probleem 3: inside the neuron Flashcards
Membraan potentiaal
het verschil in elektrische lading van binnen en buiten het neuron.
Rustpotentiaal
in rust is het potentiaal van het neuron -70mV (millivolts). Dit betekent dat het potentiaal binnen het rustende neuron ongeveer 70 mV lager is dan buiten het neuron. Dus een membraan potentiaal van -70mV is het rustpotentiaal van een neuron. Tijdens het rustpotentiaal zijn er geen verstoringen en behoudt het membraan een elektrische gradiënt: het neuron is gepolariseerd. Boodschappen in een neuron komen voort uit een verstoring van het rustpotentiaal. Het rustpotentiaal bereidt het neuron voor om snel te kunnen reageren.
Ionen
deeltjes die een positieve of negatieve lading kunnen hebben. Sodium-ionen en potassium-ionen zijn betrokken bij het potentiaal van het neuronmembraan. Sodium wordt ook wel geschreven als Na+ of Natrium. Potassium staat ook wel bekend als K+ of Kalium. De plustekens staan voor een positieve lading.
Het neuronmembraan is slechts gedeeltelijk doorlatend. De meeste grotere of elektrisch geladen moleculen kunnen er niet doorheen. Enkele belangrijke ionen zoals kalium of natrium kunnen via membraankanalen door het neuronmembraan heen.
Wanneer een neuron in rust is:
- Natriumionen liggen meer buiten het neuron dan in het neuron.
- Kaliumionen liggen meer binnen het neuron dan buiten het neuron.
Deze ongelijke deling wordt in stand gehouden door ion kanalen in het neuronmembraan. Elk type ion kanaal is gespecialiseerd in het doorlaten van natrium- of kaliumionen.
Elektrostatische druk
de tegengestelde ladingen van het rustmembraanpotentiaal trekken elkaar aan binnenkant negatieve, buitenkant positieve lading. Hierdoor worden de positief geladen natriumionen aangetrokken door de -70MV lading in de rustende neuronen. Kalium is positief geladen en daarom houdt de elektrostatische druk de kaliumionen binnen het neuron.
Concentratiegradiënt
natriumionen zijn geconcentreerder buiten het neuron dan binnen het neuron. Ionen bewegen willekeurig en deeltjes die willekeurig bewegen hebben de neiging om zich gelijkwaardig te verdelen van gebieden met hoge concentratie willen de ionen naar gebieden met een lage concentratie bewegen. Natriumionen willen daarom het neuron in. Kalium is binnenin het neuron geconcentreerder dan buiten het neuron, daarom drukt het concentratiegradiënt de kaliumionen uit het neuron.
–> De natriumionen worden toch buiten het neuron gehouden, vanwege de gesloten natriumkanalen binnen het rustende neuron. De kaliumkanalen zijn wel open binnen het rustende neuron.
twee tegenstrijdige krachten op kaliumionen:
Op kaliumionen worden twee tegenstrijdige krachten uitgeoefend. De natrium-kalium pomp trekt de kaliumionen het neuron in zo snel als het eruit stroomt. Daarom zijn de elektrostatische druk en het concentratiegradiënt voor kalium nooit compleet in balans. De pomp is zo krachtig op de kaliumionen dat elektrostatische druk en concentratiegradiënt een kleine rol spelen bij kalium.
Elektrostatische druk en concentratiegradiënt heffen elkaar op bij kalium.
Sodium-potassium pomp (natrium-kalium pomp)
wanneer het neuronmembraan in rust is natrium kanalen zijn gesloten, waardoor er vrijwel geen natrium het neuron in kan stromen. Stimulatie kan de kanalen openen. Kaliumkanalen staan een klein beetje open, waardoor kalium in minimale mate naar buiten kan stromen. Ook deze kanalen kunnen verder openen door stimulatie. Sommige natriumionen lekken toch het neuron in tijdens rust, ondanks de gesloten kanalen. Om het gradiënt in stand te houden treedt de natrium-kalium pomp in werking. Deze pomp pompt drie natriumionen uit het neuron in hetzelfde tempo waarop deze ionen naar binnen lekken. Ook worden er twee kaliumionen het neuron ingepompt op hetzelfde tempo als dat deze naar buiten lekken.
In het kort: de natrium-kalium pomp zorgt er voor dat continue 3 Na+ ionen uit het neuron en 2 K+ ionen in het neuron gaan. De pomp is een actief proces wat veel energie kost.
actiepotentiaal
Boodschappen die worden verzonden door axonen heten het actiepotentiaal.
aanleiding tot het actiepotentiaal
Wanneer neuronen vuren, laten zij neurotransmitters (chemicaliën) vrij in de synaps. De neurotransmitters binden zich aan gespecialiseerde receptoren op het membraan van de ontvangende neuron. Het binden van een neurotransmitter aan een postsynaptische neuron kan leiden tot depolarisatie en hyperpolarisatie van het ontvangende neuron:
* Depolarisatie: het rustpotentiaal wordt verkleind. Vb: van -70mV naar -65mV.
