerhatóanyagok azonosítása és kioldódási vizsgálata tablettából

Átírás:

Nyugalmi és akciós potenciál A sejtmembrán ingerlékenysége 2/14 az állati sejtek belseje negatívabb, mint a környezet - nyugalmi potenciál az ideg-, izom-, és egyes érzéksejtekben ez a feszültség átmenetileg átfordulhat - akciós potenciál állati elektromosság felfedezése: Luigi Galvani anatómus, Bologna, XVIII, szd. - galvanizált békacomb - cink és réz unokaöccse, Giovanni Aldini, orvos vizsgálta tovább - publikáció 1791-ben Alessandro Volta 1792, orvos, Pavia - az elektromosság a különböző fémek miatt keletkezik - Volta-elem 1

Az ingerlékenység vizsgálata 3/14 Alan Hodgkin és Andrew Huxley 1939 - az akciós potenciál alapjai kalmár óriás axonon ez az óriás kalmár kisöccse; legnagyobb kifogott példány 22 m, törzs 7x1,5 m, karok 14 m, súly 42 t, tapadókorong 12-15 cm (Uránia Állatvilág 326. old.) találtak 20 cm tapadókorong lenyomatot is fogas ceten, és 40 cm-es szemet cet gyomrában tengeri kígyó legendák alapja - hajókat megtámadhatja óriás axon menekülési reakcióhoz - ezüst drót elektróddal vizsgálható ma üvegkapilláris, tizedmikronos heggyel a feltétel az elektronika fejlődése is volt Elektrokémiai egyensúly 4/14 edény szemipermeábilis hártyával elválasztva KCl oldat, negatív ion nem tud átlépni kvantitatív jellemzés: elektrokémiai potenciál µ = µ + RTlnc + zfe ha ez egyenlő a két oldalon, akkor egyensúly van µ = µ A µ B = RTln(c A/ c B ) + zf(e A E B ) = 0 átrendezve kapjuk a Nernst egyenletet: E A E B = RT/zF * ln(c A/ c B ) az A oldal felel meg a sejt belsejének: pozitív ion itt nagyobb koncentrációban: potenciál negatív mindíg a sejt belsejét nézzük a külvilágal szemben; az 0 potenciálon van 2

Az egyensúlyi potenciál értéke 5/14 ha z = 1, T = 29,2 C és áttérünk lg-re: E A E B = 60 mv * log(c A/ c B ) vagyis belső oldalon pl. K + 10-szeres koncentrációban - egyensúlyi (ekvilibrium) potenciál -60 mv ionok mozgásai: MP = ekvilibrium potenciál - ion nem mozog MP > ekvilibrium potenciál, de azonos előjelű - elektromos gradiens szerint mozog MP < ekvilibrium potenciál, de azonos előjelű - kémiai gradiens szerint mozog ellenkező előjelű: mindkettő egy irányban mozgatja Donnan egyensúly I. 6/14 sejt belsejében semleges ph-n nem diffundáló nagy negatív ionok: fehérjék, polifoszfátok szemipermeábilis hártya, KY és KCl oldatok, 0,1 M koncentrációban Y - nem jut át a membránon, Cl - bemegy (koncentráció), K + követi kicsivel több klorid ion; 6000 ion többlet 1 négyzetmikronon: -100 mv egyensúly esetén elektrokémiai potenciál azonos, ezért RTln(K A /K B ) + F(E A E B ) = 0 RTln(Cl A /Cl B ) - F(E A E B ) = 0 összeadás és rendezés után: K A Cl A = K B Cl B 3

Donnan egyensúly II. 7/14 ebből K A Cl A = K B Cl B ha 0,1 M-ból indultunk ki, és x mól lépett át a B oldalról A oldalra, akkor K A = 0,1+x; Cl A = x; K B = Cl B = 0,1- x ezt behelyettesítve a szorzatba, x-re megoldva (0,033), majd beírva az eredeti egyenletbe: E A E B = 60 mv * log(0,133../0,066..) = 60 mv * 0,3010 = 18 mv nem igazi sejtre számoltunk, de nagyságrend helytálló ozmótikusan viszont nincs egyensúly, belül több részecske π = RT * ( [K] + [Cl] + [Y]) = RT * (0,06667 0,03333 + 0,1) = 24 * 0,133.. = 3,2 atm!!!! Nyugalmi potenciál I. régen a Donnan egyensúllyal magyarázták az ún. sértési potenciált pontosabb mérési lehetőség: -60 és -90 mv közt okok: Donnan egyensúly, K/Na-pumpa, szelektív permeabilitás, egyenlőtlen ioneloszlás Donnan egyensúly esetén cseréljük le Na + felét K + -ra, majd indítsuk be a pumpát 1:1 arányban a potenciál nem változik csökkentsük le a Na + konduktanciáját: Na + nehezen szivárog vissza, K + ki tud szökni - negatív membránpotenciál I Na = g Na (V m - E Na ) és I K = g K (V m - E K ) ha a pumpa 1:1 arányban dolgozik: akkor a spontán áramok is egyenlőek, bár ellenkező irányúak g Na (V m - E Na )= - g K (V m - E K ) 8/14 4

