Potencja‚ czynno›ciowy

download Potencja‚ czynno›ciowy

of 24

  • date post

    21-Jan-2016
  • Category

    Documents

  • view

    78
  • download

    5

Embed Size (px)

description

Potencjał czynnościowy. - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Potencja‚ czynno›ciowy

  • Eksperymenty do wykonania1. Experiments -> Basic -> Resting potentialUruchomic model dla domyslnych parametrow.Zbadac wartosc potencjalu spoczynkowego, dla pna_leak = 0 i pk_leak = 0.

    2. Experiments -> Basic -> Resting potentialZbadac wplyw sten jonow w przestrzeni wewnatrz i zewntrzkomorkowej na wartosc potencjalu spoczynkowego.

    Np. co sie dzieje, gdy [K]in = [K]out = 135 mM (0.001 mol/litr) ?

    Potencjal spoczynkowy wynosi 65 mV. Co sie stanie, gdy odwrocimy koncentracje wzgldem bony?

    3. Experiments -> Basic -> Membrane propertiesUruchomic model dla domyslnych parametrow.Co sie dzieje, gdy podwoimy wartosc pk_leak i pna_leak? Potencjal wzrosnie, czy zmaleje? V = IR= I/g g przewodnictwo, R opr (input resistance) 4. Experiments -> Basic -> Membrane propertiesUruchomic model dla I = 2nA.

  • Potencja czynnociowyKalmar Atlantycki Loligo pealeiPotencja czynnociowy polega na krtkotrwaej depolaryzacji bony komrkowej. Wczesne dowiadczenia (K.C. Cole i H. J. Curtis, 1939) pokazay, e bona komrkowa staje si spolaryzowana dodatnio (ok. +50 mV) podczas maksimum potencjau czynnociowego. Gdyby powodowa go jedynie chwilowy wzrost przepuszczalnoci dla wszystkich jonw, bona osigna by 0 mV, lecz nie wicej. Obiektem do bada potencjau czynnociowego by akson Kalmara Atlantyckiego.

  • Potencja czynnociowy impuls sodowyZaleno potencjau czynnociowego od stenia sodu. A i B: Maksimum potencjau czynnociowego maleje wraz maleniem stenia Na w pynie zewntrzkomrkowym. Silna zaleno wartoci maksimum od stenia Na wskazuje na dua przepuszczalno bony dla tych jonw w trakcie impulsu. Alan Hodgkin i Bernard Katz odkryli, e amplituda potencjau czynnociowego zaley od koncentracji Na na zewntrz komrki. Postawili hipotez, e chwilowa zmiana przepuszczalnoci i wpyw jonw Na do wntrza komrki powoduje potencja czynnociowy. Potwierdzeniem tej hipotezy bya obserwacja, e maksimum potencjau czynnociowego wynosi +55mV, co jest bliskie wartoci potencjau rwnowagi dla sodu. Ich eksperymenty wskazay rwnie, e zanik potencjau czynnociowego moe by zwizany ze wzrostem przepuszczalnoci dla jonw K i ich wypywem z komrki.

  • Eksperyment HHA. Elektroda mierzaca potencjal wewnatrzkomorkowy w aksonie (rednica 500 um). Obraz z przodu i z boku jest moliwy dzieki systemowi luster. B. Pierwszy wewntrzkomorkowy zapis potencjalu czynnosciowego. Sinusoida o czestosci 500 Hz bya uzywana jako znacznik czasu. Hodgkin AL & Huxley AF (1939). Action potentials recorded from inside a nerve fibre. Nature 144, 710711.

  • wzrost gNaPotencja czynnociowy wszystko albo nicdepolaryza-cja bonynapyw Na+Wybuchowa natura impulsu jest zwizana z kanaami sodowymi o przepuszczalnoci zalenej od napicia i sprzeniem zwrotnym dodatnim z depolaryzacj bony. Repolaryzacja jest zwizana z otwarciem kanaw potasowych i wypywem potasu z komrki.

  • Voltage clampTechnika voltage clamp bya opracowana przez Kennetha Colea w 1949 r. Alan Hodgkin i Andrew Huxley wykorzysta j w serii eksperymentw (1952) nad mechanizmem generacji potencjau czynnociowego. Voltage clamp pozwala mierzy wpyw zmian potencjau bonowego na przewodnictwa jonowe. Voltage clamp dziaa na zasadzie ujemnego sprzenia zwrotnego. Potencja bonowy jest mierzony przez wzmacniacz (membrane potential amplifier) podczony do elektrody zewntrz i wewntrzkomrkowej. Jest on przekazywany do wzmacniacza (feedback amplifier). Drugie wejcie do wzmacniacza stanowi potencja z generatora ustalany przez eksperymentatora (command potential). Wzmacniacz oblicza rnic napi i przekazuje sygna na elektrod biegnc wewntrz komrki. Prd potrzebny do utrzymania napicia na zadanym poziomie jest miar prdu bonowego pyncego przez kanay jonowe.

  • Eksperyment voltage clamp - wynikiMaa depolaryzacja wywouje prd kondensatora Ic = C dV/dt oraz leak Il.Wiksza depolaryzacja wywouje wikszy prd kondensatora Ic oraz Il oraz dodatkowo prd dokomrkowy, a nastpnie odkomrkowy.Depolaryzacja w obecnoci tetrodoxyny (TTX) blokujcej kanay Na+, a nastpnie w obecnoci tetraethyloammonium (TEA) blokujcej kana K+, pozwala zobaczy czysty prd IK i INa, po odjciu Ic oraz Il.

  • Eksperyment voltage clamp - wynikiPrawo OhmaZnajc IK, INa, EK, ENa, oraz V mona obliczy gK i gNa. IK, INa mona otrzyma z pomiarw voltage clamp, EK, ENa- stae, V ustala eksperymentator.