* Hyperpolarisatie: het rustpotentiaal wordt vergroot. Vb: van -70mV naar -75mV.
Excitatory postsynaptic potentials (EPSPs)
postsynaptische depolarisaties. Vergroot de kans dat een neuron vuurt.
Inhibitory postsynaptic potentials (IPSPs)
postsynaptische hyperpolarisaties. Verkleint de kans dat een neuron vuurt.
Alle PSPs zijn graded potentials: sterkte van het PSP is evenredig met de intensiteit van het opgewekte signaal.
Twee kenmerken van info overdracht van PSPs
- Snelheid, de informatie wordt heel snel verzonden. Of de PSPs nu kort of langdurig is, ze worden vrijwel onmiddellijk verzonden.
- Decrementeel (afnemend), de PSPs nemen af in amplitude terwijl ze door het neuron reizen. (Denk aan golf in water)
Samengevat: de sterkte van EPSPs en IPSPs wordt bepaald door de intensiteit van het signaal dat potentialen veroorzaakt. De overdracht van de signalen is vrijwel onmogelijk. De EPSPs en IPSPs nemen in amplitude af terwijl ze zich door het neuron verplaatsen.
aanleiding actiepotentiaal (deel 2):
Postsynaptische signalen bestaande uit één enkele synaps hebben niet veel effect op het vuren van de postsynaptische neuron. De balans tussen excitatory en inhibitory signalen die de axon bereiken, is bepalend voor het vuren van een neuron. Actiepotentialen worden ontwikkeld in het axon initial segment (aansluitende gedeelte van een axon). Een actiepotentiaal wordt gegenereerd wanneer de som van depolarisatie en hyperpolarisatie genoeg is om het membraan van een neuron de depolariseren naar een drempel die threshold of excitation heet. Deze drempel ligt vaak rond de -55mV / -65mV.
Het actiepotentiaal is een grote tijdelijke omkering van het membraanpotentiaal van ongeveer -70mV naar +50mV. Het actiepotentiaal is een alles-of-niets reactie (all-or-none law). Het doet zich compleet voor of het doet zich totaal niet voor. Er is hierbij dus geen sprake van graded potentials.
Integratie + over ruimte en tijd
het optellen van individuele signalen voor het besluit om te vuren of niet. Neuronen kunnen binnenkomende signalen integreren over ruimte en over tijd:
* Spartial summation: integratie over ruimte. Hierbij worden signalen die tegelijkertijd op verschillende plekken op het membraan aankomen bij elkaar opgeteld.
EPSP + EPSP / IPSP + IPSP / EPSP + IPSP (elkaar opheffen).
* Temporal summation: integratie over tijd. Hierbij volgen postsynaptische potentialen elkaar snel op in de synaps om een groter signaal te vormen.
Een intensere stimulatie van een neuron vergroot de snelheid of kracht van het actiepotentiaal niet.
Het ontstaan van het actiepotentiaal
Het membraanpotentiaal van een neuron in rust is relatief constant. Dit verandert wanneer het membraanpotentiaal wordt gedepolariseerd tot de treshold of excitation door EPSPs. Deze ligt meestal rond de -55mV. Het volgende gebeurt: de natriumkanalen in het membraan gaan wijd open staan. Hierdoor stromen natriumionen het neuron in en gaat het membraanpotentiaal omhoog naar de +50mV. Door het snelle verschil in membraanpotentiaal door de instroom van natriumionen gaan de kaliumkanalen open, nadat de natriumkanalen gesloten zijn. De kaliumionen die dicht bij het membraan liggen, stromen het neuron uit.
het actiepotentiaal deel 2
Tijdens de piek van het actiepotentiaal, na ongeveer één milliseconde, gaan de natriumkanalen dicht. Het neuron is nu van binnen positief geladen. Dit zorgt ervoor dat zowel het concentratiegradiënt als de elektrostatische druk kaliumionen het neuron uitduwen. Zij nemen een positieve lading mee. Omdat de kaliumkanalen opengaan nadat de natriumkanalen zijn gesloten, verlaten genoeg kaliumionen het neuron om het membraan te repolariseren: het neuron weer terug brengen naar het rustpotentiaal. De kaliumkanalen sluiten wanneer het rustpotentiaal is bereikt. Door de langzamere sluiting van deze kanalen verlaten meer kaliumionen het neuron dan nodig is om het rustpotentiaal te bereiken hyperpolarisatie, want er is sprake van een negatievere lading dan tijdens een rustpotentiaal. De natrium-kalium pomp herstelt dit door natriumionen het neuron uit te pompen en kaliumionen het neuron weer in te pompen. Uiteindelijk raakt het membraan zo weer in rust.
