bİyofİzİk - esaglikonline.comesaglikonline.com/e-saglik online/karma...

BİYOFİZİK

Doç. Dr. Mete ÖZCAN

“Canlı varlıkların incelenmesinde fiziğin uygulanmasıyla ortaya çıkan bilim dalıdır.“

İbn-i Sina (980-1037), Galileo Galilei (1564-1642) sarkaç ve termometre Luigi Galvani (1737-1798) biyoelektrik (animal electricity) Jean-Leonard-Poiseuille (1797-1869) kan viskos akış yasaları Adolf Fick (1829-1901), difüzyon yasaları Herman Ludwig Ferdinand von Helmholtz (1821-1894) Sinirde iletim hızı,

renkli görme ve işitme teorileri

1930’ larda bazı biyolojik olayları açıklamak için biyokimya ile fizyoloji de yetersiz kalınca fizik kullanılmaya başlanmış ve biyofizik doğmuştur.

BİYOFİZİK

Moleküler biyofizik: Biyolojik moleküllerin özellikle biyopolimerlerin fizikokimyasal özelliklerini inceler.– Protein yapılarının belirlenmesi – DNA-protein etkileşimi

Hücre biyofiziği: Hücre ve dokuların yapı ve fonksiyonlarını ilgilenir. – Hücre zarının yapı ve özellikleri, hücre zarından taşıma– Elektriksel sinyallerin (aksiyon potansiyeli) oluşması ve yayılması

Sistemler biyofiziği: Fizyolojik sistemlerin çalışma prensiplerini fiziksel ve matematik modellerle açıklamaya çalışır.– Fizyolojik mekanizmaların modellenmesi– Doku ve biyomedikal mühendislik– Biyomekanik ve akışkanlar bilimi

.

.

Sistemler oluşturmak için moleküller birbirleriyle bağlanırlar:

1- Kuvvetli Bağ (>> 2.5 kJ/mol)

2- Zayıf Bağ (2.5 kJ/mol)

Molekül İçi ve Moleküllerarası Bağlar

Bağlar:

1. Kovalent bağlar 2. İyonik bağlar 3. Hidrojen bağları 4. Van der Waals bağları

Bağ Gücü Özellikleri

İyonik Kuvvetli Zıt yüklü iyonize gruplar arasındaki çekim.

Kovalent Çok kuvvetli Atomlar arasında paylaşılan elektronlar.

Hidrojen Zayıf Hidrojen ve oksijenin polarize bağları arasındaki çekim.

Van der Waals

Çok zayıf Çok yakın moleküller ve gruplar arasındaki çekim

Termodinamik KanunlarıTermodinamik Kanunları

Q= dU+ W (Termodinamiğin I. Kanunu)

• Sbt basınç altında • H= U+PV W /Q= (T2-T1)/T2 (Termodinamiğin II. Kanunu)

• dS= Q/T (Tersinir süreçlerde entropi)

• dS Q/T (Tersinmez süreçlerde entropi)

• G= U+PV-TS (Gibbs Serbest Enerjisi)

Hücre, hayatın yapısal ve fonksiyonel ünitesiHücre, hayatın yapısal ve fonksiyonel ünitesi

Lipit , protein ve korbanohidratlardan meydana gelmiştir. Çift lipid tabakasından oluşmuştur (her biri 45 A° ).

Seçici geçirgen özellikte özel bir yapısı vardır. Kalınlığı; 6 - 10 nm, Kapasitansı; 0.5 - 1.3 µF/cm2, Direnci; 102 - 105 Ohm x cm2, Bozulma Potansiyeli; 100 - 150 Mv, Su Geçirgenliği; (0.4 - 400) x 10-6 m/s, Yüzey Gerilimi; 0.03 - 0.1 N/m’ dir.

Hücre Zarı

Polar (Kutuplu) Maddeler = HidrofilikPolar Olmayan (Kutupsuz) Maddeler = Hidrofobik

Fosfolipid = Fosfat + LipidBaş Bölgesi Kuyruk BölgesiPolar Non-PolarHidrofilik Hidrofobik

hidrofobik ucu içte, suda eriyen kısmı (hidrofil) dışa bakar

Hücre Zarı

PolarHidrofilik Baş bölgesi

Non-polarHidrofobik Kuyruk bölgesi

Hücre Zarı

Fosfolipid Topluluğu Sulu Ortamda ;-Misel-Bilayer = Double Layer

11

Bir madde; Ya akıcı, hareketli, kararsız,Ya da düzenli, kristalize, yüksek organizasyonlu

Hücre membranının bilayer tabakası : İkisi de.

