elektrofyziologie buňky - přednáška pro bakaláře

Ústav fyziologie, 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova Copyright © 2013 Luděk Nerad

Elektrofyziologie buňkyElektrofyziologie buňkyNeurofyziologieNeurofyziologiestrana 1strana 1

Obsah

Proč mají buňky elektrické vlastnosti

Elektrické napětí a distribuce iontů

Funkce buněčné membrány

Klidový, dendritický a akční potenciál

Chemické synapse

Vzrušivé buňky – neurony a myocyty



Elektrické vlastnosti buněk

5000 4000 3000 2000 1000 0



Molární koncentrace iontů v různých prostředích [mmol/l]

Iont Moře Buňka Plazma

K+ 10 140 4Na+ 500 14 140Cl- 560 4 100Ca2+ 10 0.0002 1.8


Cytoplazma je elektrolyt, tj. může vést el. proud.Cytoplazma je elektrolyt, tj. může vést el. proud.




Fosfolipidová dvojvrstvaFosfolipidová dvojvrstva

VodaVoda

Proteiny (receptory, kanály, pumpy)Proteiny (receptory, kanály, pumpy)

SteroidySteroidy

GlykoproteinyGlykoproteiny

GlykolipidyGlykolipidy

Plyny(O

2, CO

2)

Plyny(O

2, CO

2)



Funkce buněčné membrány - propustnost

Je permeabilní pro- vodu- plyny- minerální soli- aminokyseliny- mastné kyseliny- glycerol

Je permeabilní pro- vodu- plyny- minerální soli- aminokyseliny- mastné kyseliny- glycerol

Není permeabiliní pro- ionty- polární molekuly- velké molekuly

Není permeabiliní pro- ionty- polární molekuly- velké molekuly

Pasivní transportPasivní transport

Aktivní transportAktivní transport

Endo- a exocytózaEndo- a exocytóza



Funkce buněčné membrány - transport



Funkce buněčné membrány - gradienty

Koncentrační (tlakový) gradientKoncentrační (tlakový) gradient

Elektrický gradientElektrický gradient



El. napětí a distribuce iontů

+

-

Elektrické napětíměříme voltmetremElektrické napětíměříme voltmetrem



El. napětí a distribuce iontů

+

-

Ionty působí silouna volné elektronykteré uvedou dopohybu ručku.




Nernstova rovnice:Nernstova rovnice:




Buňka Krev Napětí uvnitř buňky

koncentrace [mM] [mM] [mV]

K+ 140 4 135

bílkoviny− 138 9 -129

Na+ 14 140 -133

HCO3− 12 29 17

Cl− 4 116 112

Mg2+ 0.8 1.5 -0.7

Ca2+ 0.0002 1.8 -1.8



Vzrušivé buňky



Vzrušivé buňky

Neurony

Myocyty sv. kosterní, srdeční a hladké

Receptorové buňky

Fotoreceptory v sítnici oka

Mechanoreceptory v Cortiho orgánu,ve vestibulárním aparátu, v kůži,šlachách, svalech a dalších tkáních

Chemoreceptory v čichovém epitelu, v buňkáchchuťových pohárků a v jiných částech CNS

Termoreceptory v kůži



Vzrušivé buňky – Co bylo dřív?

Jako první se zřejmě vyvinuly receptorovébuňky, jež řídily motilitu primitivníchorganizmů poháněných bičíkem.

“Senzorimotorickájednotka”

“Senzorimotorickájednotka”



Vzrušivé buňky

Svalové buňky jsou řízeny motoneurony



Vzrušivé buňky: vzruch = akční potenciál

buňkamyokardu

buňkamyokardu

neuronneuron kosternísval

kosternísval

2 ms 5 ms 200 ms



Klidový potenciál

1939

Za normálních klidových fyziologických podmínekbuňka udržuje potenciálový rozdíl mezi jejím nitrema okolím (tj. buňka funguje jako baterie).Nitro buňky je záporné vzhledem k extracelulárnímuprostoru.



Klidový potenciál

Přítomný vevšech buňkách

Typické hodnoty:-40 to -90 mV

0 mV0 mV

-70 mV-70 mV

Zdrojenegativity:

• bílkoviny uvnitř• fosfáty uvnitř• Cl- uvnitř• X+ vně



Klidový potenciál – Jak vzniká?

Plazmatická membránaje propustná pro K+

[K+i] = 140 mmol/l

[K+e] = 4 mmol/l

Negativní bílkoviny jsoupředevším uvnitř buňky

K+ je tažen ven ve směrukoncentr. gradientu

Buňka netvoříuzavřený el. obvod

Elektrostatická sílanepřesahuje 2 nm

Velké objemy jsouelektroneutrální

Plazmatická membránaje kondenzátor



Klidový potenciál

Nekompenzovanýkladný náboj vně buňky a negativní uvnitř buňky se

shlukuje v blizkosti membrány a tyto opačné náboje se

přitahují přes dvojvrstvu membrány.



Klidový potenciál

UE = Q/C

kdeUE je napětíQ je celk. nábojC je kapacita

C = 1 µF/cm2

K vytvoření UE = 100 mV se musí na 1 µm2 membrány nacházet zhruba 6000 iontů.



Klidový potenciál

Nernstova rovnice

[K+]o and [K+]i jsou

molární koncentrace vevolném objemu uvnitřa vně buňky; nikoli iontypřitažené k membráně,které jsou to, co vytváří membránový potenciál. [K+]o a [K+]i se prakticky nemění. Membránové jevy (které způsobují velké změny Um) tyto koncentrace neovlivňují.



Akční potenciál



Akční potenciál

Neurony:-70 to +40 mV

2 ms

Buňky myokardu:-60 to +10 mV

300 ms

Svalová buňka:-95 to +20 mV

5 ms



Sodium-potassium pump(Na+/K+-ATPase) reinstatesthe resting potential

3 Na+

2 K+

1 K+90 Na+

20 K+ 10 Na+

1 ATP

-70 mV

Voltage-gated Na+ andK+ ion channels

Na+ Na+

K+ K+



Akční potenciál – saltatorní vedení vzruchu

10 – 120 m/s10 – 120 m/s

5 - 25 m/s5 - 25 m/s

Schwann cell (myelin)



Akční potenciál – rychlost vedení vzruchu

5 m5 m18 m18 m



Chemická synapse



Chemická synapse - neurotransmise

Presynaptickámembrána

Synaptickáštěrbina

Postsynaptickámembrána

Vápníkovékanály

Receptoryse sodíkovýmikanály

Váčky smediátorem



Konec

elektrofyziologie buňky - přednáška pro bakaláře

Education