De natrium-kalium pomp heeft een ondergeschikte rol, omdat ionenconcentraties snel hersteld worden door de willekeurige beweging van ionen.
Het actiepotentiaal omvat alleen ionen die direct naast het membraan liggen.
ongevoelige periode/absuluut en relatief
Ongevoelige periode (refractory period): periode net na een actiepotentiaal, waarin het neuron niet opnieuw een actiepotentiaal kan produceren.
Absolute ongevoelige periode: het eerste gedeelte van deze periode, waarin een neuron ondanks stimulatie geen actiepotentiaal kan produceren. Deze periode vindt plaats tijdens depolarisatie en repolarisatie. (1/2 milliseconde).
Relatieve ongevoelige periode: tweede deel van de periode, waarin een neuron alleen een actiepotentiaal kan produceren bij een hogeren stimulatie dan het tijdens de rust nodig zou hebben. Dit is het geval bij hyperpolarisatie. Wanneer een impuls niet sterk genoeg is om een actiepotentiaal te vormen graded potentiaal.
Refactory periods zijn verantwoordelijk voor twee belangrijke kenmerken
- Actiepotentiaal reist via één richting langs de axonen. Axonen worden ongevoelig nadat een actiepotentiaal daaroverheen is gegaan. Dus kan de richting niet omkeren.
- De snelheid waarmee een neuron vuurt is gerelateerd aan de intensiteit van de stimulatie. Bij een hoge intensiteit wordt het neuron al gevuurd tijdens de relatieve ongevoelige rust. Als de intensiteit net voldoende is om een neuron te laten vuren, gebeurt dit pas nadat de relatieve ongevoelige periode ook voorbij is.
Geleiding van het actiepotentiaal
Tijdens het actiepotentiaal reist dit graded potential langs de axonen. De natriumionen komen op een punt in de axon binnen. Hierdoor is dat gedeelte tijdelijk positief geladen in verhouding tot nabijgelegen gebieden. De positieve ionen vloeien naar nabijgelegen gebieden. De positieve lading depolariseert het volgende gebied tot de threshold wordt bereikt en de natriumkanalen die in dit gebied opengaan. Hierdoor stromen de natriumionen het axon binnen en genereren een AP. Het potentiaal verplaatst zich op deze manier over de axon.
Om het proces te versnellen, hebben de axonen myeline schachten bestaande uit vetten en proteïnen en het heeft een isolerende werking. De myeline schachten hebben kleine intervallen: nodes of Ranvier. Wanneer een actiepotentiaal plaatsvindt bij één van de nodes, komen natriumionen de axon binnen en verspreiden zich. De positieve ionen worden naar de volgende node of Ranvier geduwd, waar het actiepotentiaal opnieuw geregenereerd kan worden. Het actiepotentiaal springt als het ware van node naar node zoutgeleiging (saltatory conduction). Deze geleiding versnelt niet alleen het actiepotentiaal, maar het conserveert ook energie. Het actiepotentiaal neemt in tegenstelling tot EPSPs en IPSPs niet af naarmate het zich verplaatst en de geleiding gaat langzamer.
Synaptische transmissie
Informatie tussen neuronen wordt overgedragen via neurotransmitters: chemische stofjes die signalen kunnen doorgeven. Neurotransmitters zorgen ervoor dat poortjes opengaan waardoor ionen er doorheen kunnen.
Aan het einde van de axon worden vanuit de knopen neurotransmitters vrijgelaten. Deze neurotransmitters belanden in de synapsspleet. Hier kunnen zij binden aan de receptoren van de postsynaptische membraan en vanaf hier kunnen neurotransmitters EPSPs of IPSPs uitlokken.
- Kleine neurotransmitters kunnen worden samengesteld in het cytoplasma van de terminale knopen.
- Grote neurotransmitters (neuropeotides) worden samengesteld en verpakt in het cellichaam.
Exocytose
het proces van vrijlaten van neurotransmitters.
Wanneer het presynaptische membraan wordt gestimuleerd door een actiepotentiaal gaan er calciumkanalen open. Door de instroom van calcium versmelten de blaasjes die neurotransmitters bevatten met het membraan, waardoor de inhoud in de synaps terechtkomt. Na deze vrijlating binden neurotransmitters zich aan postsynaptische receptoren in het membraan.