Zar proteinleri 1) Lipid tabakasındaki integral proteinler zarı boydan boya kat ederler

1. Taşıma görevi: Hücre zarından iç tarafa veya dış tarafa doğru bazı maddelerin taşınmasını sağlayan iyon kanalları ve aktif transporterlar

2. Sentezleme görevi: membran lipitinin ve diğer maddelerin sentezini3. Reseptör görevi: hormon ve nörotransmitterle bağlanıp etkilere neden olur

2) periferik proteinler: zarın bir yüzeyinde (enzim olarak)

Singer ve Nicholson’un akışkan mozayik modeli (1972)Bilayer tabaka üzerindeki mozayikler = Proteinler

Extrasellüler Sıvı

Kolesterol

Stoplazma

Glikolipid

TransmembraneproteinlerPeriferal

protein

Glikoprotein

Fosfolipitler

Outside

Plasmamembrane

InsideTransporter Cell surface

receptorEnzymeactivity

Cell surface identity marker

Attachment to thecytoskeleton

Cell adhesion

Sorusu olan?

HÜCRE MEMBRANINDAN HÜCRE MEMBRANINDAN GEÇİŞGEÇİŞ

(TRANSPORT) (TRANSPORT)

16

Eğer iki ortamı birbirinden ayıran bir bariyer varsa, bir ortamdan diğerine madde akışı olabilmesi için, iki ortam arasında POTANSİYEL ENERJİ FARKI bulunmak zorundadır.

Biyolojik ortamlar arasındaki olası potansiyel enerji farkı kaynakları:1. Kimyasal Potansiyel Enerji = Konsantrasyon Farkı (Gradienti)2. Hidrostatik Basınç Farkı3. Elektriksel Potansiyel Enerji4. Termal Enerji

17

Hücre Zarının Farklı Maddelere Olan Geçirgenliğinin Sınıflandırılması

1. Çok Kolay Geçenler : Su2. Kolay Geçenler :

a) Oksijen, Azot, Karbondioksit gibi gazlarb) Alkol, Eter, Kloroform gibi yağda çözünebilen maddeler

3. Zor Geçenler : Glukoz, Aminoasitler, Gliserol, Yağ Asitleri4. Çok Zor Geçenler :

a) İnorganik tuzlarb) Her türlü asidik ve alkali maddelerc) Sakkaroz, Maltoz, Laktoz gibi disakkaritler

5. Hiç Geçmeyenler : Proteinler, Polisakkaritler, Fosfolipidler

Difüzyon› Basit difüzyon› Kolaylaştırılmış difüzyon

Ozmoz: suyun geçişi

Aktif taşıma› Primer aktif taşıma› Sekonder aktif taşıma

Madde ve Suyun Hücre Zarından Geçişleri İhtiyaç duyulan maddelerin hücreye alınması, metabolitlerin ve hücrede sentezlenen

ürünlerin hücre dışına atılmasını sağlayan mekanizmalar:

Yüksek

Düşük

Weeee!!!

Bu iş zor olacak!!!

Yüksek

Düşük

Madde ve Suyun Hücre Zarından Geçişleri

Moleküllerinin gelişi güzel hareketler yaparak yayılmasıdır.

Difüzyon ortamda molekül yoğunluğu eşitleninceye kadar devam eder.

İyonlar kendi kinetik enerjileri ile zardan her iki yöne doğru geçer ama net hareket çok yoğun ortamdan az yoğun ortama doğru olur.

Hücre zarında difüzyon, aynı molekülün sudaki difüzyonundan çok daha yavaştır

Membranda difüzyonu sınırlayan faktör lipid çift tabakadır Lipitte daha iyi eriyen bir madde hücre zarından daha

kolay geçer.

Basit Difüzyon

Düfüzyon hızı nelere bağlıdır?

Kinetik hareketin hızına o Sıcaklığa, yayınım hızı sıcaklıkla artaro Taneciklerin büyüklüğüne, küçük

tanecikler daha hızlı yayılır

Çözeltinin derişim farkına

Zarda iyon ve moleküllerin hareket edebilecekleri delikçik (por) sayısına

Yüzey alanına

Basit Difüzyon

Fick yasası, difüzyonu matematiksel olarak tanımlar. Madde akışının konsantrasyon gradienti ile doğru orantılı olduğunu anlatır.

Fick’in 1. Yasası

Kararlı-durum difüzyon şartlarında yani, difüzyonun meydana geldiği ortamda konsantrasyon zamanla değişmediği şartlarda geçerlidir.

