2020 november Flashcards
En forsker undersøger to forskellige sansereceptorer, en strækreceptor og en fotoreceptor, ved at placere en intracellulær måleelektrode i hver af de to receptorers modtagerdel.
I det første forsøg stimulerer forskeren strækreceptoren med en konstant stimulus (et konstant stræk) i det tidsrum der er angivet i grafen. Membranpotentialet registreres før under og efter strækket:
- Redegør for et fænomen, der kan forklare forskellen mellem resultaterne fra forsøg 1 og 2.
I det tredje forsøg måler forskeren nu fra fotoreceptorens modtagerdel og stimulerer fotoreceptoren med en konstant lysstyrke. - Tegn en graf, der viser det membranpotential, som forskeren kan forventes at måle før (ingen lyspåvirkning), under (ved konstant lysstyrke) og efter (ingen lyspåvirkning) stimulationen. y-aksen skal angive spænding, og x-aksen skal angive tid, som ved forsøg 1 og 2. Husk realistiske enheder.
- Redegør kort for absorption og transduktion i en fotoreceptor.
- Receptorpotential eller generatorpotential [kun en af betegnelserne er krævet].
- I strækreceptorens modtagerdel er placeret strækfølsomme ionkanaler, som er kationkanaler permeable for Na+, [og også andre kationer]. Strækket absorberes i den strækfølsomme ionkanal, som undergår en konformationsændring, således at kanalen åbnes, og det indstrømmende Na+ forårsager en depolarisering.
- Adaptation i modtagerdelen eller udenfor receptoren, dvs. i støttevævet, kunne gøre at receptoren efterhånden bliver mindre følsom for strækket, således at receptorpotentialet aftager med tiden. Dette vil ikke være tilfældet hvis der injiceres en konstant strøm direkte ind i receptoren. [Alternativt eller supplerende svar på opgaven er at foreslå konkrete adaptationsmekanismer, der kunne forårsage adaptationen, f.eks. kompensatoriske bevægelser i det støttevæv der omgiver receptoren, inaktivering eller endocytose af de strækfølsomme kanaler; afgørende er at adaptation nævnes.]
- I fotoreceptoren absorberes lys/fotoner af retinal, der er bundet til rhodopsin. Pga en konformationsændring i retinal (fra 11-cis til all-trans) aktiveres rhodopsin og aktiverer et trimert G-protein, transducin ved at GDP udskiftes med GTP, og α-subuniten binder til et enzym, phosphodiesterase (PDE), som hydrolyserer cyklisk GMP. Dette medfører et fald i cyklisk GMP koncentrationen og lukning af de cGMP-afhængige ionkanaler i plasmamembranen. Da disse ionkanaler er permeable for Na+ (og Ca2+), medfører deres
lukning en hyperpolarisering. Et fyldestgørende svar, skal inkludere alle de understregede begreber.
- Definer længdekonstanten lambda ().
- Angiv hvordan lambda () påvirker axoners ledningshastighed.
En 40-årig mand bliver indlagt pga. kraftsvækkelse og tab af gangfunktion. Neurologen laver en elektrofysiologisk undersøgelse. Han stimulerer nervus ulnaris og registrerer et aktionspotential ved hjælp af ekstracellulære elektroder (figur 1). Registreringselektroderne er forbundet til en differentialforstærker.
- Redegør kort for, hvilken elektrode (R1 eller R2) der er forbundet til forstærkerens plus (+) indgang.
Resultaterne viser, at ledningshastighed i nervus ulnaris er 20% langsommere end hos raske mennesker. Neurologen konkluderer, at patienten er ramt af kronisk inflammatorisk demyeliniserende polyneuropati. - Redegør kort for, hvordan myelin påvirker ledningshastigheden.
- Lambda er en passiv membranegenskab. Hvis man ændrer membranpotentialet i et axon, falder ændringen i membranpotentialet med afstanden fra det sted ændringen er påført. Lambda er afstanden hvor membranpotentialet er svækket med 63% (eller er faldet til 37%). (Lambda er defineret ved ligningen: Delta-V = V0*exp(-x/lambda, hvor V0 er det sted hvor ændringen i membranpotential er størst).
- Ledningshastigheden stiger med lambda.
- Forstærkeren måler det, der foregår ved (+) elektroden minus det der foregår ved (-) elektroden: (+) - (-). Aktionspotentialet passerer først elektrode R1. Da man måler et positivt udslag, kan man konkludere, at elektrode R1 er forbundet til (-) og elektrode R2 til (+) indgangen, fordi aktionspotentialet skaber et negativt potential i ekstracellulærrummet, og første udslag i målingen er positiv.
- Myelin forhøjer membranmodstanden (rm) og derfor lambda, da lambda vokser med membranmodstanden
𝜆=√(𝑟𝑚/𝑟𝑖)
Da lambda bestemmer, hvor langt strømsløjfen når frem foran det sted, aktionspotentialet befinder sig, vil en demyeliniserende sygdom derfor medføre et fald i nerveledningshastighed. (Formlen er ikke påkrævet).