  • Okadka programu wrczenia Nagrody Nobla w 1963 r.

  • Pomiary voltage clamp dla rnych wartoci V pozwoliy HH postawi hipotez, e kana Na posiada bramk aktywacyjn i bramk inaktywacyjn. Obie musz by otwarte by kana mg przewodzi jony. Bramka aktywacyjna jest zamknita gdy bona znajduje si poniej potencjau spoczynkowego i otwiera si szybko przy depolaryzacji. Bramka inaktywacyjna jest otwarta przy potencjale spoczynkowym i wolno zamyka si w wyniku depolaryzacji. Kana K posiada tylko bramk aktywacyjn otwierajc si wolno w wyniku depolaryzacji.HH model - bramki Zachowanie pojedynczych kanaw moe by rejestrowane za pomoc patch clamp. W zapisach wida szybkie otwieranie i zamykanie pojedynczych kanaw. Ich suma daje gadki przebieg wartoci prdu

  • Terminologia:Wczenie prdu: aktywacja, wyczenie prdu: dezaktywacja: oba procesy zwizane z otwarciem/zamkniciem bramki aktywacyjnej. Gdy prd si wcza, a nastpnie wycza pomimo staego poziomu bony, oznacza to, e posiada on bramk inaktywacj.Procesy zwizane z zamkniciem/otwarciem bramki inaktywacyjnej to inaktywacja prdu/deinaktywacja prdu.HH model - bramki

  • 1 - y ya OtwartyZamknityb y - prawdopodobiestwo, e bramka jest w stanie otwartym, 1-y e w stanie zamknitym, a, b stae szybkoci.Zakadamy kinetyk reakcji pierwszego rzdu:W stanie ustalonym:Std:Podstawiajc do rwnania:Model bramki (gate model Hodgkin i Huxley (1952))

  • Model bramki (gate model Hodgkin i Huxley (1952))Cakujc dostajemy:stan ustalonystaa czasowaZaleno staych czasowych i prawdopodobiestwa w stanie ustalonym od napicia dla kanaw napiciowozalenych aktywowanych depolaryzacja (lub inaktywowanych hiperpolaryzacj).

  • HH zauwayli, e gK i gNa nie s funkcjami exp(-t/t) lecz raczej potgami funkcji eksponencjalnych. Zaproponowali:Korzystajc z modelu bramki:HH model Wzrost i spadek przewodnictwa K+

  • Z przebiegw gK i gNa HH wyznaczyli: HH model Przewodnictwo potasuPrzewodnictwo soduPunkt dowiadczalnyKrzywa teoretyczna Dopasowana krzywa: Dopasowana krzywa:

  • HH model Z funkcji mona wyznaczy

  • Nastpnie, do HH model dopasowali funkcje:Stae szybkoci wzrostu i opadania przewodnictwa K+Stae szybkoci aktywacji przewodnictwa Na+Stae szybkoci inaktywacji przewodnictwa Na+

  • Ostatecznie, model Hodgkina i Huxleya mona zapisac: HH model HH rozwiazali numerycznie swoje rwnania na mechanicznym kalkulatorze i otrzymali bardzo dobr zgodno z dowiadczeniem modeleksperymentObliczony (gra) i rzeczywisty (d) potencja czynnociowy w aksonie kalmara. Kalkulator mechaniczny (Brunsviga Maschinenwerke, Grimme, Natalis & Co) w laboratorium Alana Hodgkina w Cambridge.

  • Generacja potencjau czynnociowego - podsumowanie

  • Charakterystyka typowego kanau

  • Eksperymenty do wykonania5. Experiments -> Basic -> Impulse generationZbadac wplyw sten jonow w przestrzeni zewntrzkomorkowej na generacje potencjalu czynnosciowego (Na, K, Cl, Mg, Ca).Ktore jony maja decydujacy wplyw?

    Obnizyc poziom [Na]out i skompensowac to za pomoca Base current.Jaki wplyw ma [Na]out na potencjal spoczynkowy i na potencja czynnosciowy?

    Obnizyc poziom [K]out i skompensowac to za pomoca Base current.Jaki wplyw ma [K]out na potencjal spoczynkowy i na potencja czynnosciowy? Porwnac hyperpolaryzacje po potencjale czynnosciowym dla warunkow normalnych i niskiego [K]out.

    6. (Eksperyment Pasta do zbw ) Przywrci poziom [K]out i obnizyc poziom [K]in (0.1 mM). Skompensowac zmiane potencjalu spoczynkowego za pomoca ujemnego base current (-3nA). Pobudzic komorke. Co sie dzieje?

  • Eksperymenty do wykonania7. Experiments -> Currents -> Fast Na, K -> voltage clampAnaliza voltage clamp pradow Na i K

    Zadac krok napiecia 0 10 sek: -65 mV, 10 20 sek: 0 mV.Narysowac prad calkowity, prad INa oraz IK (za pomoca Plot what ->soma -> INa, IK).8. Analiza voltage clamp prdw Na i K: obejrzec osobno prdy INa, IK poprzez wyrownanie ste, po obu stronach bony lub poprzez ustalenie przewodnictw na 0.

  • Eksperymenty do wykonania9. Zbadac zaleznosc prdw INa i IK od napicia w eksperymencie voltage clamp. Otrzymac nastepujacy rysunek:

  • Eksperymenty do wykonania10. Experiments -> Currents -> Fast Na, K -> amplitude and time courseAnaliza voltage clamp pradow Na i K. Obejrzec i zrozumiec przebieg zmiennych m, h, n oraz prdw INa i IK.