Fick’in 2. Yasası Kararsız-durum difüzyon şartlarında yani, difüzyonun meydana geldiği ortamda

konsantrasyon zamanla değiştiği şartlarda geçerlidir.

Fick Yasası:

Adolf Eugen Fick (1829-1901)

Maddelerin taşıyıcı bir molekül yardımıyla zardan karşı tarafa geçişine denir. › Akım çok yoğun ortamdan az yoğun ortama doğrudur.

iki taraf konsantrasyonu eşitlendiğinde akım durur› Enerji gerektirmez

En güzel örnek glikozdur

Yüksek

Düşük

Kolaylaştırılmış Difüzyon:

İyon Kanallarından İyon Akışı:

Su moleküllerinin yarı geçirgen zardan yoğun ortama geçişine ozmoz denir

Geçiş iki taraf arası osmolarite farkına göredir› su, osmolaritesi düşük olan bölgeden yüksek osmolariteye sahip tarafa

geçer› Su geçişi, zarın iki tarafında ozmotik basıncı eşitleninceye kadar devam

eder.

Ozmoz: Suyun Difüzyonu

Bir solüsyonun ozmotik basıncı: Saf su ile yanyana konduğunda, su difüzyonunu önleyebilmek için uygulanması

gereken basınca o solusyonun ozmotik basıncı denir › osmotik basıncı arttıkça osmolarite de artar, su konsantrasyonu düşer

› P= T .n. c.R› T; Mutlak Sıcaklık› n; Dissosiye olabilen partikül sayısı› C; Konsantrasyon› R; ideal gaz sabiti (0.082 atm l/K mol)

Çok yoğun Saf su Eşit yoğunlukta Çok yoğun Saf su

Konsantrasyon gradyentine zıt yönde bir taşınım söz konusudur Enerji gerektiren bir olaydır Na, K, Ca, glikoz, aminoasitler çoğu kez etkin taşınımla taşınırlar

Aktif Taşıma:

Birincil Aktif Taşıma Taşıyıcı protein ATP’yi doğrudan yıkarak kendini fosforilleyen bir ATPaz’dır.

Na+-K+ ATPaz Ca2+ ATPaz H+ ATPaz H+-K+ ATPaz

Aktif Taşıma:

Binding of cytoplasmic Na+ to the pump protein stimulates phosphorylation by ATP.

1

2

3

4

Phosphorylation causes the protein to change its shape.

The shape change expels Na+ to the outside, and extracellular K+ binds.

5

Loss of phosphate restores the original conformation of the pump protein.

K+ binding triggers release of the phosphate group.

6K+ is released and Na+ sites are ready to bind Na+ again; the cycle repeats.

Concentration gradients of K+ and Na+

Extracellular fluid

Cytoplasm

İkincil Aktif Taşıma Enerji olarak doğrudan ATP değil, iyon konsantrasyon gradyentini kullanılır Taşıyıcı protein üzerinde asıl taşınacak madde haricinde bir de enerjiyi sağlayacak

olan iyonu bağlayan bölge vardır bu iyon genellikle sodyumdur

Örn. barsak epitel hücreleri ve böbrek tubül hücreleri zarından glukozun yokuş yukarı transportu

Na+ gradyanı ikinci bir iyonun aktif transportu için itici kuvvet olarak kullanılır.

Aktif Taşıma:

Sekonder Aktif Taşıma

Sekonder aktif transport ile taşınan madde sodyum iyonları ile aynı yönde taşınıyorsa simport (sodyum co-transportu),

Ters yönde taşınıyorsa antiport (sodyum counter-transportu) olarak anılır

Aktif Taşıma:

Sorusu olan?

Hücrede İyon Konsantrasyonu

CYTOSOL EXTRACELLULARFLUID

[Na+]14 mM

[K+]140 mM

[Cl–]10 mM

[A–]100 mM

[Na+]142 mM

[K+]4 mM

[Cl–]120 mM

–

–

–

–

–

+

+

+

+

+

Plasmamembrane

1. Most cells have a difference in voltage across cell membrane such that inside is negative relative to outside

2. Moreover, there are differences in concentrations of Na+ and K+

across cell membranes…

… because of the Na+/K+ pump; see Fig. 7.16

3. Therefore, at rest, the membrane has a low conductance to Na+ and K+ but a large electrical and chemical gradient for Na+

2. Ayrıca hücre içi ile dışı arasında Na+ ve K+

konsantrasyon farkı bulunur

Na-K pompasından dolayı

1. Hücrelerin içi dışına göre negatif

3. Bu nedenlerle dinlenim durumunda zarın Na+ ve K+‘a geçirgenliği düşük,

fakat büyük bir elektriksel ve kimyasal gradyent bulunur

Zarı geçemeyen anyonlardan dolayı

Memeli Nöronlarıda İyon Gradyantı:

K+’a seçici geçirgen olan zardan difüzyon potansiyeli oluşumu için

iki şart vardır:

1. Konsantrasyon farkı olmalı2. Söz konusu iyona karşı yapay zarın

geçirgen olması

Yandaki şekildeki deneyde oluşan difüzyon potansiyeli:= -92.4 mV

Difüzyonun Oluşturduğu Zar Potansiyeli:

Sızntı K+ kanalları vasıtasıyla K+ (hücre dışı) difüze olur. K+ kaybı plazma membranın iç yüzünü negatif yapar.

Hücre içi ile hücre dışı arasında K+ geçişi eşit olduğu zaman İMP meydana gelir

Hücrenin iç yüzeyinin negatif olması K+ hücre içine doğru hareketine neden olur

Zar sadece K+‘a çok geçirgen olduğunda:

K+ hücre dışına çıkmasıyla zarın dış yüzü pozitif olur

Dışarıya difüzyona uğrayamayan, negatif anyonlar, zarın iç yüzünü negatif yapar

Fakat [K+] difüzyonu başladıktan 1 ms sonra gelişen bu potansiyel fark, K+ konsantrasyon gradyanına rağmen, K+‘un daha fazla dışarıya difüzyonunu durduracak düzeye (yaklaşık -94 mV; lifin içi negatif) yükselir.

K+ geçirgen olduğu ilk durumda kuvvetler

K+ geçirgen olduğu ilk durumda net kuvvet

K+ geçirgen olduğunda dengeye ulaşıldığı durumda kuvvetler

-94 mV

Hücre içi Hücre içi Hücre içi

Difüzyonun Oluşturduğu Zar Potansiyeli:

• Zarın dinlenim potansiyeli oluşum nedenleri:– Bu Na+, K+, Cl ve protein anyonların (A) hücre içi ve dışı arasında farklı

konsantrasyonda bulunmasından kaynaklanır– Ayrıca Na+, K+, Cl karşı hücre zarının geçirgen olmasından

Dinlenim Zar Potansiyeli:

Gibbs-Donnan Dengesi

Gibbs-Donnan Dengesi

Gibbs-Donnan DengesiNernst Denge Denkleminin özel bir durumudur. Ortamlardan birisinde membranı kesinlikle geçemeyecek bir maddenin bulunması halinde, iki iyon arasındaki dengenin sağlanabilmesi için gerekli iç ve dış konsantrasyonları hesaplamak için kullanılır.

[Cl-]dış

=[K+]iç

[K+]dış [Cl-]iç

Gibbs-Donnan DengesiElektriksel potansiyel fark 0 mV

Elektriksel potansiyel fark (Donnan potansiyeli) 18.4 mV

Sorusu olan?

A ve B ortamları yarı geçirgen bir zar ile ayrılmış yarı geçirgen zar Na+, Cl- ve suya geçirgen fakat makromoleküllere (anyonlar, Y) geçirgen değildir.

Denge durumunda verilmeyen B ortamındaki makromolekül (anyon protein, Y) Cl konsantrasyonu ne olur?

Örnek Problem Denge durumunda

A ortamı B ortamı

Na+=60 mMCl-=60 mM

Na+=90 mMCl-=? mMY-=? mM

Denge durumunda

A ortamı ortamı

Na+=60 mMCl-=60 mM

Na+=90 mMCl-=40 mMY-=50 mM

(Na+ )A (Cl- )A = (Na+ )B (Cl- )B

60 x 60=90 x X3600= 90X X= 3600/90= 40

Denge durumunda her iki ortamda da anyonlar (-), katyonlara (+) eşit olacağından:A ortamında:

Anyon = Katyon60mM Cl=60mM Na

B ortamında: Anyon = Katyon40 mM Cl + …mM Y =90mM NaY= 50 mM olması gerekir.