III. Muskelopgave
En skeletmuskelfiber fyrer et aktionspotential, hvilket udløser en enkeltkontraktion.
- Redegør for de efterfølgende begivenheder, der fører til aktivering af tværbroerne.
- Redegør for tværbrocyklus.
Muskelfiberen stimuleres uden ydre belastning.
- Angiv to karakteristika for kontraktionen.
- Angiv hvad der er bestemmende for hastigheden af kontraktionen.
III. Muskelopgave
- Depolariseringen aktiverer dihydropyridin-receptorerne (DHPR, L-type Ca-kanal), der ved en konformationsændring aktiverer ryanodin-receptorerne (RyR) i sarcoplasmatisk reticulum (SR) membranen. Dette sker ved en direkte mekanisk interaktion. RyR er en calcium kanal, der ved aktivering medfører frigivelse af SR calcium. Calcium binder til troponin komplekset, hvorved tropomyosin fjernes fra aktins bindingssteder for myosin. Nu kan myosinhovederne binde til aktin og tværbrocyklus initieres.
- Myosin hovedet er som udgangspunkt ladet med mekanisk energi og har ADP og Pi bundet. Binding af myosin til aktin frigiver Pi, hvilket øger bindingen mellem aktin og myosin og udløser powerstroke, der trækker aktin mod midten af sarkomeret. Herefter frigives ADP. Efterfølgende binding af ATP svækker bindingen af myosin til aktin, hvorved bindingen brydes. ATP hydrolyse lader myosinhovedet med mekanisk energi, og ADP og Pi forbliver bundet.
- Koncentrisk og isotonisk.
- Myosin isoformens ATPase aktivitet.
I. Aktionspotentialets amplitude
I en forsøgsopstilling befinder der sig et stykke perifer nerve fra en frø. Nerven er omgivet af en saltvandsopløsning med ionkoncentrationer, der er tæt på normale fysiologiske værdier. To ekstracellulære stimuluselektroder er placeret i den ene ende af nerven, og to ekstracellulære registreringselektroder, forbundet til en differentialforstærker, er placeret 10 mm fra hinanden i den anden ende af nerven. Nerven stimuleres nu en gang i sekundet, og der registreres et aktionspotential efter hvert stimulus. Nerveledningshastigheden er 40 meter per sekund.
1. Tegn med angivelse af tid (x-akse) og spænding (y-akse) det ekstracellulært afledede aktionspotential.
2. Redegør for, hvorledes amplituden af aktionspotentialet ændres, når afstanden mellem de to registreringselektroder øges. I redegørelsen skal du anføre en rimelig værdi for aktionspotentialets varighed og for dets form.
3. Redegør for hvilken effekt et fald i den ekstracellulære natriumkoncentration vil have på aktionspotentialets amplitude.
4. Redegør for hvorledes aktionspotentialets amplitude ændres, når intervallet mellem stimulationerne forkortes fra 1 s til 100 ms, til 10 ms og til 1 ms.
I. Aktionspotentialets amplitude
1. Det difasiske aktionspotential: To faser med en samlet varighed på 1,2 – 3,5 ms og amplitude på 0,05 – 5 mV.
2. To antagelser: Aktionspotentialets varighed 1 ms. Det er nogenlunde symmetrisk. Amplitude bliver større jo længere væk registreringselektroderne placeres fra hinanden indtil en vis afstand (ca. 20 mm), hvor amplituden ikke bliver større. Amplitude-øgningen skyldes, at aktionspotentialet målt ekstracellulært har en udbredelse på ca. 40 mm med et central maksimalt negativt område. Når man måler differentielt, fås den størst mulige amplitude, når afstanden mellem elektroderne er større end afstanden fra begyndelsen af aktionspotentialet og til det mest negative område.
3. Ved reduceret ekstracellulær koncentration af natrium vil aktionspotentialets amplitude falde, da ligevægtspotentialet for natrium bliver mindre positivt.
4. Ved stimulationsintervaller på 1s, 100 ms, og 10 ms vil amplituden være konstant. Ved et stimulationsinterval på 1 ms vil der ved det allerførste stimulus være normal amplitude, og derefter enten ikke være et aktionspotential (absolut refraktær periode) eller aktions-potentialer med en mindre amplitude (relativt refraktær periode).
ExØv 1, BKM (2. Ed) s. 73.
II. Synaptisk transmission
Når et neuron A genererer et aktionspotential dannes et EPSP i neuron B.
1. Angiv to sandsynlige transmittere for A.
Når neuron A affyrer aktionspotentialer med en frekvens på 1 Hz gennem længere tid, indtræder en ændring, således at EPSPet i neuron B får en mindre amplitude. Denne ændring varer ved i dage eller uger.
