Nervcellsfysiologi Flashcards
Vad är aktionspotential?
- Aktionspotential är en kortvarig förändring av nervcellens membranpotential.
- Kan vara abstrakta (t.ex tankar) eller konkreta (t.ex reflexer)
- Har varierande hastighet och en maximal frekvens på ca 500 Hz.
Engram
En funktionell cellgruppering som bildas genom inlärning och förstärkning av synapser i sådana grupperingar.
Vad menas med tröskelvärdet?
Det värdet som måste uppnås för att kunna regenerera en aktionspotential, dvs den värdet där Na+ inflödet precis överstiger K+ utflöde.
- Detta värde är inte konstant utan ett dynamiskt värde
Vad menas med excitation?
- En process som ökar sannolikheten för att en aktionspotential ska uppstå genom att driva membranpotentialen mot tröskelvärdet.
Vad menas med inhibition?
- En process som minskar sannolikheten för att en aktionspotential ska uppstå genom att driva membranpotentialen från tröskelvärdet.
Vilka subtyper har excitation och inhibition?
- Synpatisk: styrs av ligandsytrda jonkanaler och frisättning av neurotransmittorer
- Excitation orsakas av frisläppning av den excitatoriska neurotransmittorn glutamat i CNS och Acetylkolin i PNS
- Inhibition orsakas av frisläppning av den inhibitoriska neurotransmittorn GABA i CNS - Intrinsic: orsaks av icke-ligandstyrda jonkanaler som öppnas
- intrinsic excitation: t.ex vid öppning av Na+-kanaler & Ca2+-kanaler.
- Intrinsic inhibition: t.ex vid öppning av K+-kanaler & Cl-kanaler.
Beskriv kortfattat de mekanismer som kan påverka synapser/jonkanaler?
Plasticitet: förstärkning/försvagning av en synaps i respons till ökad/minskad aktivitet → ökad/minskad effektivitet av synapsen
- Grunden till minne/inlärning
Modulering: kontinuerlig förändring av nervcellers retbarhet (excitation/inhibition) som sker mha ett
stort antal modulatoriska signalsubstanser som noradrenalin, acetylkolin, serotonin
Ge exempel på olika metoder som används för att studera nervcellsaktivitet
- Patch clamp tekniken används för att studera enskilda jonkanaler med en hög upplösning eller enstaka synapser.
- Extracellullär registreringsteknik används för att studera nervcellsaktivitet på en högre skala (t.ex engram) eller en oscillationsnätverksaktivtitet som t.ex när vi sover (EEG)
Vad menas med membranpotential?
En spänningsskillnad över cellmembranet i alla celler som beror på koncentrationsgradienter för olika joner och bibehålls av aktiva jonpumpar
Vad menas med jämviktspotentialen?
Spänningskillnad som är specifik för varje jon och beror på jonkoncentrationen utanför resp. in i cellen.
- Kan beräknas mha Nernst ekvation:
Ejon = 61.54 log([jon]u/[jon]i)
Vilka är de intra- och extracellulära koncentrationerna av natrium, kalium, klorid och kalcium (i mM)? Vad är jämviktskonstanten för resp. jon?
Natrium:
Intra. = 18, Extra. = 150, Jämviktspotential= +60 mV
Kalium:
Intra. = 135, Extra. = 3, Jämviktspotential = -100 mV
Klorid:
Intra. = 7, Extra. = 120, Jämviktspotential = runt -70 mV
Kalcium:
Intra. = 0.0001, Extra. = 1.2, Jämviktspotential= +125 mV
Vad menas med anjoner?
Negativt laddade joner som inte kan passera över membranet.
t.ex: DNA, negativt laddade proteiner
Hur uppstår jämviktspotential?
Jämviktspotential uppstår när diffusionskraft som vill utjämna koncentrationsgradient och elektrisk kraft som repellerar inkommande joner blir lika.
Ge exempel på jon-pumpar
Na+/K+-pumpen
Ca2+ pumpen
Hur delas jonkanaler?
