Ch 3: Voltage-dependent

Long-Distance Signaling by Means of Action Potentials (8 stappen)

1. Een depolariserende stimulus (in een neuron) —>

2. lokale depolarisatie —>

3. Opent de Na+-kanalen op die plek —>

4. instroom van natriumionen —>

5. membraanpotentiaal bereikt een positieve waarde ==> actiepotentiaal —>

6. zorgt voor een passieve stroom naast het lokale gebied

7. Na+-kanalen gaan in de naastliggende delen ook open

8. etc.

refractaire periode

Na een actiepotentiaal is een neuron tijdelijk niet meer gevoelig voor signalen

• De tijd die nodig is om de K+-conductie uit te schakelen

• De aanwezigheid van de Na+-conductie inactivatie

De refractaire periode zorgt ervoor dat signalen slechts in één richting worden doorgegeven langs het axon, naar de synaptiche terminals

conduction velocity

de tijd die nodig is voor elektrische informatie om zich te verplaatsen van een plek naar een andere plek in het neuron

conduction velocity versnellen

• de diameter te vergroten voor passieve stroom (zodat weerstand kleiner wordt)

• myelineschede toevoegen (om lek te verminderen van ionen).

Wat is de voltage clamp methode?

een techniek dat onderzoekers in staat stelden om het membraanpotentiaal te beïnvloeden en tegelijkertijd onderliggende permeabiliteitsveranderingen te meten

• mbv een electrode in de cel (meestal axon) wordt het membraanpotentiaal berekend

• electorde is verbonden aan voltage clamp versterker; deze vergelijkt membraanpotentiaal met gewenste waarde

Ion channels (5)

• Leak (passive)

• Ligand gated

• Mechanically gated

• Temperature, PH etc.

• Voltage gated

Tetrodotoxin (TTX)

the most selective Na+ channel blocker (created by f.e. puffer fish)

Lidocaine:

Na+ channels into inactivation (blocking the impulses)

TTX + lidocaine

with these you can isolate the potassium currents (K+)

Late vs. vroege stroom

• late troom (K+)
  Groter bij depolarisatie
  Altijd outward (naar buiten)

• Vroege stroom (Na+)
  Eerst Na+ naar binnen (stroom groter)
  Dan kleiner (0 bij + 55 mV)
  Daarna outward current (want het gaat E_NA voorbij)

• oftwel, eerst vroege influx Na+, dan vertraagde efflux k+

TEA-Cl

with this you can isloate Na+ currents

passive depolarization/local current flow

• When an action potential is initiated, voltage-gated Na+ channels at one region of the membrane open, causing Na+ to rapidly enter the cell.

• This influx of positive charge depolarizes that part of the membrane.

• The positive charge then spreads passively through the inside of the axon to adjacent regions.

• (If the neighboring membrane reaches hreshold, its voltage-gated Na+ channels open as well, generating a new action potential in that segment of the axon)

The velocity is mostly

• Diameter dependent

• Myelination dependent

Myelin acts as an electrical insulator around the axon and changes the passive electrical properties of the membrane. The two main effects are:

1. Membrane resistande (R) increases --> less current leaks out through the membrane.

2. Membrane capacitance (C) decreases --> the membrane charges and depolarizes faster.
   - The capacitance decreases because myelin adds many membrane layers, increasing the distance between charges, similar to a thicker capacitor.

saltatory conduction

de manier waarop een actiepotentiaal zich met hoge snelheid voortbeweegt langs een gemyeliniseerd axon

• De capaciteit neemt af omdat myeline veel membraanlagen toevoegt, waardoor de afstand tussen de ladingen groter wordt, vergelijkbaar met een dikkere condensator.

• Omdat er minder lading nodig is om de membraanspanning te veranderen, verspreidt de depolarisatie zich sneller langs het axon.

• De passieve stroom kan daardoor verder en sneller reizen tussen de knopen van Ranvier.

• As a result:
  - Action potentials only need to be regenerated at the nodes
  - Conduction becomes much faster and more energy efficient

Multiple sclerosis (MS)

leads to degeneration of myelin, which results in exposed axons.

• When axons are exposed for too long, they can start degenerating as well.

• Demyelination slows or blocks action potential propagation.