2. Angiv betegnelsen for dette fænomen og redegør for mekanismen bag faldet i EPSPets amplitude.
II. Synaptisk transmission
- Glutamat eller acetylcholin.
- Langtids-depression eller LTD. Under det lavfrekvente stimulustog (1 Hz) aktiveres NMDA-receptorer i den postsynaptiske membran kortvarigt ved hvert aktionspotential, hvilket medfører Ca2+-influx. Dette medfører en beskeden stigning i calciumkoncentrationen (som forbliver < 1 μM). Denne calciumkoncentration aktiverer protein phosphatasen calcineurin, der igen aktiverer en protein phosphatase. Begge phosphataser dephosphorylerer AMPA-receptorer og medfører dermed at AMPA-receptorerne fjernes fra den postsynaptiske membran ved endocytose. Resultatet er at EPSPets amplitude bliver reduceret.
III. Strækreceptorer
1. Angiv klassificeringen for en strækreceptor i en muskel a) efter stimulus oprindelse og b) efter adækvat stimulus.
Receptoren er fasisk-tonisk.
2. Redegør for hvilke stimulus parametre receptoren kan kode.
3. Angiv hvilke led i processen fra stræk af musklen til impulsaktivitet i receptoren, der kan danne grundlag for adaptation.
III. Strækreceptorer
1. a) proprioceptor b) mekanoreceptor.
2. Den toniske komponent koder stimulusstyrke dvs muskellængde, når denne er konstant eller ændrer sig væsentligt langsommere end svarende til adaptationstiden.
Den fasiske komponent koder ændringshastigheden for stimulus dvs den hastighed hvormed musklen forkortes eller strækkes, når denne hastighed er højere end adaptationstiden.
3. Adaptationsprocessen kan være knyttet til receptorens støttedel (f.eks elastiske tilhæftninger) til modtagedelen (f.eks. strækfølsomme kanaler med inaktivering) eller afsendedelen (f.eks gradvis akkumulation af Ca2+ med deraf følgende stigende aktivering af KCa ).
ExØv 2, BKM (2. Ed) s. 95, F10 slide 3.
IV. Aktivering af den tværstribede muskelcelle
Et alfa-motor neuron modtager både excitatorisk og inhibitorisk input. Hvis tærskelværdien nås ved initialsegmentet, vil der affyres et aktionspotential.
1. Redegør for de to mekanismer, der integrerer input til initialsegmentet. Inddrag begreberne længdekonstant og tidskonstant i redegørelsen.
Hvis der affyres et aktionpotential breder det sig via axonet til den neuromuskulære junction.
2. Redegør for de begivenheder der leder fra neuronets aktionspotential til initiering af et aktionspotential i muskelcellen.
IV. Aktivering af den tværstribede muskelcelle
- Spatiel summation opstår, når synapser på soma og dendritter forstærker eller svækker hinanden. En given synapses bidrag til ændring i potentialet ved initialsegmentet vil afgøres dels af størrelsen af det lokale respons og dels af afstand og længdekonstant mellem synapsen og initialsegmentet. Temporal summation opstår når en synapse stimuleres igen, inden det foregående post-synaptiske potential (EPSP eller IPSP) er overstået. Temporal summation påvirkes af membranens tidskonstant, således at en større tidskonstant giver et længerevarende EPSP/IPSP, hvorved stimuli med længere interval kan summeres.
- Aktionspotentialet depolariserer den presynaptiske membran og aktiverer spændingsfølsomme calcium-kanaler. Dette medfører calcium-influx, og calcium-stigningen medfører at calcium ioner bindes til synaptotagmin, hvilket aktiverer SNARE-komplekset og medfører exocytose af vesikler med acetylcholin (Ach). Ach diffunderer over synapsekløften og binder til nikotin-cholinerge receptorer. Disse ionotrope-receptorer er non-selektive kation-kanaler, som er permeable for natrium og kalium. Da natrium er længst fra sit ligevægtspotential, vil strømmen gennem kanalen (i hvert fald initialt) være domineret af natrium-influx. Natrium-influx depolariserer muskelcellen til tærskelværdien for spændingsfølsomme natrium-kanaler (fordi der frisættes mere Ach end der skal til for netop at bringe cellen til tærskel; dette forventes ikke angivet), når natrium-kanalerne aktiveres initieres et aktionspotential i muskelcellen.
I. Aktionspotentialet
En perifer nerve undersøges ved hjælp af to stimulationselektroder og to ekstracellulære registreringselektroder forbundet til en differentialforstærker.
1. Angiv navnet på de to stimulationselektroder og redegør kort for, hvorledes membranpotentialet bliver påvirket af hver elektrode.
2. Tegn et typisk signal fra forstærkeren, når en perifer nerve stimuleres til at fyre et aktionspotential (husk enheder på begge akser).
3. Angiv, hvad der sker med signalet, hvis man bytter om på de to registreringselektroder.
I. Aktionspotentialet
- Anode: hyperpolariser membranen ved at gøre ekstracellulærrummet positivt. Katode: depolariserer membranen ved at gøre extracellulærrummet negativt.
