1 / 26

Potassium Voltage-Gated Channel

kitra-conrad
Download Presentation

Potassium Voltage-Gated Channel

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Action Potential and Properties of Nerves د. طه صادق أحمدبكالوريوس الطب و الجراحة ( جامعة الخرطوم )دكتوراه في علم وظائف الأعضاء السريري ( بريطانيا ) عضوية الجمعية الأمريكية للفحوصات الكهربائية للمخ و الأعصاب و العضلات( الولايات المتحدة الأمريكية ) إستشاري تخطيط المخ و الأعصاب ( الهيئة السعودية للتخصصات الطبية ) عضو الأتحاد العالمي لمكافحة و علاج الصرععضو الأتحاد العالمي للعلوم العصبية

  2. القنوات في جدار اللخلية المحكومة بالفولطاج ( قنوات الصوديوم و البوتاسيوم التي تفتح بالتحفيز الكهربائي Sodium & Potassium Voltage –Gated Channels قناة الصوديوم عندما ثفتح يتدفق الصوديوم إلي داخل الخلية ( حاملا معه شحنة موجبة و جاعلا داخل الخلية أقل سالبية ) : لأن تركيزه في الخارج أكثر من داخلها و عندما تفتح قناة البوتاسيوم يتدفق البوتاسيوم من داخل الخلية إلي خارجها لأن تركيزه داخل الخلية أعلي من خارجها ( حاملا معه شحنة كهربائية موجبة ( وجاعلا داخل الخلية أكثر سالبية ) Potassium Voltage-Gated Channel Sodium Voltage-Gated Channel

  3. قناة الصوديوم المحكومة بالفولتاج The Voltage-Gated Na+ Channel (1) • عندها بوابتان : واحدة خارجية و أخري داخلية : الخارجية اسمها • Activation Gate • و الداخلية اسمها • Inactivation Gate • و هذه القناة تكون في واحدة من ثلاثة حالات : • And this channel has 3 states

  4. The Voltage-Gated Na+ Channel (1) • And this channel has 3 states • (1) Resting state حالة الراحة : • in the resting cell , when the MP = RMP = -70 to -90 mV ,  • the ( outer) activation gate is closed & the inner inactivation gate is open • But , although the inactivation gate is open  no Na+ enters through this gate , because the outer activation gate is still still closed

  5. The Na+ Voltage-Gated Na+ Channel (2) • (2) Activated state : when a Threshold Depolarizing Stimulus محفز قوي بدرجة كافية stimulus moves the MP from its resting value (-90 mV ) to its Threshold value (-65 to -55mV) •  this opens the activation gate • , and now the Na+ channel is said to be in the Activated State • (لاحظ أنه في هذه الحالة كلا البوابتين فاتحة NB in instance,case both the activation gate & inactivation gate are open )  • permeability to Na+ becomes increased 500 to 5000 times  Na+ influx • N+ pours يتدفّق إلي داخل الخلية بكميّات كبيرة  داخل الخلية يصير موجب أكثر ( Na+ influx )into the cell in large amounts , depolarizing it more & more , until there is eversal of MP .

  6. The Na+ Voltage-Gated Na+ Channel (2) • After the AP is over . , the inactivation gate will not open by a second stimulus  & the cell becomes Refractory ممانعة ) to another stimulation , until the MP has gone back to its resting level ( -70 to -90mV). • (3) A few milliseconds later , the inactivation gate is closed  • the channel now is said to be in the Inactivated State •  in this case , while the activation gate is still open , • the inactivation gate is closed .

  7. Has one gate only . عندها بوابة واحدة فقظ During the resting state , the gate of the potassium channel is closed , and K+ can not pass through it . Shortly after depolarization , when the sodium channel begins to be inactivated , the potassium channel opens .  K+ exits ( called K+ Efflux) خروج البوتاسيوم  داخل الخلية يصير سالب أكثر  Repolarization قناة البوتاسيوم المحكومة بالفولتاجThe Voltage-Gated Potassium Channel

  8. Q : What is a Subthreshold Stimulus ? A : it is a weak stimulus, not strong enough to carry the MP to the Threshold Level i.e., it may depolarize the membrane to less than threashold level  fails to produce AP , and can produce only Local Response Local Response s -65 -90 Subthreshold Stimuli Threshold Stimulus Q : What is a Threshold Stimulus ? A : it is a stimulus strong enough to depolarize the membrane & move the MP to Membrane Threshold Level = -50 to -65 mV Which is the firing level at which the Action Potential is triggered

  9. Graded Potential (Local Response ) : • Stimulation of the neuron by a weak subthreshold stimulus produces a local محلي، لا يبارح مكانه , non-propagated غير منتقل بعيدا potential ( يمكن قياسه فقط في المنطقة المجاورة مباشرة ، و ليس أبعد من ذwhich is measurable only in the immediate vicinity of stimulated point , but not further than that Action potential ( AP) : • AP is produced by a threshold stimulus • AP is the MP value in case of a cell that is generating a propagatedelectrical potential ينتقل بعيدا • It can be measured anywhere along the nerve يمكن قياسه بعيدا علي طول العصبون • At the peak of the AP , the value of the MP reaches +35 to +40 mV Local Response -65 -90 Increasing Stimulation

