Funktion der Sinnesrezeptoren, Aktionspotenzial.

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Frank Hertz
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1 Funktion der Sinnesrezeptoren, Aktionspotenzial. den 17 November 2016 Dr. Emőke Bódis

2 Prüfungsfrage Ionenkanäle. Die Funktion und Klassifizierung der Sinnesrezeptoren. Die Phasen des Aktionspotenzials. Sie Veränderungen des Ionstromes und der Ionenleitfähigkeit während der verschiedenen Aktionspotenzialphasen. 2

3 Der Ursprung des Ruhemembranpotential Bernstein Kalium Hypothese Nernst - Gleichgewichtspotential (elektrochemische Potential) Donnan Gleichgewicht: die Membran ist undurchlässig für einige Komponenten (z. B. intrazelluläre Proteine). Goldman Hodkin - Katz Gleichung: Das Membranpotential ist das Ergebnis der "Kompromiss" zwischen den verschiedenen Gleichgewichtspotential, die jeweils durch die Membranpermeabilität und mit der absolute Konzentration der Ionen gewichtet ist. 3

4 Ruhe lonenkanäle Ruhe oder Unabhängige Kanäle (Passive oder leakage channels) Ionen versuchen durch die Membran (nach niedriger Koncentration) zu penetrieren. 4

5 Abhängige lonenkanäle Schließen und Öffnen ist durch A) spezifische Liganden B) Änderungen des Membranpotentials (spannungsabhängigen/spannungsgestreuterte z.b. K + und Na + Kanäle) 5

6 Ligandabhängige Ionenkanäle: Na-K ATPase Der passive Fluss (leaking) von Na + und K + wird durch die aktive Arbeit der Na-K-Pumpe hindern Beitrag zur Membranpotential 3 Na + gehen raus vs. 2 K + kommen rein (exchanger) ATP ist die Energiequelle 6

7 Spannungsabhängige Ionenkanäle 7

8 Kaliumkanal Ca 2+ -aktivierte Kanal (K Ca ) G-protein-aktivierte Kanal (K IR ) Mechanisch aktivierte Kanal Tandem pore domain potassium channel leak channel (K 2p ) spannungsgestreuterte Kanal (K V ) Islas LD, Sigworth FJ. Voltage sensitivity and gating charge in Shaker and Shab family potassium channels. J Gen Physiol Nov;114(5):

9 K + Kanal (PDB: 1K4C) Filter region Membran Gate Zellinnere

10 K + channel (PDB: 1K4C) O 2 K +

11 Sodium channels Ligand gated sodium channels Voltage gated (sensitive, dependent) sodium channels contains a voltage sensor Sensitive (dependent) to voltage changes in the membrane potential Planells-Cases R, Caprini M, Zhang J, Rockenstein EM, Rivera RR, Murre C, Masliah E, Montal M. Neuronal death and perinatal lethality in voltage-gated sodium channel alpha(ii)-deficient Bernstein,J.(1902).Untersuchungen mice. Biophys 2000 Jun;78(6): zur Thermodynamik der bioelektrischen Strome. Pflugers Arch.ges. Physiol. 92,

12 Sensory receptors Special type of cells which can collect and transfer different informations from the environment. Function: translation, stimulus to nerve-impulse à signal processing. stimulus: (physico-chemical) effect from the environment metabolic changes inside the cells induced by a stimulus. sensation: will involve the work of the central nervous system. 12

13 Klassifizierung der Sinnesrezeptoren Typ der Anregung Photorezeptoren (Licht) Thermorezeptoren (Temperature) Mechanorezeptoren (Druck) Lokalisation der Rezeptoren Ohr, Auge Die Quelle der Informationen Exterozeptoren (Informationen aus der Umgebung) Interozeptoren (Informationen aus dem Körper) Propriozeptoren (Position des verschiedenen Körperteil)

14 Sinnesrezeptoren 14

15 Aktionpotenzial Es kann auf der Membran von Nervenzellen oder Muskelzellen entwickelt werden Typisch für einen gegebenen Zelltyp Erforderlich über dem Stimulationsschwellenspannung 15

16 Aktionspotenzial Aktionspotential : eine momentane Umkehrung des Membranpotentials (- 65 mv bis +40 mv) wird verletzt werden, gefolgt von der Wiederherstellung der ursprünglichen Membranpotential nach einer bestimmten Zeitperiode (1-400 ms). Aktionspotentiale geschieht in verschiedenen Phasen Aktionspotentiale werden durch die Depolarisation der Membran ausgelöst, wenn sie einen kritischen Wert (Spannungsschwelle ) erreichen kann. Aktionspotentiale sind "alles oder nichts" Phänomene Jede Stimulation über der Schwellenspannung führt zu der gleichen Aktionspotentialantwort Jede Stimulation unterhalb der Schwellenspannung wird nicht Aktionspotential Reaktion zur Folge haben. 16

17 0. Ruhe phase Ruhemembranpotenzial 17

18 1. Depolarizationsphase 1. Die spannungsgesteuerten Na + Kanäle öffnen, wenn die Schwellenspannung durch den Reiz erreicht wurde. Na + geht rein in die Zelle. die innere Oberfläche der Zellen werden positiv geladen 18

19 3. Überschuss (overshoot) Die Bewegung des Na + wird sich verlangsamen Na + = 45,1 mv (Nernst - Potential Gleichgewicht) Na + Kanäle beginnt eine inaktive Konformation aufzunehmen K + Kanäle beginnen sich zu öffnen, 19

20 4. Repolarisationsphase Alle spannungsgesteuerten K + Kanäle sind offen K + bewegen aus der Zelle heraus Na + Kanäle sind geschlossen (Inaktivierung) Refraktärzeit 20

21 5. Hyperpolarisationsphase (undershoot phase) Die Bewegung der K + -Ionen wird sich verlangsamen K + = -101,2 mv (Nernst - Equilibrium Potential) Die K + Kanäle werden in die geschlossene Konformation erhalten Die zahlreichen und langsam Inaktivierende K + Kanäle werden Hyperpolarisation verursachen 21

22 6. Ruhe Phase Na-K-ATPase stellen Sie den Ruhepotential zurück, aber nicht sofort 22

23 23

24 Refraktärphase Absolute Refaktärphase Die Bildung der neuen AP ist völlig blockiert. Relative Refaktärphase Depolarisation größer ist als der Schwellenwert benötigt, um einen AP zu initialisieren 24

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