- Tegningen skal vise et difasisk aktionspotential sammensat af en negativ fase og efterfulgt af en positiv fase (evt omvendt). Følgende værdier kan accepteres: Amplitude 0,01 mV til 5 mV. Samlet varighed skal være længere end et enkelt aktionspotential (typisk 1 ms), idet elektroderne registrerer aktionspotentialet to gange.
- Det difasiske aktionspotential skifter polaritet.
II. Synaptisk transmission
Membranpotentialet måles i et neuron, som modtager synaptisk input fra to præsynaptiske neuroner.
Hver gang neuron 1 genererer et aktionspotential, efterfølges det af et EPSP i det postsynaptiske neuron.
1. Angiv to sandsynlige transmittere for neuron 1.
2. Redegør for hvorfor EPSPet er eksitatorisk.
Hver gang neuron 2 genererer et aktionspotential, efterfølges det af et kortvarigt IPSP i det postsynaptiske neuron.
3. Angiv to sandsynlige transmittere for neuron 2.
4. Redegør for hvorfor IPSPet er inhibitorisk.
II. Synaptisk transmission
- Glutamat, acetylcholin
- Receptoren i synapsen er en ionkanal permeabel for Na+ og K+. Vendepotentialet ligger mellem ENa (+30 mV< ENa 3. GABA, glycin
- Receptoren er en ionkanal permeabel for Cl-, og som har vendepotential identisk med ECl mellem -75 mV og -60 mV. Da ECl er mere negativ end tærskelværdien for et aktionspotential, nedsætter et IPSP sandsynligheden for, at der genereres et aktionspotential.
III. Sensoriske receptorer
En strækreceptor undersøges ved at placere en intracellulær måleelektrode i receptorens afsenderdel. Herefter stimuleres receptoren ved hjælp af et mildt stræk (S1), og et noget større stræk (S2). Receptoren adapterer ikke.
1. Skitser i et koordinatsystem generatorpotentialet som funktion af tiden før, under og efter strækkene S1 og S2. X-aksen skal være tid og y-aksen potential. Enheder på akserne er ikke nødvendige.
2. Tegn membranpotentialet som funktion af tiden, således som det bliver målt af måleelektroden i afsenderdelen før, under og efter strækkene S1 og S2. Der skal være rimelige værdier for enhederne på begge akser.
3. Gør rede for gating og funktionen af KA-kanaler i strækreceptoren.
Der tilsættes nu et stof, der permanent blokerer alle KA-kanaler.
4. Gør kort rede for, hvordan generatorpotential og membranpotential i afsenderdelen vil ændres ved fraværet af KA-kanaler.
- KA-kanalerne har en aktiveringsgate og en inaktiveringsgate, samt en pore, der er selektiv
for K+. KA-kanalerne åbner mellem aktionspotentialerne i et tog af aktionspotentialer og
medfører en hyperpolariserende strøm, der sænker frekvensen af aktionspotentialer.
Resultatet er, at receptorens dynamiske område øges. - Hvis KA-kanalerne blokeres, vil det ingen indflydelse have på generatorpotentialerne. I
afsenderdelen vil frekvenserne af aktionspotentialerne øges og blive mere ens mellem de to
stimulusstyrker.
IV. Tværstribet muskulatur
Skeletmuskler kan opbygge mekanisk kraft.
1. Redegør for den molekylære mekanisme, der ligger til grund for denne evne.
Når skeletmuskler aktiveres, afhænger forløbet af kontraktion af forholdet mellem musklens mulige kraft og den ydre kraft, som musklen påvirkes af.
2. Angiv hvad der sker, hvis den ydre kraft er hhv. mindre, lig med eller større end musklens egen mulige kraft.
3. Angiv de tre måder hvorved skeletmusklers kraft reguleres.
III. Tværstribet muskulatur
1. Kraften opbygges af tværbrodannelsen mellem myosin og aktin. Myosin hovedet er som
udgangspunkt ladet med mekanisk energi og har ADP og Pi bundet. Binding af myosin til
aktin frigiver Pi, hvilket øger bindingen mellem aktin og myosin, og udløser powerstroke,
der trækker aktin mod midten af sarkomeret. Herefter frigives ADP. Efterfølgende binding af ATP svækker bindingen af myosin til aktin, hvorved bindingen brydes. ATP-hydrolyse lader myosinhovedet med mekanisk energi og ADP og Pi forbliver bundet.
2. Mindre: koncentrisk kontraktion; Lig med: isometrisk kontraktion; Større: excentrisk kontraktion.
3. Rekrutering, summation og længdeændring.
I. Aktionspotentialets refraktærperiode
- Definer refraktærperiode.
- Angiv forskellen på den absolutte og relative refraktærperiode.
- Redegør for excitabiliteten i refraktærperioden.