Utifrån
Selektivitet: genomsläpplighet för en viss jon
Styrning:
- Spänning: förändringar av membranpotential
- Ligander: bindning av neurotransmittorer
- Sekundära budbärare: öppnas av stimuli från insidan av
cellen, t.ex. Ca2+ eller cAMP
- Temperatur: hud
- Mekanisk stimuli: i innerörat
- pH: Kopplat till smärta
Vad menas med läck-kanaler? vilken effekt har de på vilomembranpotential?
Jonkanaler som är alltid öppna och ansvarar vilomembranpotential genom ett stort antal kanaler som är genomsläppliga för K+ och en kanal som genomsläppliga för Na+ → vilomembranpotential är närmare K+ jämviktspotential.
Vad menas med vilomembranpotential (RMP)? hur åstadkomms den?
Vilomembranpotential då Na+ iflödet = K+ utflöde
Detta åstadskomms genom att K+ har en mindre resistans (mer läck-kanaler → större I) medan Na+ har en högre spänning än K+ → vilomembranpotential
OBS! vilomembranpotential betyder INTE att [K+] = [Na+]
Hur kan RMP bestämmas?
Med hjälp av Goldmans ekvation:
Vm = 61.54 mV log
(PK[K+]u + PNa[Na+]u)/
(PK[K+]i + PNa[Na+]i)
Där P är den relativa genomsläpplighet för respektiv jonslag.
Brukar vara PK= 40 och PNa=1 vid vilomembranpotential.
Vad menas med depolarisering?
Processer som driver membranpotential mot 0 och leder till att Na+-kanaler öppnas då rör sig membranpotentialen mot Na+ jämviktspotential
Vad menas med hyperpolarisering?
Processer som driver membranpotential mot ett mer negativt värde och då rör sig membranpotentialen mot K+ jämviktspotential
Vad menas med repolarisering?
Processer som driver membranpotentialen tillbaka mot vilomembranpotential efter en depolarisering
Depolarisering är ett exempel på positiv återkoppling, vad menas med detta?
En depolarisering leder till att konduktans (1/resistans) för Na+ ökar vilket leder till att fler Na+-kanaler öppnar vilket i sin tur leder till ännu större depolarisering.
Positiv återkoppling fortsätter tills Na+-kanaler blir inaktiverade
Vilka konformationer har spänningskänsliga Na+-kanaler?
Öppen: kanalen öppnar som respons på depolarisering
Inaktiverad: efter en viss tid blir kanalen inaktiv och repolarisering sker så att kanalen övergår till stängd konformation.
Stängd: kanalen är normalt stängd
Vad menas med “allt eller inget” principen?
Om en aktionspotential överstiger tröskelvärdet kommer det att leda till depolarisering och signalen överförs , annars inget respons alls.
Vart initieras aktionspotential och varför just där?
Axonkägla, regionen har som högst densitet av
spänningskänsliga jonkanaler → tröskelvärdet
kan lättare nås
Nämn tre faktorer som påverkar fortledningshastigheten längs ett axon. Förklara varför de påverkar på det sättet de gör
- Axon diameter: ju större diameter desto mindre resistans och högre fortledningshastighet
- Temperatur: optimalt vid 37 grader, gör att jonkanaler öppnar snabbare. Högre temperatur leder till att kanalerna öppnas/stängs för snabbt att Na+ inte hinner flöda in och har därmed en negativ påverkan på fortledningshastighet.
- Myelin: minskar membranets kapacitans (förmåga att “lagra” laddningar) genom att öka avståndet mellan membranet in och utsida vilket leder till högre fortledningshastighet
Vad är refrektär period? vilka typer finns det? vad skiljer de åt?
Refraktärperiod är den period som följer aktionspotential dvs repolarisering och hyperpolarisering. Två typer :
- Absolut refraktärperiod : alla spänningskäsnliga Na+- kanaler är inaktiverade → är helt omöjligt att få en ny aktionspotential på grund av att tröskeln är oändligt hög.
- Relativ refraktärperiod : Fler spänningskäsnliga Na+ -kanaler går från sitt inaktiverade till stängde läge → ny aktionspotential kan uppnås, men kräver en större depolarisering än vanligt.
Vilken effekt har refraktärperioden på aktionspotential?
