“Akciós
potenciál történelem”
1780: Luigi Galvani – elektromos vezetés és
A nyugalmi potenciál megváltozása
izomösszehúzódás kapcsolata 1843: Emil Dubois-Reymond – nyugalmi potenciál,
2. A membrán “aktív” elektromos tulajdonságai
ami megváltozik izomösszehúzódáskor
1868: Dubois-Reymond tanítványa Julius Bernstein – egyenlőtlen ioneloszlás leírása; ionáram ingerléskor; terjedő elektromos potenciálváltozás: akciós potenciál
1938: K.C. Cole – méréssel igazolta, hogy a membrán vezetőképessége megnő az akciós potenciál alatt
Az akciós potenciál kialakulása +20mV 0mV
depolarizációs küszöb
csúcspotenciál repolarizáció depolarizáció utópotenciál
-70mV
1948: Alan Hodgkin és Bernard Katz – kimutatta, hogy az akciós potenciál amplitúdója függ az extracelluláris Na+ koncentrációtól
ingerlés
fakultatív azonos amplitúdójú – minden vagy semmi nem lokalizált
Hodgkin-Katz hipotézise az akciós potenciál kialakulásáról
Hodgkin-Katz hipotézise az akciós potenciál kialakulásáról
K-csatornák nyitnak Na-csatornák záródnak
feszültségfüggő ioncsatornák működése Na-csatornák nyitnak
K-csatornák záródnak
ϕe − ϕi = −
RT Σpk+ cke+ + Σpk− cki− ln + + F Σpk cki + Σpk− cke−
depolarizáció
Na+ beáramlás
Idő
gNa megnő
Hogyan lehetne az egyedi ionáramokat mérni?
Voltage Clamp jelgenerátor
inracelluláris elektród
Andrew Fielding Huxley (1917- )
Alan Loyd Hodgkin (1914-1998)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1963 “for their discoveries concerning the ionic mechanisms involved in excitation and inhibition in the peripheral and central portions of the nerve cell membrane"
extracelluláris elektród
visszacsatolt erősítő
Árammérő
- membránpotenciált állandó értéken tartja - az ionáramot – áramerősséget – méri
Na+ és K+ áram mérése
Feszültségszabályozott Na+ -csatornák állapotai
K+-áram Um (mV)
blokkolva Na+-áram
Im (μA)
t (ms)
K+-áram
zárt csatorna
nyitott csatorna
inaktív csatorna
Na+-áram
t (ms)
blokkolva
depolarizációs küszöb felett t (ms)
Vezetőképesség az akciós potenciál alatt Relativ refracter periódus
akciós potenciál
Idő (ms)
Rel. vezetőképesség
Membránpotenciál (mV)
Abszolút refracter periódus
Az elektromos jellemzők hatása a jelvezetés sebességére
Az akciós potenciál terjedése (1)
extracelluláris tér
intracelluláris tér
Az akciós potenciál terjedése (2)
csúcspotenciál
refrakter tartomány
pozitív töltések helyi áramok áramlása
Alapja: helyi áramok kialakulása – helyi depolarizáció
aktív tartomány
depolarizálódó tartomány
refrakter tartományban a K+ -csatornák nyitva, a Na + -csatornák inaktív állapotban vannak
Disztális oldalon a + töltések áramlása hely depolarizéciót okoz
Terjedés sebessége – milyen gyorsan, milyen messze?
Az axon sugarának hatása a vezetés sebességére: Sebessége: τ és λ, vagyis az elektromos jellemzők függvénye
-mennyi idő alatt éri el a depolarizációs küszöböt ⎯
r↑
τ
- milyen távolságon éri még el a depolarizációs küszöböt ⎯
λ~
λ
τ = Cm Rm
Rm Ri
Ri↓ (~1/r2)
τ↓
Rm↓ (~1/r)
λ↑
tintahal óriás axon r=250μm v=25m/s emberi idegsejt
r= 10 μm v≠0.5m/s ?
Megoldás: mielinhüvely !
Hogyan növelhetjük a vezetés sebességét? 1. Az axon sugarának növelésével – metabolikusan “drága” – helyigényes 2. A membránkapacitás csökkentése , mert kevesebb töltés szükséges a membránpotenciál vátoztatásához
Megoldás: mielinhüvely ! Rm – nagyon nagy
Saltatorikus vezetés – gyors, energiatakarékos Ranvier befűződés
nagy térkonstans Na+
Cm – nagyon kicsi
Na+
kis időállandó depolarizáció
emberi idegsejt
r= 10 μm v~ 100 m/s ?
Sérült mielinhüvely Na+
Szökik a Na+
Na+
mielinhüvely
Az átmérő és a mielinhüvely hatása a vezetés sebességére axon típusa
axon átmérője (μm)
vezetés sebessége (m/s)
mielinált
Az elektromos jellemzők hatása a jelátadás sikerességére
nem mielinált
Jelátadás a szinapszisban akciós potenciál
Az elektromos jellemzők hatása a jelátadás sikerességére térbeli szummáció: egyidejűleg, több ponton érkező küszöb alatti ingerek összegződése
Preszinaptikus neuron
neurotranszmitter Posztszinaptikus neuron
időbeli szummáció: egyazon pontba érkező küszöb alatti ingerek összegződése
Példa az időbeli és térbeli szummációra
időbeli szummáció: egyazon pontba érkező küszöb alatti ingerek összegződése akciós potenciált válthat ki Posztszinaptikus jel τ=10 ms
Posztszinaptikus jel -40 mV
τ=1 ms mérő elektród
Um
Um
gátó szinapszis
-60 mV
-60 mV
Preszinaptikus jel
Preszinaptikus jel
idő
idő 2 ms
A hét kérdése Miért és hogyan befolyásolja a sejtátmérő az ingerületvezetés sebességét a nem mielinált sejtekben?
2 ms
Membrán potenciál
-40 mV
serkentő szinapszis
depol. küszöb