Nyugalmi potenciál II. 9/14 g K : g Na : g Cl = 1 : 0,05 : 0,45 nyugalomban a membránpotenciál közel kell, hogy legyen a K + ekvilibrium potenciáljához: K + -potenciál hipo-, hiper-, de-, és repolarizáció fogalma áramok viszonyából minden levezethető: külső K + növekedése - hipopolarizáció ( tökéletes gyilkosság ) K + konduktancia növekedése - hiperpolarizáció (GABA, ACh) K + konduktancia csökkenése - hipopolarizáció (ACh) Na+ konduktancia növekedése - hipopolarizáció (Ach, glutamát) pumpa 3:2 arányú működése - hiperpolarizáció (elektrogén pumpa) A GHK egyenlet 10/14 nem vettük figyelembe a Cl - iont problematikus: egyensúly, vagy gradiens befelé ha van gradiens, kell pumpa is - valószínüleg így is van minden ion szerepét figyelembe veszi a Goldman - Hodgkin -Katz egyenlet nem igazán egzakt levezetésen alapul, de jól egyezik a valósággal 5

Akciós potenciál (AP) 11/14 a vázolt összefüggések nyugalomban érvényesek - MP változással csatornák is változnak ingerület hatására gyors potenciálváltozás, ami végigfut - a kalmáron axonján vizsgálták először négyszögimpulzussal ingerlünk elektrotónusos (passzív) majd helyi (aktív) válasz, végül a küszöb elérésekor akciós potenciál membrán kapacitása 1µF/cm 2 - először át kell polarizálni a kondenzátort V t = V max * (1-e -t/rc ) V t = V max * e -t/rc térállandó (λ) és időállandó (τ): 1/e-re csökken a jel (kb. 37%), emlős ideg-, és izomsejten 1-3 mm a térállandó, vékony nyúlványokon lényegesen kisebb Az AP mechanizmusa 12/14 feszültségzár (voltage-clamp) vizsgálatok alapján hipopolarizáció - feszültségfüggő Na-csatornák Na + belép (6000 ion 1 µ 2 -on - 100 mv) - további hipopolarizáció - láncreakció alakulhat ki Na + -konduktancia 400-szorosára nő, de gyors inaktiváció K + kilép (szivárgási + késleltetett csatorna) - repolarizáció, sőt utóhiperpolarizáció amplitúdót ekvilibrium potenciálok határolják ingerlés erősségével a frekvencia arányos abszolút és relatív refrakter max. 1 khz energia igény igen kicsi - kalmár axonban pumpa ouabainnal bénítva - még 10.000 kisülés helyi érzéstelenítők (kokain származékok) - gyors Na + csatorna bénítása 6

Szív-, és simaizom AP-ja 13/14 szívizom AP-ja hosszú (200-300 ms) platót tartalmaz gyors Na + -, majd lassabb Ca ++ -csatornák kinyílása K + -aktiváció késleltetett hosszú abszolút refrakter - nem tetanizálható belépő Ca ++ fontos a kontrakcióhoz a simaizom sejtekben nincs gyors Na + -csatorna feszültségfüggő Ca ++ -csatornák okozzák az AP-t nem mindig alakul ki AP, ha igen, akkor platós - Ca ++ -függő K + -csatornák nyílnak, hipopolarizáció lassul, feszültségfüggő K + -csatornák késnek plató nélküli - Ca ++ -függő K + -csatorna nincs, gyors hipopolarizáció, feszültségfüggő K + -csatornák nyilnak AP lassan száll fel, több mp-ig is tarthat Az akciós potenciál terjedése AP hatására helyi áramkörök szomszédos területen is AP alakul ki változatlan amplitúdóval tovaterjed (nem dekremenssel), minden-vagy-semmi a vezetési sebesség a keresztmetszettel nő velőshüvely - óriási sebességnövekedés Schwann sejt a periférián, oligodendroglia a központban - mielin-hüvely szaltatórikus vezetés - AP regeneráció csak a befűződéseknél internódium vezetékként viselkedik kalmár: 500 µ átmérő, 25 m/s sebesség ember: átl. 10 µ átmérő, 0,5 m/s sebesség lenne, de ehelyett 50 m/s 3 mm helyett 30 cm vastag idegek kellenének! 14/14 7

A kalmár (Loligo) óriás axonja Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 5-21. Elektromos és kémiai gradiens Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 5-13. 8

Az akciós potenciál kialakulása Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 5-16. Passzív elektromos tulajdonságok Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 5-12. 9

Elektrotónusos terjedés axonon Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-3. Konduktancia változások AP alatt Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 5-20. 10

Különböző izmok aktivációja harántcsikolt izom szivizom sima izom Velőshüvely a KIR-ben Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-8. 11

Szaltatórikus vezetés Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-9. 12