Küçük iyonları geçiren (Na+, Cl-) ancak iri anyonları geçirmeyen (A-) bir zar iki kompartımanı ayırıyor. Başlangıçta A ortamında NaA çözeltisi B ortamında ise NaCl çözeltisi vardır. Sistem dengede iken (Donnan dengesi) A ve B ortamındaki konsantrasyonlar şekildeki gibidir

Örnek Problem

Denge durumunda

A ortamı B ortamı

Na+=0.326 mol/lCl-= =0.06 mol/lA-=0.266 mol/l

Na+ =0.14 mol/lCl-=0.14 mol/l

A-= 0

Denge durumunda

A ortamı B ortamı

Na+=0.326 mol/lCl-= =? mol/l

A-=? mol/l

Na+ =? mol/lCl-=0.14 mol/l

A-= 0

NaB X ClB = NaA X ClA

0.14 X 0.14 =0.326 X ClA

ClA = 0.06 mol/l

A- = 0.326-0.06 = 0.266 mol/l

Zarın iki tarafı arasındaki potansiyel farkı, bir iyonun zardan bir yönde net difüzyonunu önleyecek düzeyine o iyon için Nernst potansiyeli dir. Dinlenim durumunda hücre içi zarı geçemeyen anyonlardan dolayı negatiftir.

Nernst denklemiyle tek değerlikli tek bir iyonun denge potansiyeli hesaplanır;

Zarın dışındaki potansiyel sıfır olarak kabul edilir ve

hesaplanan Nernst potansiyeli zarın içindeki potansiyeldir.

T: Kelvin cinsinden sıcaklık (0 oC=273 oK; 37 oC=310 oK (=273+37=310); R: Gaz sabitesi (8.3)z: iyonun valansı (değerliliği), K+ Na+ ve Cl- için 1, Ca++ için 2F: Faraday sayısı (96500)

iç

Dııion iyon

iyon

zF

RTVEMF ln)(

iç

Dııion iyon

iyon

zF

RTVEMF ln)(

Difüzyon potansiyeli

T: Kelvin cinsinden sıcaklık (0 oC=273 oK; 37 oC=310 oK (=273+37=310); R: Gaz sabitesi (8.3)z: iyonun valansı (değerliliği), K+ Na+ ve Cl- için 1, Ca++ için 2F: Faraday sayısı (96500)

Hücre elektroniği

İç

Dııion iyon

iyon

x

xV

][

][ln

965001

))]273(37(3.8[

iç

Dııion iyon

iyonVV log061.0)(

Formüldeki :

negatif bir iyon için negatif (-),

pozitif bir iyon için pozitif (+) dır.

Potasyum difüzyonun katkısı. K+ sızma kanallarından K+ difüzyonuyla K için nernst potansiyeli, -94 mV, tek faktör potasyum iyonları olsaydı, dinlenim potansiyeli, -94

mV olacaktı Sodyum difüzyonunun katkısı. Na+ sızma kanallarından difüzyonuyla,

Na için Nernst potansiyeli +61 mV. bir sinir lifinde zarın K+’a geçirgenliği Na+’a göre 100 kat daha

fazladır. Goldman eşitliğine göre -86 mV olurdu.

Na+-K+ pompasının katkısı. 2 K+’a membranın içine 3 Na+ zarın dışına devamlı pompalanır. Elektrojenik olduğundan dolayı hücre içi pozitif yüklerin kaybına

neden olur. Bu durum yaklaşık -4 mV etkisi olur.

Bu üç faktörün eş zamanlı katkısıyla -90 mV olur.

EK ENa

-94 +30-90 -60 -30 0

Vm

+61-86

PK =1 PNa=0,04

Difüzyon potansiyeli Hücre elektroniği

EK ENa

-94 0

Vm

+61+47

PK =1 PNa=20

Bir iyona karşı geçirgenlik zar potansiyelini bu iyonun denge potansiyeline doğru kaydırır Ama diğer iyonların geçirgenlikleri buna engel olacaktır

Difüzyon potansiyeli Hücre elektroniği

İstirahat Membran Potansiyeli

http://www.nernstgoldman.physiology.arizona.edu/

Zarın bir noktasında 1 ms kadar süren bu potansiyel değişikliğinden sonra, zar bu bölgede dinlenim durumuna dönerken, potansiyel değişikliği zar boyunca yayılır Lif boyunca iletilen bu potansiyel değişikliğine aksiyon potansiyeli denir.

Nöronlarda sinyaller aksiyon potansiyeli ile iletilir.

Aksiyon potansiyeli

54

Canlı organizmalarda bilgi ve komut iletimi:1. Nöronal (Sinirsel)2. Endokrin (Hormonal)

Nöron (Sinir Hücresi) : Canlı organizmalarda bilgi ve komut iletimi için özelleşmiş (aksiyon potansiyeli taşıyan) biyolojik kablodur.

Aksiyon Potansiyeli;

1. Uyarılabilir hücrelerin en temel elektriksel

aktivitesidir.

2. Çok hücreli organizmalarda bilgi ve komut

iletiminin en temel öğesidir.

3. Her türlü fiziksel ve kimyasal aktivitenin

temelini oluşturur.