I. Aktionspotentialets refraktærperiode
1. Refraktærperioden er det tidsrum efter aktionspotentialet, hvor nervemembranen er mindre excitabel, end når den er i hvile.
2. I den absolutte refraktærperiode kan aktionspotentialer ikke genereres. I den relative refraktærperiode kan aktionspotentialer genereres, men tærskelstimulus er højere end når membranen er i hvile.
3. Excitabiliteten er nedsat i refraktærperioden fordi:
a. der er indtrådt inaktivering af natriumkanalerne.
b. der er hyperpolarisering på grund af stor K+ -konduktans.
c. der er lav membranmodstand (shunt) på grund af stor K+ -konduktans.
ExCØ(1), BKM(2.ed): kap. 7
II. Synaptisk transmission
En forsker undersøger en synaptisk forbindelse mellem et neuron A og et neuron B ved hjælp af intracellulær registrering fra de to neuroner. Han er således i stand til at injicere strøm ind i det ene neuron (A eller B) og måle fra det andet (A eller B). Han er sikker på, at der kun er én synapse mellem A og B, og han er nu interesseret i at vide, om det er en kemisk eller en elektrisk synapse, der forbinder de to neuroner.
1. Redegør for signaloverførslen gennem en elektrisk synapse.
2. Redegør for signaloverførslen gennem en kemisk synapse.
3. Angiv to funktionelle forskelle mellem kemiske og elektriske synapser, og gør rede for, hvordan disse forskelle kan hjælpe forskeren til at forstå, om synapsen er kemisk eller elektrisk.
II. Synaptisk transmission
1. I en elektrisk synapse overføres signalet via gap junctions, der danner en direkte forbindelse mellem de to neuroners cytoplasma. En del af strømmen i strømsløjfen fra aktionspotentialet flyder via gap junctions ind i den næste nervecelle og depolariserer denne.
2. I en kemisk synapse medfører et ankommende aktionspotential, at der aktiveres spændingsfølsomme calcium-kanaler, og det kommer til en influx af calcium-ioner. Ca2+ bindes til synaptotagmin, som aktiverer SNARE-komplekset, der dannes mellem vesikel og plasmamembran. Dermed kommer det til exocytose af neurotransmitterfyldte vesikler, og frigørelse af neurotransmitter til synapsekløften. Neurotransmitteren bindes til ionotrope receptorer på den postsynaptiske membran, der åbner en ionkanal, som medfører at strøm flyder ind eller ud af den postsynaptiske celle, således at denne enten hyperpolariseres eller depolariseres. (Metabotrobe receptorer kan også nævnes, men forventes ikke).
3. Flg. forslag kan godtages:
a. Funktionel forskel: kun kemiske synapser kan være inhibitoriske. Forskeren kunne undersøge, om et aktionspotential i det ene neuron medfører et EPSP eller et IPSP i det andet neuron. Hvis der udløses et IPSP er synapsen kemisk (og inhibitorisk). Hvis der udløses et EPSP kræves flere undersøgelser for at afgøre, om synapsen er kemisk eller elektrisk.
b. Funktionel forskel: elektriske synapser er bidirektionelle, mens kemiske er unidirektionelle. Forskeren kunne ved injektion af depolariserende strøm i det ene eller det andet neuron undersøge, om synapsen leder signalet i begge retninger. Kun elektriske synapser er bidirektionelle; kemiske synaper er unidirektionelle.
c. Funktionel forskel: informationsoverførslen er hurtigst gennem en elektrisk synapse. Forskeren kunne undersøge tidsforsinkelsen mellem det præsynaptiske og det postsynaptiske aktionspotential. I en elektrisk synapse er forsinkelsen mindst (< 1 ms, sammenlignet med 2-50 ms for den kemiske synapse).
d. Funktionel forskel: kun elektriske synapser kan overføre en hyperpolarisering. Forskeren kunne injicere en hyperpolariserende strøm i det ene neuron og undersøge, om denne hyperpolarisering udbredes til det andet neuron.
BKM (2.ed): p. 155-171 + Fo. 7
III. Sensoriske receptorer
III. Sensoriske receptorer
1. I modtagedelen absorberes det sensoriske stimulus og det omsættes til et generatorpotential (receptorpotential), (transduktion). I afsenderdelen omsættes generatorpotentialet til impulsaktivitet i axonet (transformation).
2. Generatorpotentialet i modtagedelen spredes passivt og amplituden aftager med afstanden fra modtagemembranen. Generatorpotentialets amplitude i afsenderdelen er derfor afhængig af amplituden i modtagedelen og den elektrotone afstand mellem modtagedel og afsenderdel (lambda).
3. Receptorens følsomhed reguleres af adaptation. Adaptationen kan være lokaliseret i receptorens støttevæv, modtagedel eller afsenderdel.
ExCØ(2), Fo. 9
IV. Muskler
En skeletmuskel monteres i en myograf, belastes med et afterload på 3 N og stimuleres med en enkelt stimulus. Der ses en enkeltkontraktion, hvor den maksimale kraft er 2 N.
