Membránpotenciál. Nyugalmi membránpotenciál. Akciós potenciál

Hasonló dokumentumok
Membránpotenciál, akciós potenciál

Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Biofizika szeminárium

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

MEMBRÁNSZERKEZET, MEMBRÁNPOTENCIÁL, AKCIÓS POTENCIÁL. Biofizika szeminárium

Érzékszervi receptorok

Membránszerkezet Nyugalmi membránpotenciál

A Sejtmembrán Szerkezete Nyugalmi Membránpotenciál

A Sejtmembrán Szerkezete Nyugalmi Membránpotenciál

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

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

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

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

Sejtek membránpotenciálja

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

Az ingerületi folyamat sejtélettani alapjai

Debreceni Egyetem Orvos- és Egészségtudományi Centrum Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Potenciálok. Elektrokémiai egyensúly

Az ioncsatorna fehérjék szerkezete, működése és szabályozása. A patch-clamp technika

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

BIOFIZIKA. Membránpotenciál és transzport. Liliom Károly. MTA TTK Enzimológiai Intézet

Az idegsejt elektrokémiai és

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

Bari Ferenc egyetemi tanár SZTE ÁOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet

Nyugalmi és akciós potenciál

A sejtek membránpotenciálja (MP)

Az idegi működés strukturális és sejtes alapjai

Gyógyszerészeti neurobiológia. Idegélettan

IONCSATORNÁK. Osztályozás töltéshordozók szerint: pozitív töltésű ion: Na+, K+, Ca2+ negatív töltésű ion: Cl-, HCO3-

A Sejtmembrán Szerkezete, Nyugalmi Membránpotenciál

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

A membránpotenciál. A membránpotenciál mérése

Anyagvizsgálati módszerek Elektroanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

Elektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

OZMÓZIS. BIOFIZIKA I Október 25. Bugyi Beáta PTE ÁOK Biofizikai Intézet

A nyugalmi potenciál megváltozása

Egy idegsejt működése

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

Az idegsejtek biofizikája. 1. Az egyensúlyi potenciál

Ujfalussy Balázs Idegsejtek biofizikája Harmadik rész

BIOFIZIKA I OZMÓZIS Bugyi Beáta (PTE ÁOK Biofizikai Intézet) OZMÓZIS

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

ELEKTROKÉMIA. - elektrolitokban: ionok irányított mozgása. Elektrolízis: elektromos áram által előidézett kémiai átalakulás

Nyugalmi potenciál, akciós potenciál és elektrotónusos potenciálok. - Ionális mechanizmusok -

Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS

Az elektromos kettősréteg. Az elektromos potenciálkülönbség eredete, értéke és az azt befolyásoló tényezők. Kolloidok stabilitása.

22. Az idegrendszer működésének alapjai. Az idegszövet felépítése

Biofizika I. OZMÓZIS. Dr. Szabó-Meleg Edina PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Nyugalmi potenciál, akciós potenciál és elektrotónusos potenciálok. - Ionális mechanizmusok -

13 Elektrokémia. Elektrokémia Dia 1 /52

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

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

CELLULÁRIS SZÍV- ELEKTROFIZIOLÓGIAI MÉRÉSI TECHNIKÁK. Dr. Virág László

Speciális működésű sejtek

ELEKTROKÉMIA. - elektrolitokban: ionok irányított mozgása. Elektrolízis: elektromos áram által előidézett kémiai átalakulás

Hodkin-Huxley formalizmus.

Elemi idegi működések, az idegrendszer felépítése és működésének alapjai

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Inger Modalitás Receptortípus. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Ahonnan letölthető az anyag (egy része):

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Receptor felépítése. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Zrínyi Miklós

Redox reakciók. azok a reakciók, melyekben valamely atom oxidációs száma megváltozik.

A harántcsíkolt izom struktúrája általános felépítés

Orvosi Fizika 13. Bari Ferenc egyetemi tanár SZTE ÁOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet

A szívizom akciós potenciálja, és az azt meghatározó ioncsatornák

Élettan szemináriumok 1. félév Bevezetés. Dr. Domoki Ferenc Szeptember 6

NÖVÉNYGENETIKA. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Az idegsejtek kommunikációja. a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció

Élettan szemináriumok 1. félév Bevezetés

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

Fizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció. Szinaptikus jelátvitel.

SZAGLÁS 2

6 Ionszelektív elektródok. elektródokat kiterjedten alkalmazzák a klinikai gyakorlatban: az automata analizátorokban

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

A szívizomsejt ioncsatornái és azok működése

A transzportfolyamatok és a sejtek közötti kommunikáció

Orvosi Fizika 10. Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Biológiai membránok és membrántranszport

Intelligens Rendszerek Elmélete. Biológiai érzékelők és tanulságok a technikai adaptáláshoz. Az érzékelés alapfogalmai

Fenntartó adag: az a gyógyszermennyiség, amely egy adott hatás állandó szinten tartásához szükséges: elimináció visszapótlása!