56

- 90 mV

- 80 mV

- 70 mV

- 60 mV

- 50 mV

- 40 mV

- 30 mV

- 20 mV

- 10 mV

0 mV

10 mV

20 mV

30 mV

40 mV

İstirahat Potansiyeli (E r)

Uyarılma Eşiği (E th)

MembranPotansiyeli

AKSİYON POTANSİYELİNİN EVRELERİ-1 : İSTİRAHAT DÖNEMİ

Hücre henüz istirahat halinde.Kendisini uyaracak bir uyaran bekliyor.Membran potansiyeli -60 mV ile -90 mV arası bir değere sahip.

57

- 90 mV

- 80 mV

- 70 mV

- 60 mV

- 50 mV

- 40 mV

- 30 mV

- 20 mV

- 10 mV

0 mV

10 mV

20 mV

30 mV

40 mV



MembranPotansiyeli

Uyarı

AKSİYON POTANSİYELİNİN EVRELERİ-2 : UYARI ANIBeklenen uyarı nihayet geldi.Hücre depolarize olmaya başlayacak.

58

- 90 mV

- 80 mV

- 70 mV

- 60 mV

- 50 mV

- 40 mV

- 30 mV

- 20 mV

- 10 mV

0 mV

10 mV

20 mV

30 mV

40 mV



MembranPotansiyeli

Uyarı

AKSİYON POTANSİYELİNİN EVRELERİ-3 : UYARILMA EVRESİUyaranın akım şiddeti ve uygulanma süresi yeterli,Hücre uyarılma eşiğine kadar depolarize oldu,Artık aksiyon potansiyeli başlayabilir.

59

- 90 mV

- 80 mV

- 70 mV

- 60 mV

- 50 mV

- 40 mV

- 30 mV

- 20 mV

- 10 mV

0 mV

10 mV

20 mV

30 mV

40 mV



MembranPotansiyeli

Uyarı

Zirve (Uç = Peak) Pot. (E p)

AKSİYON POTANSİYELİNİN EVRELERİ-4 : DEPOLARİZASYON EVRESİ

Hızlı Depolarizasyon Evresi de denir. Genellikle 1 ms’den kısa sürer.Bu dönemde bir (+) feed-back ortaya çıkar.(Membran potansiyeli depolarize olur, bu durum Na+ geçirgenliğini artırır,bu durum membran potansiyelini daha da depolarize eder ...... )Bu dönemde Na+’a olan geçirgenlik 200 katına çıkar.(gNa / gK oranı 1/20’den 10’a çıkar)

60

- 90 mV

- 80 mV

- 70 mV

- 60 mV

- 50 mV

- 40 mV

- 30 mV

- 20 mV

- 10 mV

0 mV

10 mV

20 mV

30 mV

40 mV



MembranPotansiyeli

Uyarı


AKSİYON POTANSİYELİNİN EVRELERİ-5 : ZİRVE (UÇ = PEAK) ANI

Hücrenin sahip olabileceği en depolarize durumdur.Membran potansiyeli polarite değiştirerek (+) hale gelmiştir.Bazı hücrelerde +80 mV’a kadar ulaşabilir.

Depolarizasyon süreci neden ve hangi mekanizmayla durdu ?

61

- 90 mV

- 80 mV

- 70 mV

- 60 mV

- 50 mV

- 40 mV

- 30 mV

- 20 mV

- 10 mV

0 mV

10 mV

20 mV

30 mV

40 mV



MembranPotansiyeli

Uyarı


AKSİYON POTANSİYELİNİN EVRELERİ-6 : REPOLARİZASYON EVRESİ

Na+’a olan geçirgenlik hızla normale dönerken,bu kez K+’a olan geçirgenlik artar.Bu durumda dışarı akan K+ iyonları hücrenin hızla repolarize olmasına nedenolur.

62

- 90 mV

- 80 mV

- 70 mV

- 60 mV

- 50 mV

- 40 mV

- 30 mV

- 20 mV

- 10 mV

0 mV

10 mV

20 mV

30 mV

40 mV



MembranPotansiyeli

Uyarı


AKSİYON POTANSİYELİNİN EVRELERİ-7 : Depolarize Edici Ard Pot. Evresi

Uyarılabilirlik (yeni bir aksiyon potansiyeli başlatma),isitirahat halindeki bir hücreden bile daha kolaydır.Her hücrede görülmesi zorunlu değildir, bazı hücrelerin aksiyonpotansiyelinde rastlanmaz.Genellikle 40-100 ms kadar sürer.