1. Tegn kraften og muskellængden som funktion af tid i samme koordinatsystem. På x-aksen skal angives tid i arbitrære enheder og på y-aksen angives enheder for kraften, men kun arbitrære enheder for længden.
Nu ændres afterload til 1 N og musklen stimuleres igen.
2. Tegn kraften og muskellængden som funktion af tid i samme koordinatsystem. På x-aksen skal angives tid i arbitrære enheder og på y-aksen angives enheder for kraften, men kun arbitrære enheder for længden.
Nu fjernes ekstracellulær calcium og musklen stimuleres igen.
3. Redegør for effekten på kontraktionen.
- Fjernelse af calcium har ingen effekt, fordi musklen aktiveres af en spændingsafhængig konformationsændring i dihydropyridin receptorerne (DHPR, L-type calcium kanal) som mekanisk aktiverer ryanodin receptorerne (RyR) i det sarkoplasmatiske reticulum (SR). Alt calcium kommer således fra SR. (Hvis den studerende angiver at aktivering foregår via alfa-motor neuronet, er det gyldigt svar at kontraktionen udebliver. I så fald er forklaringen at aktionspotentialet i neuronet ikke medfører influx af calcium gennem spændingsfølsomme calcium kanaler. Derfor er der ingen exocytose af acetylcholin, hvilket forhindrer transmission over den neuromuskulære junction).
I. Nerveimpulsen og synaptisk transmission
Motorneuroner danner synapser med tværstribede muskelceller.
Motorneuroners membran indeholder følgende ionkanaler:
K+ -kanaler: leak (læk-kanaler), KD (spændingsafhængige), KC (Ca2+-afhængige)
Ca2+ -kanaler (spændingsafhængige)
Na+ -kanaler (spændingsafhængige)
1) Skitser et aktionspotential registreret intracellulært i et motorneuron og angiv hvilke ionkanaler, der er involveret i de forskellige faser af aktionspotentialet.
2) Redegør kort for hvordan KC ionkanaler påvirker fyringsfrekvensen og medfører adaptation.
3) Et motorneuron affyrer et tog af aktionspotentialer. Skitser toget af aktionspotentialer, som det ser ud, mens der indtræder adaptation.
Apamin er et toksin, der blokerer KC ionkanaler.
4) Skitser et aktionspotential registreret intracellulært i et motorneuron efter forgiftning med apamin.
5) Redegør kort for, hvordan apamin påvirker adaptation.
Motorneuroner frigør acetylcholin i den motoriske endeplade.
6) Angiv navnet på den receptortype, som aktiveres af acetylcholin og de ioner, som receptoren er permeabel for, når acetylcholin er bundet.
7) Redegør kort for receptorens vendepotential, og angiv dets omtrentlige værdi.
8) Angiv definitionen på excitatorisk synaptisk transmission.
1) Se tegningen
a. Der skal være en hurtig og en langsom efterhyperpolarisering. (Det er ok, hvis den hurtige og langsomme efterhyperpolarisering ikke er helt så klart adskilt som på figuren)
2)
a. Depolariseringen under aktionspotentialet aktiverer Ca2+ kanaler.
b. Ca2+ løber ind i cellen og aktiverer KC ionkanaler. Det udløser en udadgående K+ -strøm, der forsinker det næste aktionspotential.
c. Den intracellulære Ca2+-koncentration stiger efter hvert aktionspotential. Derfor er der flere KC ionkanaler, der bliver aktiveret, og derfor falder fyringsfrekvensen.
4) Se tegningen
a. Den langsomme efterhyperpolarisering skal være mindre end uden apamin.
5) Den langsomme efterhyperpolarisering er hæmmet. Derfor bliver fyringsfrekvensen højere og adaptationen forsvinder.
6) Nikotinerge acetylcholin-receptorer, som er permeable for Na+ og K+.
7. Vendepotentialet er det potential, hvor der ikke går nogen (netto) elektrisk strøm gennem receptoren. Da receptoren er permeabel for både Na+ og K+ vil vendepotentialet ligge mellem ligevægtspotentialerne for Na+ og K+, således at den indadgående flux af Na+ bliver lig den udadgående flux af K+. For den nikotinerge acetylcholin-receptor er vendepotentialet ca. 0 mV (værdier mellem -25 mV og 0 mV - eller ”tæt på 0 mV” - accepteres).
8. Excitatorisk synaptisk transmission er transmission, der forhøjer sandsynligheden for, at den postsynaptiske celle fyrer et aktionspotential.
BKM (2.ed): p. 87-101 & 188-195
III. Muskelfysiologi
En skeletmuskel monteres i en myograf og stimuleres ved forskellige hvilelængder.
1. Skitser den aktive og passive kraft som funktion af hvilelængden.
2. Redegør for den aktive krafts afhængighed af hvilelængden.
3. Angiv hvilken struktur, der forårsager den passive kraft.
Forsøget gentages nu med hjertemuskulatur.
