docElektrofizjologia neuronu
download 
Reklamacja Transkrypt
Elektrofizjologia neuronu
Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Spis treści Co to jest neuron? Elektrofizjologia neuronu Jarosław Piersa 2008-11-13 Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Spis treści Co to jest neuron? Wstęp Spis treści Co to jest neuron? Prąd jonowy Rola jonów w działaniu neronu Potencjał membranowy Stan równowagi Prąd jonowy Przewodność elektryczna Bramki jonowe Dynamika bramek jonowych Dynamika neuronu Model Hodgkina-Huxley’a Model Izhikevicha Bibliografia Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Spis treści Co to jest neuron? Co to jest neuron? Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Spis treści Co to jest neuron? Co to jest neuron? I Ilość nuronów w ludzkim mózgu szacuje się na 1011 , ilość synaps na 1014 I Tylko neurony mogą przewodzić impulsy elektryczne I Nośnikami impulsów są jony, a nie elektrony Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Rola jonów w działaniu neronu Potencjał membranowy Stan równowagi Prąd jonowy Główne jony odpowiedzialne za aktywność elektryczną Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Rola jonów w działaniu neronu Potencjał membranowy Stan równowagi Prąd jonowy Schemat komórki neuronowej Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Rola jonów w działaniu neronu Potencjał membranowy Stan równowagi Prąd jonowy Stężenie jonów W komórce I Na+ Poza komórką 1–15 mM I Na+ 145 mM I K + 140 mM I K + 5 mM I Cl − 4 mM I Cl − 110 mM I Ca2+ 0.1 µM I Ca2+ 2.5–5 mM I A− 147 mM I A− 25 mM Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Rola jonów w działaniu neronu Potencjał membranowy Stan równowagi Prąd jonowy Przepływ jonów Jony (z wyjątkiem A− ) mogą przemieszczać się przez kanały jonowe w membranie zgodnie z zasadami I zgodnie z gradientem koncentracji I zgodnie z gradientem potencjału elektrycznego Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Rola jonów w działaniu neronu Potencjał membranowy Stan równowagi Prąd jonowy Dlaczego stężenia jonów są różne? I Aktywne pompy jonowe w membranie stale przepychają jony poza komórkę i do wnętrza niezgodnie z ich gradientem koncentracji I Kanały jonowe mogą być zamknięte lub otwarte, zależnie od kilku czynników I Jony o tym samym znaku ładunku odpychają się, co ogranicza ich przepływ przez błonę komórkową. Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Rola jonów w działaniu neronu Potencjał membranowy Stan równowagi Prąd jonowy Stan równowagi W stanie równowagi (equilibrium) oba gradienty się równoważą i przepływ jonów przez membranę jest zerowy. Potencjał jonu w stanie równowagi wyraża się wzorem Nernsta: Eion = RT [Ion]out ln zF [Ion]in J R ' 8.314 K ·Mol C F ' 96480 Mol T — temperatura [Ion] — stężenie jonu z — ładunek jonu Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Rola jonów w działaniu neronu Potencjał membranowy Stan równowagi Prąd jonowy Wartości potencjału równowagi I ENa = 61 − 90mV I EK = −90mV I ECa = 136 − 145mV I ECl = −89mV Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Rola jonów w działaniu neronu Potencjał membranowy Stan równowagi Prąd jonowy Prąd jonowy Z każdym jonem stoważyszony jest prąd jonowy o natężeniu INa = gNa (V − ENa ) IK = gK (V − EK ) ICa = gCa (V − ECa ) ICl = gCl (V − ECl ) V — potęcjał na membranie gion — przewodność elektryczna (konduktancja?) Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Rola jonów w działaniu neronu Potencjał membranowy Stan równowagi Prąd jonowy Prąd jonowy EK < ECl < V < ENa < ECa Prądy IK i ICl płyną na zewnątrz neuronu i obniżają wartość V (hiperpolaryzacja). Prądy INa i ICa płyną do wnętrza neuronu i zwiększają wartość V (depolaryzacja). Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Rola jonów w działaniu neronu Potencjał membranowy Stan równowagi Prąd jonowy Prąd jonowy — dynamika C V̇ = C dV = I − INa − IK − ICa − ICl dt C V̇ = I −gNa (V −ENa )−gK (V −EK )−gCa (V −ECa )−gCl (V −ECl ) Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Bramki jonowe Dynamika bramek jonowych Przewodność elektryczna Przewodność elektryczna (gion ) jest zależna głównie od kanałów jonowych (mogą być zamknięte). Ta z koleji może zależeć od: I potencjału na błonie komórkowej (V ) I neuroprzekaźniki z wnętrza komórki I neuroprzekaźniki z poza komórki Zazwyczaj realizowana jest w postaci bramek (gates) otwierających i / lub zamykających dostęp do kanałów jonowych. Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Bramki jonowe Dynamika bramek jonowych Bramki jonowe Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Bramki jonowe Dynamika bramek jonowych Dynamika g = ḡ ma hb ḡ — maksymalna przewodność m = m(V ) — stopień otwarcia bramki h = h(V ) — stopień zamknięcia bramki (h = 1 oznacza, że nie jest zamknięta) a — ilość bramek otwierających na kanał b — ilość bramek zamykających na kanał Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Bramki jonowe Dynamika bramek jonowych Dynamika funkcji m i h Funkcje m i h są modelowane równaniami: ṁ = (m∞ (V ) − m) τm (V ) ḣ = (h∞ (V ) − h) τh (V ) Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Bramki jonowe Dynamika bramek jonowych Dynamika funkcji m∞ i h∞ Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Bramki jonowe Dynamika bramek jonowych Dynamika funkcji τm i τh Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Model Hodgkina-Huxley’a Model Izhikevicha Dynamika w modelu Hodgkina-Huxley’a W 1952 roku został zaproponowany pierwszy model neuronu. Bazuje na trzech prądach: K , Na oraz stałym „Leak”. Większość obecnych modeli to jego wariacje. C V̇ = I − ḡK n4 (V − EK ) − ḡNa m3 h(V − ENa ) − gL (V − EL ) ṅ = αn (V )(1 − n) − βn (V )n ṁ = αm (V )(1 − m) − βm (V )m ḣ = αh (V )(1 − h) − βh (V )h Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Model Hodgkina-Huxley’a Model Izhikevicha Dynamika w modelu Izhikevicha C V̇ = I − ḡK n4 (V − EK ) − ḡNa m3 h(V − ENa ) − gL (V − EL ) ṅ = (n∞ (V ) − n) τn (V ) ṁ = (m∞ (V ) − m) τm (V ) ḣ = (h∞ (V ) − h) τh (V ) Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Jarosław Piersa Model Hodgkina-Huxley’a Model Izhikevicha Elektrofizjologia neuronu Wstęp Prąd jonowy Przewodność elektryczna Dynamika neuronu Bibliografia Bibliografia I E. Izhikevich, „Dynamical Systems in Neuroscience” I http://en.wikipedia.org/wiki/Neuron I http://nanobiologynotes.blogspot.com/2006/02/ion-channelsgates-in-cell-wall.html Jarosław Piersa Elektrofizjologia neuronu