63

- 90 mV

- 80 mV

- 70 mV

- 60 mV

- 50 mV

- 40 mV

- 30 mV

- 20 mV

- 10 mV

0 mV

10 mV

20 mV

30 mV

40 mV



MembranPotansiyeli

Uyarı


AKSİYON POTANSİYELİNİN EVRELERİ-8 : Hiperpolarize Edici Ard Pot. Evr.

Uyarılabilirlik (yeni bir aksiyon potansiyeli başlatma), zorlaşmıştır.Her hücrede görülmesi zorunlu değildir, bazı hücrelerin aksiyonpotansiyelinde rastlanmaz.Genellikle dakikalarca sürer.

64

- 90 mV

- 80 mV

- 70 mV

- 60 mV

- 50 mV

- 40 mV

- 30 mV

- 20 mV

- 10 mV

0 mV

10 mV

20 mV

30 mV

40 mV



MembranPotansiyeli

Uyarı


AKSİYON POTANSİYELİNİN EVRELERİ-9 : İSTİRAHAT DÖNEMİ

Normale dönüş...Ohh... Bu aksiyon potansiyeli de bitti.

65

MİKROELEKTROT KAYIT TEKNİĞİ

Elektrot uç bölgesi çapı = 0.5 µm

66

- 100 mV

- 90 mV

- 80 mV

- 70 mV

- 60 mV

- 50 mV

- 40 mV

- 30 mV

- 20 mV

- 10 mV

0 mV

10 mV

20 mV

30 mV

40 mV

İstirahat Membran Potansiyeli (E r)


MembranPotansiyeli

67

- 100 mV

- 90 mV

- 80 mV

- 70 mV

- 60 mV

- 50 mV

- 40 mV

- 30 mV

- 20 mV

- 10 mV

0 mV

10 mV

20 mV

30 mV

40 mV



}DEPOLARİZASYON

MembranPotansiyeli

Bir hücreyi depolarize eden her türlü etmene Uyaran (Stimulatör),Depolarize olmuş hücreye deUyarılmış (Stimule olmuş) denir.

68

- 100 mV

- 90 mV

- 80 mV

- 70 mV

- 60 mV

- 50 mV

- 40 mV

- 30 mV

- 20 mV

- 10 mV

0 mV

10 mV

20 mV

30 mV

40 mV



}}

DEPOLARİZASYON

HİPERPOLARİZASYON

MembranPotansiyeli

Bir hücreyi depolarize eden her türlü etmene Uyaran (Stimulatör),Depolarize olmuş hücreye deUyarılmış (Stimule olmuş) denir.

Bir hücreyi hiperpolarize eden her türlü etmene Baskılayan (İnhibitör = Supresör),Hiperpolarize olmuş hücreye deBaskılanmış (İnhibe = Suprase olmuş) denir.

69

- 100 mV

- 90 mV

- 80 mV

- 70 mV

- 60 mV

- 50 mV

- 40 mV

- 30 mV

- 20 mV

- 10 mV

0 mV

10 mV

20 mV

30 mV

40 mV


MembranPotansiyeli

REPOLARİZASYON

Depolarize olmuş (uyarılmış) bir hücrenin membran potansiyelinin, istirahat membran potansiyeline geri dönmesi olayının özel adı Repolarizasyon’dur.

70

Bir uyaranın aksiyon potansiyeli başlatabilirliğini belirleyen iki temel bileşen:1. Akımın Şiddeti (A) 2. Uygulanma Süresi (s)

Akım Şiddeti ve Uygulanma Süresi İle İlgili Kurallar

Bir uyaranın akım şiddeti belirli bir düzeyden daha zayıf ise, ne kadar uzun süre uygulanırsa uygulansın, aksiyon potansiyeli başlatamaz.

Bir uyaranın uygulanma süresi belli bir süreden daha kısa ise, ne kadar şiddetli olursa olsun, aksiyon potansiyeli başlatamaz.

Bir uyaranın akım şiddeti ne kadar kuvvetli ise, aksiyon potansiyeli başlatabilmesi için gerekli uygulanma süresi o kadar kısadır.

Bir uyaranın uygulanma süresi ne kadar uzun ise, aksiyon potansiyeli başlatabilmesi için gerekli akım şiddeti o kadar azdır.

72

Zaman

UyaranAkımŞiddeti UYARILABİLİRLİK

Bir Uyarılabilir Hücrenin, Uyarılabilirlik Ölçütü:

73

Zaman


RheobazAkımı


1. Rheobaz akımı : Bir hücrede aksiyon potansiyeli başlatabilecek en düşük akım şiddeti. Teorik olarak, ancak sonsuz süre sonra aksiyon potansiyeli başlayabilir.