4. Skitser i kurven fra spørgsmål 1 hjertemusklens aktive kraft ved korte hvilelængder.
5. Redegør for mekanismen, der gør hjertemuskulaturen forskellig fra skeletmuskulaturen med hensyn til kraftens afhængighed ved korte hvilelængder.
- Ved den optimale længde ses det maksimale antal tværbroer fordi de tykke og tynde filamenter overlapper således at alle tværbroer har mulighed for at binde til aktin samtidig med at de tynde filamenter er i optimal afstand fra de tykke filamenter. Ved stræk over optimal længde kan de inderste tværbroer ikke længere komme i kontakt med aktin og derfor falder kraften. Ved længder kortere end optimalt vil de tynde filamenter støde sammen og derved bevæge sig væk fra den optimale afstand til tværbroerne. Tværbroer kan endvidere dannes mellem tværbroer og aktin fra hver sit halv-sarkomer og altså virke i den ”forkerte” retning.
- Titin filamenterne.
- Kurve svarende til aktive kurve for hjertemuskulatur. Det accepteres at faldet over den optimale længde ikke angives da det er irrelevant.
- Forskellen ligger i at Ca2+ følsomheden af hjertemuskulatur falder med nedsat sarkomerlængde, således at samme mængde Ca2+ aktiverer færre tværbroer.
ExØv3, BKM(2.ed.) kap. 16
II. Længdekonstanten λ (lambda) og synaptisk integration
Figuren viser en nervecelle (rød) med soma, axon og fem dendritter. Aktionspotentialer udløses i starten af axonet ved initialsegmentet (i.s.). Hvilemembranpotentialet er -75 mV. Ligevægtspotentialerne for K+, Na+ og Cl- er hhv. -90 mV, +50 mV og -75 mV.
Udløbere fra fire andre nerveceller (grønne) danner ionotrope synapser (A, B, C og D) med den røde nervecelle.
- Redegør for begrebet længdekonstant.
- Angiv hvorledes membranmodstanden påvirker længdekonstanten.
11
Membranpotentialet måles nu i soma med en usikkerhed på ±0,5 mV. Når synapse A aktiveres alene, depolariserer somamembranen 3 mV. Når synapse B aktiveres alene, er ændringen i membranpotential mindre end usikkerheden på målingen. Når A og B aktiveres samtidig, er ændringen i membranpotentialet i soma igen mindre end måleusikkerheden. - Angiv sandsynlige transmittere i synapserne A og B.
- Redegør for, hvorfor samtidig aktivering af synapserne A og B ikke udløser en målbar ændring af membranpotentialet i soma.
C er en excitatorisk synapse. Synapsen sidder en længdekonstant fra soma. - Beregn hvor meget dendritmembranen ved C depolariserer, hvis somamembranen depolariserer 5,18 mV, når synapsen er aktiv.
I synapsen D frigøres samme tranmitter som i synapsen B. - Redegør for, om de to synapser B og D har samme funktion i nervecellen.
II. Længdekonstanten λ (lambda) og synaptisk integration
1) Længdekonstanten λ er en parameter, der fortæller hvor langt et lokalt respons (et subliminalt respons på stimulation - f.eks. et synaptisk potential) breder sig i en cylinderformet celleudløber. Fordi membranen har en vis utæthed, vil den strøm, som breder sig i membrancylinderen efterhånden lække ud i extracellulærrummet, og dermed aftager responset med afstanden fra det sted, det er udløst. Længdekonstanten er den afstand fra stimulationsstedet, der svarer til at der kun er ca. 37 % (eller e-1) tilbage af den oprindelige amplitude.
2) Jo større membranmodstand desto større λ.
3) Glutamat (evt. acetylcholin) og GABA (evt. glycin).
4) Den inhibitoriske synapse B åbner kloridkanaler i membranen. Dette vil ikke ændre membranpotentialet nævneværdigt, da det er ganske tæt på klorids ligevægtspotential. Imidlertid vil den reducerede membranmodstand tæt ved A resultere i, at den længdegående, depolariserende strøm inde i dendritten, som aktivering af A udløste, lækker ud gennem membranen ved B (shunt). Dermed forhindres en målbar depolarisering af soma.
5) En længdekonstant fra synapsen er potentialet faldet til ca. 37 % af responset ved synapsen. Derfor er EPSPet ved synapsen 5,18 mV / 0,37 = 14 mV.
21
6) Nej det har de ikke. Synapsen B vil selektivt inhibere excitatorisk input til den dendrit, som
den sidder på, mens synapsen D vil inhibere alt excitatorisk input til nervecellen, fordi den
sidder tæt på initialsegmentet, hvor aktionspotentialet udløses.
BML(2ed): pp 60-63, 195-196, ExC Øv(1)
I. Excitabilitet
En patient mistænkes for at have elektrolytforstyrrelser. Koncentrationen af K+ i blodet er 6 mM.