NÖVÉNYGENETIKA. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Általános Kémia, 2008 tavasz

Redox reakciók. azok a reakciók, melyekben valamely atom oxidációs száma megváltozik.

OZMÓZIS, MEMBRÁNTRANSZPORT. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Elektro-analitikai számítási feladatok 1. Potenciometria

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Vezetők elektrosztatikus térben

Ca 2+ Transients in Astrocyte Fine Processes Occur Via Ca 2+ Influx in the Adult Mouse Hippocampus

7 Elektrokémia. 7-1 Elektródpotenciálok mérése

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

In vitro elektrofiziológiai technikák Mike Árpád

AZ IDEGSEJTEK KÖZTI SZINAPTIKUS KOMMUNIKÁCIÓ Hájos Norbert. Összefoglaló

ORVOSI BIOFIZIKA. Damjanovich Sándor Mátyus László QT Szerkesztette

Szignáltranszdukció Mediátorok (elsődleges hírvivők) az információ kémiailag kódolt

Átírás:

Membránpotenciál Vig Andrea 2014.10.29. Nyugalmi membránpotenciál http://quizlet.com/8062024/ap-11-nervous-system-part-5-electrical-flash-cards/ Akciós potenciál http://cognitiveconsonance.info/2013/03/21/neuroscience-the-action-potential/ 1

Nyugalomban valamennyi sejt belseje negatív a külső felszínhez képest: negatív nyugalmi potenciál (Em: -30 es -90 mv között) Mikroelektróddal történő vizsgálat. (KCl oldattal töltött azonos mobilitás. Nincs zavaró diffúziós pot.) Az élő sejt belseje és külső felszíne között mérhető potenciálkülönbség. V Tintahal óriás axon Preparált izomsejtek Extracelluláris + (0 mv) Intracelluláris ( -70 mv) Nyugalmi membránpotenciál 0V U nyugalmi : -30mV _ -100 mv Mikroelektróda A sejtmembrán két oldala között kialakuló elektromos potenciálkülönbség (V). Intracelluláris tér Extracelluláris tér 2

Miért alakul ki a membránpotenciál? egyenlőtlen ioneloszlás a membrán két oldalán: a sejt belsejében magas K+ és alacsony Na+ koncentráció. folyamatosan működő K-Na ionpumpa: Na+ ionokat kifelé, K+ ionokat befelé szállítja szelektív membrán permeabilitás: a sejtmembrán K+ ionokra nézve sokkal átjárhatóbb, mint Na+ ionokra a sejt belsejében negatív töltésű, nem diffundáló ionok (fehérjék, nukleinsavak) vannak Intracelluláris tér [Na + ] 10 mm [K + ] 140 [Ca 2+ ] <10-3 [Cl - ] 3-4 [A - ] 140 Extracelluláris tér [Na + ] 120 mm [K + ] 2,5 [Ca 2+ ] 2 [Cl - ] 120 http://physiology.elte.hu/eloadas/kiegtanar_elettan/potencial_neuro_2009.pdf Hajtóerők : A töltött részecskék mozgását befolyásoló erők 1) Az adott ionok koncentráció különbsége - Kémiai koncentráció grádiens: Kémiai potenciál (Willard Gibbs - 1876) 2) A membrán két oldala között kialakuló töltéskülönbség - Elektromos grádiens: Elektromos potenciál Elektrokémiai potenciál Egyensúlyi állapotban az elektromos és kémiai koncentráció grádiens szabadenergia-változása egyenlő és ellentétes irányú. Az egyensúlyi potenciál számolható a koncentráció viszonyokból (bármely ionra nézve) 3

A nyugalmi membrán-potenciál eredete Bernstein kálium hipotézise Nernst-féle egyensúlyi potenciál (elektromos potenciál - kémiai potenciál) Donnan egyensúly: a membrán egyes ionos összetevők számára átjárhatatlan (pl. intracelluláris fehérjék). Goldman egyenlet: az egyensúlyi potenciálok és a membránpermeabilitások súlyozott értékeit valamint az abszolút ionkoncentrációk értékeit egyaránt figyelembe kell venni. http://www.st-andrews.ac.uk/~wjh/neurotut/mempot.html Nernst - egyenlet Kémiai potenciál W chem [ X NRT ln [ X 1 2 ] ] N = a koncentrációgrádiens kialakításában résztvevő mólok száma R = egyetemes gázállandó T = abszolút hőmérséklet X 1 / X 2 = koncentráció grádiens Elektromos potenciál W elektr NzFE N = az elektromos potenciálkülönbség kialakításában résztvevő töltött részecskék móljainak száma z = valencia (vegyérték) F = Faraday szám E= elektromos térerő (V) 4