74

Zaman


RheobazAkımı

2 x Rheobaz Akımı

Kronaksi Zamanı

2. Kronaksi zamanı : Rheobaz akımının iki katı şiddete sahip bir akımın, hücrede aksiyon potansiyeli başlatabilmesi için geçen süre.


75

Zaman


RheobazAkımı

2 x Rheobaz Akımı

Kronaksi Zamanı


76

Mutlak (Absolute) Refrakter DönemYeni bir aksiyon potansiyelinin başlamasıİmkansız. (İletim için çok önemli*)

Relatif Refrakter DönemYeni bir aksiyon potansiyelinin başlaması imkansız değil.

- 90 mV

- 80 mV

- 70 mV

- 60 mV

- 50 mV

- 40 mV

- 30 mV

- 20 mV

- 10 mV

0 mV

10 mV

20 mV

30 mV

40 mV



MembranPotansiyeli

Uyarı


77

Eşik Altı Uyaranların Toplanması (Summation = Summasyon)

1. Uzaysal = Yersel = SpatialFarklı odaklardan gelen uyaranların toplanması

78


2. Zamansal = TemporalFarklı zamanlarda gelen uyaranların toplanması

79


2. Zamansal = TemporalFarklı zamanlarda gelen uyaranların toplanması

Kare puls biçimli bir uyaran için eşik en düşüktür.

Uyarılabilir bir hücre veya dokunun, şiddeti ağır ağır artan bir uyaran karşısında eşiğini yükseltmesine uyum (akomodasyon) denir.

Uyum

81

Sıfır üzeri voltaj (overshoot)

Tepe (zirve, uç) değeri

Dinlenim potansiyeli altı (undershoot)

83

Myelinli Lifler ve Saltatorik İletim

84

Miyelinli Lifler ve Saltatorik İletim

85

Miyelinsiz Lifler

Genelde gençleri etkileyen otoimmun bir hastalıktır: İnflamasyon MSS’de miyelin sinir aksonlarının myelin kılıfı hasarlanır Demiyelinizasyon sonucu aksonların izolasyonları bozulduğu için sinir impulsları kısa

devre yaparBelirtiler: kasların kontrolünün zayıflar İdrarını tutamama, Uyarıya yanıtları çok gecikir Görme ve işitme problemleri, Zaafiyet,

87

Kalp KasıAksiyon Potansiyeli

Çizgili KasAksiyon Potansiyeli

88

++++++++++

Nöron

Osiloskop

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _+ + + + + +

++++++++++_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _+ + + + +

+

_

+

_ ++++++++++_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _+ + + + +

+

_ +++++++++_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _+ + + + + +

+

_ +++++++++_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _+ + + + + +

+

_ +++++++++_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _+ + + + + +

+_ +

_ ++++++++_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _+ + + + + +

+

_+ ++++++++_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _+ + + + + +

_

Aksiyon Potansiyeli Yayılımının Elektrofizyolojisi

89

Aksiyon Potansiyelinin Yayılım Hızını Artıran Faktörler1. Birim yüzeydeki sodyum kapısı sayısının artması2. Eşik potansiyelin düşmesi3. Membran kapasitansının düşmesi4. Akson iç direncinin düşmesi5. Akson yarı çapının artması6. Sıcaklığın artması7. Myelin kılıfın varlığı ve kalınlığı

(Membran direcini büyütür, Membran kapasitansını düşürür)

Akson çapı arttıkça;1. İletim hızı artar2. Eşik değer azalır3. Aksiyon potansiyeli genliği yükselir4. Tepeye ulaşma süresi kısalır5. Aksiyon potansiyeli süresi kısalır

90

İLETİM;Akson çapı ne kadar kalınsa,Myelin kılıf varsa ve ne kadar

kalınsao kadar hızlı olur.

92

İSTİRAHAT HALİNDEKİ BİR İSTİRAHAT HALİNDEKİ BİR HÜCRENİN ELEKTRİKSEL HÜCRENİN ELEKTRİKSEL

DİNAMİĞİDİNAMİĞİve ve

AKTİF SODYUM-POTASYUM AKTİF SODYUM-POTASYUM POMPASIPOMPASI

93

DIŞ (Ekstrasellüler) Ortam

İÇ (İntrasellüler) Ortam

RCl- RK +

+_ ECl-

+_ EK +

Cl-I K +I

INa+ IK+ Cm

RNa+

+

_ENa+

INa+

HÜCRE MEMBRANIN ELEKTRİKSEL EŞDEVRE MODELİ - 17

bİyofİzİk - esaglikonline.comesaglikonline.com/e-saglik online/karma...

Documents