Refraktärperioder gör att det finns en övre gräns för hur ofta aktionspotential kan utlösas. Aktionspotentialer kan därför maximalt komma med en frekvens på ca 500 Hz dvs 2 ms mellan varje aktionspotential.
Nämn två exempel på ämne som kan påverka spänningskänsliga Na+-kanaler
- Lokalanestetika
2. Tetrodotoxin
Vad menas med EPSP respektive IPSP?
- EPSP: excitatorisk postsynaptisk potential, väldigt liten depolarisering (ca 1 mV). Behövs många EPSP för att aktionspotential ska uppnås. EPSP ges av den excitatoriska glutamat-synapser
- IPSP: inhibitorisk postsynaptisk potential, vilket är en temporär, liten hyperpolarisering. IPSP ges av inhibitoriska GABA-synapser
Hur stor andel av synapserna i en cortical pyramidcell är excitatoriska respektive inhibitoriska? Var hittar man respektive typ på neuronet?
Excitatoriska glutamat synapser utgör ca 90% och återfinns mer distalt från soma (på dendritträden)
Inhibitoriska GABA synapser utgör ca 10% och återfinns mer proximalt till soma
Vilka delar ingår i en kemisk synaps?
- Presynpas: del av synapsen där frisättning av neurotransmittor sker.
- Synaptiska klyftan : finns mellan presynaps och postsynaps är ca 20 nm stor i diameter
- Postsynaps: del av synapsen som reagerar på neurotransmittor
Redgör för hur synaptiska vesiklarna med neurotransmittorer frisläpps och återupptas
-Hög koncentration av neurotransmittor lagras i vesiklar (ca 30-40 nm i diameter) i presynapsen. Dessa vesiklar är färdiga att genomgå exocytos men bromsas av proteinet synaptotagmin. Presynapsen uttrycker spänningskänsliga Ca2+-kanaler på ytan som öppnas vid en depolarisering → leder till inflöde av Ca2+ → Ca2+ binder till synaptotagmin och gör att bromsen släpps → neurotransmittor kan frisättas i den synaptiska klyftan.
Vesiklarna kommer sen att återupptas mha endocytos för att återanvändas.
Vilka typer av receptorer har vi på postsynapsen?
- Jonotropa: ligandstyrda jonkanaler, orsakar ett in- eller utflöde av joner vilket påverkar membranpotentialen
- Metabotropa: receptor som vanligtvis är kopplad till sekundära budbärare (second messengers). Påverkar intracellulära mekanismer, dvs mer långsiktiga förändringar.
Vilka faktorer bestämmer styrkan av en synaptisk koppling?
- Antal frisättningsställen (n) :antal platser/ställen i presynapsen där en vesikel kan frisättas.
- Frisättningssannolikheten (p) : är sannolikheten att aktionspotential ska generera frisättning av en vesikel
- Quantal size (q): storlek på postsynaptiskt respons när det väl frisätts en vesikel
Vad menas med reverseringspotential?
- Är den potential som en viss jonkanal vill driva membranpotentialen mot.
- Om en jonkanal bara släpper igenom en jon → kanalens reverseringspotential är synonymt med jonens jämviktspotential
- Om en jonkanal är permeabel för 2 eller fler jonslag → reverseringspotentialen är en “kompromiss” mellan respektive jonslags jämviktspotential
Vilka glutamat receptorer återfinns i excitatoriska glutamat synapser?
Finns 3 olika glutamatreceptorer:
- AMPA-receptorkanal
- NMDA-receptorkanal
- Metabotrop glutamatreceptor
Beskriv AMPA receptor-kanal
- jontrop receptor
- är permeabel för både Na+ och K+
- jonkanalens reverseringspotential är ca 0 mV
- ger upphov till kortvarig EPSP ca 10 ms
Beskriv NMDA receptor-kanal
- är en jontrop receptor som är permeabel för Na+, K+ och Ca2+
- både ligandstyrd & spänningsstyrd → kräver både inbindning av glutamat och depolarisering för att öppnas
- kräver 2 glutamat, 2 glycin eller 2 D-serin
- Har en Mg-jon i mitten av kanalen → lossnar vid depolarisering
- Jonkanalens reverseringspotential är ca 0 mV
- ger upphov till en långvarig EPSP är ca 100 ms
Beskriv metabotrop glutamatreceptor
- G-proteinkopplade receptorer
- ger upphov till aktivering av sekundära budbärare → kan ha modulerande effekter på nervceller på olika sätt. tex Ca-2+ frisättning från ER → bidrar till synaptisk plasticitet
Vad är gemensamt för både NMDA och AMPA receptor-kanaler?