Egyensúlyi potenciál Nernst-egyenlet: Mekkora elektromos potenciál (E) képes egyensúlyban tartani a kialakult koncentráció grádienst (X 1 /X 2 ). A befelé és kifelé történő ionáramok dinamikus egyensúlyban vannak. RT E zf http://www.st-andrews.ac.uk/~wjh/neurotut/mempot.html ln X X 1 2 Egyensúlyi potenciál [K + ] E mv = -58/1 log (139/2.5) = - 101.2 mv K + =2.5 mm K + =139 mm - + - 101.2 mv E mv = - 101.2 mv töltések nettó mozgás zéró (egyensúly) E mv > - 101.2 mv K + áramlik ki E mv < - 101.2 mv K + áramlik be Egy ionra nézve az a feszültség érték, mely egyensúlyt tart a koncentráció különbséggel. http://www.st-andrews.ac.uk/~wjh/neurotut/mempot.html 5

Ionkoncentrációk béka izomsejt esetén Na + : 120 mm K + : 2.5 mm Cl - : 120 mm Na + : 20 mm K + : 139 mm Cl - : 3.8 mm [K + ] E mv = -58/1 log (139/2.5) = [Na + ] E mv = -58/1 log (20/120) = [Cl - ] E mv = -58/1 log (3.8/120) = - 101.2 mv + 45.1 mv + 86.9 mv = 30.8 mv Nyugalmi potenciál (mért) E mv =-92mV A Nernst-egyenlet önmagában nem alkalmas a membránpotenciál meghatározására. Más értékeket kapunk, ha külön-külön számoljuk a potenciál értékeket és mást, ha mérjük a nyugalmi potenciált. Nem zárt rendszer Az ionok viselkedése nem független egymástól. 6

A nyugalmi membrán-potenciál eredete Bernstein kálium hipotézise Nernst-féle egyensúlyi potenciál (elektromos potenciál - kémiai potenciál) Donnan egyensúly: a membrán egyes ionos összetevők számára átjárhatatlan (pl. intracelluláris fehérjék). Goldman egyenlet: az egyensúlyi potenciálok és a membránpermeabilitások súlyozott értékeit valamint az abszolút ionkoncentrációk értékeit egyaránt figyelembe kell venni. http://www.st-andrews.ac.uk/~wjh/neurotut/mempot.html Donnan egyensúly v. Donnan megoszlás: Frederick George Donnan (1870-1956; Ír kémikus) Eltérő mozgékonyságú ionok szemipermeábilis hártyán való átdiffundálása diffúziós potenciál Az egyik ion nem tud átlépni a membránon (pl. intracelluláris fehérjék) egyensúlyi koncentráció különbség 7

Donnan egyensúlyi szabálya Diffuzibilis ionok: K +,Cl - RT Kin ln zf K K K in out out E Cl Cl out in RT zf ln K Cl K Cl in in out out Cl Cl out in A Donnan egyensúly csak akkor érvényes ha az ionok passzív módon jutnak át a sejtmembránon! A nyugalmi membrán-potenciál eredete Bernstein kálium hipotézise Nernst-féle egyensúlyi potenciál (elektromos potenciál - kémiai potenciál) Donnan egyensúly: a membrán egyes ionos összetevők számára átjárhatatlan (pl. intracelluláris fehérjék). Goldman egyenlet: az egyensúlyi potenciálok és a membránpermeabilitások súlyozott értékeit valamint az abszolút ionkoncentrációk értékeit egyaránt figyelembe kell venni. http://www.st-andrews.ac.uk/~wjh/neurotut/mempot.html 8

Mi történik ha a Donnan szabály nem érvényesül? Goldman-Hodgkin-Katz egyenlet (Goldman egyenlet) David E. Goldman (USA) Alan Lloyd Hodgkin (England) Bernard Katz (England). A sejtmembránon keresztüli potenciál meghatározásához figyelembe kell venni, hogy a sejtek milyen mértékben képesek átereszteni egyes ionokat (PERMEABILITÁS!). Egy átlagos nyugvó állati sejtben: - kifelé K + áramot befolyásolja: nagy koncentrációkülönbség nagy K + permeabilitás negatív membránpotenciál - befelé Na + áramot befolyásolja: nagy koncentrációkülönbség kis Na + permeabilitás negatív membránpotenciál Így a két áram egyenlő stabil nyugalmi V m 9