Receptor subtypes
Het idee was dat er maar één type receptor voor elke neurotransmitter is, maar dit is niet het geval. De meeste neurotransmitters binden zich aan verschillende typen receptoren.
Receptor subtypes: de verschillende typen receptoren waaraan een neurotransmitter (een soort vb dopamine) zich kan binden. Elke neurotransmitters hebben hun eigen receptoren. De neurotransmitters hebben een ander effect op ieder subtype.
ionotrope receptoren:
open of sluiten meestal meteen, wat zorgt voor een onmiddellijk verandering postsynaptisch potentiaal. Stimuleren EPSP, afremmen IPSP. Vb: GABA- en glutamaatreceptoren. Zorgt voor hele snelle info overdracht. Gebruikt voor visie en spierbewegingen.
Metabotrope receptoren:
hebben langzamere en langer durende effecten. Ook zijn de effecten meer verspreid en gevarieerd. Denk aan effecten als: cel wordt gevoeliger voor bepaald signaal en metabotrope receptor communiceert met celkern die gaat meer receptoren maken neuron wordt gevoeliger of juist minder gevoelig voor bepaalde signalen vanwege het aantal receptoren.
Elk type metabotrope receptor is verbonden aan een kronkelend signaal proteïne. Het G-proteïne is verbonden aan een deel van het signaal proteïne. Nadat een neurotransmitter zich bindt aan een metabotrope receptor breekt een stuk G-proteïne af. Het onderdeel kan langs de oppervlakte aan de binnenkant van het membraan bewegen en zich binden aan een ionkanaal en hiermee EPSPs en IPSPs veroorzaken. Het kan ook de synthese van een chemische stof, de second messenger, in gang zetten. De tweede boodschapper verspreidt zich door het cytoplasma en kan de activiteiten van een neuron beïnvloeden.
Autoreceptoren:
een type metabotrope receptoren. Ze hebben twee bijzondere kenmerken:
* Ze binden zich aan de neurotransmittermoleculen van de eigen neuron en ze liggen op het presynaptische membraan (ipv postsynaptische membraan, wat de gebruikelijke plaats is voor receptoren).
* Ze houden bij hoeveel neurotransmittermoleculen er zijn vrijgelaten in de synaps en kunnen hierdoor meer of minder moleculen de synaps insturen, afhankelijk van het level.
Er zijn twee mechanismes die ingrijpen, zodat de neurotransmitter niet actief blijft in de synaps:
- Heropname: het grootste deel van de neurotransmitters worden meteen terug de presynaptysche terminale knopen ingetrokken, nadat ze zijn vrijgelaten. (Recyclen)
- Enzymatische afbraak: het afbreken van neurotransmitters in de synaps door enzymen. Terminale knopen recyclen neurotransmitters of het afgebroken materiaal dat wordt opgenomen door de terminale knopen.
hoofdgroep van neurotransmitters
Hoofdgroepen:
* Aminozuren: de bouwblokken van proteïne. Het zijn zuren die aminegroep bevatten (NH2). De meest bekende aminozuren neurotransmitters zijn: glutamaat, aspartaat, glycine en GABA. Glutamaat is de meest voorkomende stimulerende (excitatory) neurotransmitter en is veel betrokken bij algemene synaptische transmissie. GABA is de meest voorkomende remmende (inhibitory) neurotransmitter. GABA speelt ook een rol bij algemene synaptische transmissie en bij de vermindering van angst.
* Monoaminen: monoamine neurotransmitters zijn iets groter dan aminozuren en hebben verspreide effecten. Vier bekende monoaminen: dopamine, epinefrine, norepinefrine en serotonine.
* Acetylcholine: wordt gecreëerd door een azijnzuur en choline. Het is de neurotransmitter verbonden aan neuromusculaire knooppunten aan veel van de synapsen in het autonome zenuwstelsel en aan synapsen in delen van het centrale zenuwstelsel.
* Onconventionele neurotransmitters: gedragen zich anders dan andere neurotransmitters. Vb: oplosbare-gas neurotransmitter.
grote neurotransmitters
Neuropeptiden: de enige klasse aan grote moleculen neurotransmitters. Hieronder valt endorfine dat een pijnstillende werking heeft. Worden geproduceerd in de cellichamen
overige neurotransmitters
Purines: bevat adenosine
Gassen: stikstofoxide en mogelijk anderen. Stikstofoxide is de vreemdste transmitter. Het wordt vrijgelaten door veel kleine neuronen. Het zorgt ervoor dat er meer bloed stroomt naar een actief hersendeel.