- Både är tetramerer, består av 4 subenheter som är olika proteiner
- Både kan binda 4 st glutamat för maximalt aktivering av jonkanaler
- Både har 3 olika konfirmationer på jonkanaler, stängd läge, öppet läge och desensitiserat läge.
Vilka två viktiga GABA-receptorer har vi på inhibitoriska postsynapser? Vad är det för skillnader mellan de?
GABAA-receptorn : jonotrop receptor, är en pentamer som öppnas vid inbindning av 2 GABA.
- Den är genomsläpplig för Cl- & även lite bikarbonat.
- Har en reverseringspotential som ligger nära vilomembranpotentialen.
- Finns många varianter av GABAA-receptorer pga subenheter varierar → har olika egenskaper. Ger upphov till en kortvarig IPSP
GABAB-receptorn: G-proteinkopplad receptor (dvs metabotrop receptor) som är direkt kopplad till en K+-jonkanal → K+ strömmar ut ur cellen . fungerar i praktiken som en jonotrop receptor. Ger upphov till
en långvarig IPSP
Ge exempel på några allostera modulatorer till GABA-a receptor
- Bensodiazepiner
- Etanol
Vilka transportörer är involverade i justering av Cl- jämviktspotential? Vad är det för skillnad mellan de?
NKCC1: Na/K/Cl symporter som transporterar in Na+, K+ & Cl- i nervcellen →jämviktspotential för Cl- blir lite mer depolariserad än vilomembranpotentialen
KCC2: K/Cl symporter som transporterar ut K+ & Cl- från nervcellen → jämviktspotential för
Cl- blir lite mer hyperpolariserad än vilomembranpotentialen
Vilken Cl- transportör är vanligare tidigt resp. sen i utveckling? Vad har detta för effekter på GABA-synaps?
- Tidigt under utveckling har vi NKCC1 → Cl- koncentrationen inuti cellen ökar → effekten i en
GABA-synaps blir en depolarisering och kan till och med vara excitatorisk. - Senare under utvecklingen blir det KCC2 →
lägre intracellulär koncentration av Cl- → Effekten i
en GABA-synaps blir en hyperpolarisering → synapsen är inhiberande.
Redogör för astrocytens roll i återanvändning glutamat
Överskott av glutamat kommer att tas upp av astrocyter som har speciella glutamat-transportörer (EEAT). I astrocyter omvandlas glutamat till glutamin som frisläpps och tas upp av presynapsen där den återbildas till glutamat.
Vilken effekt har hyperkalemi på neuron excitabilitet?
Hyperkalemi innebär att [K+] ökar extracellulärt leder till ökad jämviktspotential → vilomembranpotential drivs mot ett mer positivt värde → ökad excitabilitet.
Vilken effekt har hypokalemi på neuron excitabilitet?
Hypokalemi innebär att [K+] minskar extracellulärt leder till minskad jämviktspotential → vilomembranpotential drivs mot ett mer negativt värde → mindre excitabilitet.
Vilken effekt har hyperkalcemi på neuron excitabilitet?
Hyperkalcemi innebär att [Ca2+] ökar extracellulärt vilket leder till membranet blir mindre permeabelt för Na+ → mindre excitabilitet.
Vilken effekt har minskad extracellulär [Mg2+] på neuron excitabilitet?
Mg2+ normalt hämmar Ca2+-kanaler vilket stabiliserar neuron genom att reglera Ca2+ insläpp och därmed transmittorfrisättning. En sänkt Mg2+ medför att flera kalciumjoner strömmar in → ökad excitabilitet