1. Angiv den normale koncentration af K+ intracellulært og ekstracellulært.
2. Beregn med rimelige antagelser ligevægtspotentialet for K+ hos en normal person og hos patienten.
3. Redegør for, hvorledes excitabiliteten af de perifere nerver er hos patienten i forhold til normalpersonen.
III. Sensorisk Funktion
En strækreceptor undersøges for adaptation. Et pludseligt stræk øger impulsaktiviteten fra 10 Hz til 50 Hz. Ved fastholdt stræk falder impulsaktiviteten til et stabilt niveau på 30 Hz i løbet af 60 s. Pludseligt ophør af stræk medfører et fald i impulsaktivitet til 1 Hz, der stiger til 10 Hz i løbet af 30 s.
Det antages at adaptationen udelukkende sker i støttevævet.
1. Skitser generatorpotentialet i receptorens modtagedel under forsøget.
Det antages at adaptationen udelukkende sker i receptorens modtagedel.
2. Skitser generatorpotentialet i receptorens modtagedel under forsøget.
Det antages at adaptationen udelukkende sker i receptorens afsenderdel.
3. Skitser generatorpotentialet i receptorens modtagedel under forsøget.
Sensorisk signalering
En forsker undersøger en ukendt sansereceptor ved at måle frekvensen af aktionspotentialer i axonet. Han stimulerer sansereceptoren med en konstant stimulus, og får resultatet nedenfor (forsøg 1), hvor frekvensen af aktionspotentialer er angivet som funktion af tiden:
Forskeren fjerner nu Ca2+ fra ekstracellulærvæsken, og gentager forsøget (forsøg 2). Han opdager, at receptoren ikke længere adapterer.
- Angiv hvordan stimulusamplituden kodes i receptorens modtagerdel og aftagerdel.
- Redegør kort for funktionen af KA-kanaler i kodningen af stimulusintensiteten.
- Redegør for en mekanisme, der kan være ansvarlig for den adaptation, der ses i forsøg 1.
- Redegør for, hvorfor sansereceptoren ophører med at fyre aktionspotentialer efter at stimulus fjernes i forsøg 1, og angiv herunder, hvorvidt det kan forventes at denne pause optræder i forsøget uden Ca2+ i ekstracellulærvæsken (forsøg 2).
Sensorisk signalering.
1. Stimulusamplituden kodes i receptorens modtagerdel i generatorpotentialets amplitude og i afsenderdelen i frekvensen af aktionspotentialer.
2. KA-kanalerne nedsætter fyringsfrekvensen og gør frekvensen afhængig af generatorpotentials amplitude og dermed af stimulusstyrken. KA-kanalerne er derfor vigtige for kodning af stimulusstyrken i receptorens afsenderdel.
24
3. Da adaptation er fraværende, når Ca2+ fjernes ekstracellulært, er det formentlig Ca2+-influx i receptorens afsenderdel, der er involveret. Spændingsafhængige Ca2+-kanaler åbner under aktionspotentialet, hvilket medfører Ca2+-influx og stadig kraftigere aktivering af KC-kanaler hen igennem impulstoget, hvilket medfører en længere hyperpolariseringsfase mellem aktionspotentialerne, og derfor nedsætter frekvensen.
4. Når stimulus og dermed generatorpotentialet fjernes, hyperpolariseres receptoren pga. den akkumulerede Ca2+, som aktiverer Kc-kanalerne. Først når Ca2+ er pumpet ud, kan receptoren genoptage fyringen af aktionspotentialer. Da pausen afhænger af Ca2+-influx, forventer man ikke at se nogen pause i forsøget uden ekstracellulær Ca2+. (Hvis studenten ikke har identificeret mekanismen korrekt i spørgsmål 3, så kan et svar, hvor der henvises til den nedsatte følsomhed af receptoren pga adaptationen stadig anses for delvist korrekt).
II. Synaptisk inhibition
- Skitser en synapse med angivelse af ionotrope og metabotrope receptorers lokalisering.
- Angiv en inhibitorisk transmitter, som kan aktivere ionotrope og metabotrope postsynaptiske receptorer.
- Angiv synaptisk latenstid og ionmekanisme for den ionotrope inhibition.
- Angiv synaptisk latenstid og ionmekanisme for den metabotrope inhibition.
- Angiv en excitatorisk transmitter, som kan aktivere ionotrope og metabotrope postsynaptiske receptorer.
- GABA.
- Latenstid mere end 0,5 ms og mindre end 2 ms accepteres; GABAA receptoren er knyttet til en kloridkanal.
- Latenstid mere end 10 ms. Den postsynaptiske metabotrope GABAB receptor aktiverer en kaliumkanal; den præsynaptiske GABAB receptor hæmmer en calciumkanal.
- Glutamat eller acetylcholin.
BMK(2. ed): 184-189 F9.