Goldman egyenlet A Goldman egyenlet N számú pozitív és M számú negatív ion figyelembe vételével: E m RT ln F N i N i P P M M i i M M i P A out j A j j in M M i in P A A j j j out - Minden ion szerepét figyelembe veszi. - Jól egyezik a valósággal. E m = membrán potenciál P ion = az egyes ionokra vonatkozó permeabilitás [ion] out = extracelluláris koncentráció [ion] in = intracelluláris koncentráció R = egyetemes gázállandó T = abszolút hőmérséklet F = Faraday állandó Goldman egyenlet A membránpotenciál egy kompromisszum eredménye, melynek során az egyensúlyi potenciálokat, a membránpermeabilitások súlyozott értékeit és az abszolút ionkoncentrációkat egyaránt figyelembe vesszük. 10

Szivárgás a membrán-potenciál egyetlen ionra nézve sem egyenlő az adott ion egyensúlyi potenciáljának az értékével EmV_K + = -101.2 mv EmV_Na + = +45.1 mv E EmV_Cl - = +86.9 mv mv = - 92mV az ionok megpróbálnak átjutni a membránon ok + próbál kijutni ona + próbál bent maradni ocl - próbál bent maradni Szivárgás Ioncsatornák Nyugalmi v. független ioncsatornák Működésüket nem befolyásolja a membrán-potenciál értéke (pl. nyugalmi K + csatornák; K + -Na + szivárgó csatornák) Függő ioncsatornák Kinyílnak speciális ligandok vagy membrán-potenciál változás esetén (pl. feszültségfüggő K + és Na + csatornák) 11

Na-K ATPáz A nyugalmi membránpotenciál kialakulásának főszereplői a K + és Na + ionok (eltérő eloszlás és membrán permeabilitás). A Na-K ATPáz képes ellensúlyozni a Na + és K + passzív áramlását, aktív munka kifejtése árán hozzájárul a membránpotenciál kialakulásához. 3 Na + kifelé és 2 K + befelé történő mozgatását végzi. Működéséhez ATP szükséges. Akciós Potenciál 12

Ingerlékeny sejtek membránján: ideg-,izomsejtek, egyes receptorok vagy szekréciós sejtek Sejttípusra jellemző, állandó alak és időbeli lefutás Küszöb feletti inger Akciós potenciál: a nyugalmi membránpotenciál időleges megváltozása ~ - 70mV-ról + 40 mv-ra, melyet a nyugalmi potenciál visszatérése követ Ionok membránon keresztüli mozgásának eredménye Stimulus a membrán potenciál megváltozása (küszöb-potenciál) akciós potenciál Kialakulása a minden vagy semmi törvényét követi Ingerküszöb (küszöb-potenciál) alatti ingerlés esetén nincs AP. Ingerküszöb (küszöb-potenciál) feletti inger mindig egyforma és teljes depolarizációt okoz. Az akciós potenciálnak különböző fázisai különíthetőek el. 13

1. Nyugalmi fázis (potenciál), inger érkezése Depolarizációs küszöb feletti inger hatására a feszültségfüggő Na + csatornák megnyílnak. http://termtud.akg.hu/okt/10/embertan/12idr.htm 2. Emelkedő fázis K + csatornák megnyílnak. 14

3. Csúcs fázis Na + beáramlás lelassul EmV_Na + = +45.1 mv (Nernst egyenlettel számolható egyensúlyi potenciál) Na + csatornák nagy részének inaktiválódása K + csatornákon K + áramlik ki 2 3 4. Csökkenő fázis Feszültségfüggő K + csatornák teljesen megnyílnak Nagyfokú K + kiáramlás a sejtből Na + csatornák bezárulnak 2 3 4 15

5. Utódpotenciál A K + ionok beáramlása lassul EmV_K + = -101.2 mv (Nernst egyenlettel számolható egyensúlyi potenciál) A K + csatornák teljes bezáródása A nagyszámú és lassan inaktiválódó K + csatorna hiperpolarizációt eredményez A nagyszámú és lassan inaktiválódó K + csatorna hiperpolarizációt eredményez 16

Refrakter periódus Abszolút RF Az abszolút refrakter fázis alatt a Na+csatornák inaktivált állapotban vannak. Új akciós potenciál kialakulása teljesen gátolt. Relatív RF A relatív refrakter fázis alatt a Na+- csatornák egy része már megnyitható (aktiválható) állapotban van. Az ingerküszöbnél nagyobb depolarizáció elindíthatja az AP létrejöttét. Akciós potenciál típusai http://www.getbodysmart.com/ap/nervoussystem/neurophysiology/actionpotentials/actionpotential/tutorial.html 17

Az akciós potenciál terjedése Mielin nélküli axonban Velőshüvelyű axonban Lassú ingerületvezetés Ugráló (szaltatórikus) ingerületvezetés - gyors A vezetési sebesség a rost keresztmetszetével is nő. http://www.youtube.com/watch?v=7eyhsoewnh4 18