  10. In case of local responses : • (a) A subthreshold excitatory stimulus opens openssodium channels entry of sodium or calcium depolarizes the membrane ( makes it less negative )  brings it closer to threshold ( i.e.. makes the cell more excitable )  this is a depolarizing local response • (b) An inhibitory stimulus opens potassium or chloride channels  hyperpolarizes the membrane ( makes it more negative )  producing a hyperpolarizing local response  (which makes the cell more difficult to excite • At synapses , where neurotransmitters mediate opening of channels , (a) mentioned above is called Excitatory Postsynaptic Potential ( EPSP ) , and (b) is called Inhibitory Postsynaptic Potential ( IPSP ) . Depolarizing Local Response or EPSP Hyperpolarizing Local Response -65 -90

  11. Local Responses Threhold العتبة Potential ( Firing Level ) = -65 mV RMP Resting Membrane Potential = -90 mV فولتاج الخلية المرتاحة Stimulus Increasing Stimulation

  12. ما الذي يفتح القنوات المحكومة بالفولطاج؟ يفتحها محفز كهربائي : لو كان قوي بدرجة كافية بحيث يوصل ال MPالي العتبة -65mVفينتج عن ذلك آكشن بوتنشيال Reversal Potential = + 35 to +40 mV Local Responses Threhold العتبة Potential ( Firing Level ) = -65 mV RMP= -90 mV Actually, in different nerve cells , threshold ranges between -50mV and -65 mV Increasing Stimulation

  13. و لكن لوكان المحفز ضعيفSubthreshold و لم يوصله الي العتبة فينتج عن ذلك استجابة محلية Local Resoponse Reversal Potential = + 35 to +40 mV ااثناء الأكشن بوتنشيال تحول كهرباء الخلية من سالب 90 الي موجب 35-40 عند قمة الأكشن بوتنشيال و بذلك يحصل انقلاب في البوتنشيال فيصيرداخل الخلية موجب و خارجها سالب Local Responses Threhold Potential ( Firing Level ) = -65 mV ماهو الفرق بين الأستجابة المحلية و الآكشن بوتنشبال ؟ الأستجابة المحلية (1) متدرجة و لا تطيع Law All or None(2) لا تنتقل بعيدا عن مكان توليده أما الأكشن بوتنشيال (1) فغير متدرج و يطيع قانون كل شيء أو لا شيء (2)و يتنقل الي مسافات بعيدة ( حتي نهاية العصبون) ا Increasing Stimulation

  14. Q : What is a Threshold Stimulus ? ما هو المحفز الثرشهولد ؟ هو المحفز ذو القوة الكافية لتغيير كهرباء الخلية المرتاحة من سالب90 الي سالب 65 و هذا يولد آكشن بوتنشيال A : it is a stimulus strong enough to depolarize the membrane & move the MP from the resting -90 mV the to Threshold Level = -65 mV Which is the firing level at which the Action Potential is triggered Q : What is a Subthreshold Stimulus ? A : it is a weak stimulus, not strong enough to carry the MP to the Threshold Level Reversal Potential = + 35 to +40 mV Local Response s -65 RMP -90 Subthreshold Stimuli Threshold Stimulus i.e., it may depolarize the membrane to less than threashold level  fails to produce AP , and can produce only Local Response

  15. In all above cases the -ve or +ve sign refers to the inside of the membrane . • In nerves , the AP is generated at the initial segment of the axon , which is called Axon hillock • Because the axon hillock has high density of voltage-gated channels . • but , by contrast , a local responses can be generated at any membrane area if the stimulation is sufficient

  16. Direction of AP Propagation (Conduction)إتجاه إنتقال النبضة العصبية Artificial Electrical Stimulation Axon Hillock • Under Artificial condition of electrical stimulation in the laboratory , the AP propagates in both directiions . • But normally AP starts in axon hillock & propagates distally in one directions

  17. Reference : Taha S Ahmed in Concise Human Physiology -65 -90 Increasing stimulation will NOT increase the amplitude ( height ) or duration ( width ) of AP , but will increase frequency of AP

  18. The Action Potential (AP) ( nerve impulse & muscle AP ) We need to describe 3 types of event (1) Electrical changes in the cell-membrane أو التغيرات الكهربائية التي نرصدها علي الخليّة في مختلف مراحل الآكشن بوتنشيال ( depolarization , repolarization & hyperpolarization ) (2) Ionic changes underlying the electrical events ( N+ influx and and K+ efflux ) التغيرات الأيونية (3) Excitability changes التغيرات الأستثارية & refractory periods وفترات الممانعة( when will be the cell ready to respond to a second stimulus & produce AP after the first one (preceding one )

  19. (2) which soon ( within about one millisecond ) will be followed by Repolarization phase مرحلة إعادة الأستقطاب وسببها خروج البوتاسيوم من الخلية A/ Electrical Changes During the Nerve Action Potential • We need to start from the baseline i.e., Resting State ofthe cell i.e, at the RMP • A threshold Stimulus will lead to  • (1) Depolarization phase مرحلة إزالة الأستقطاب و سببها دخول الصوديوم في الخلية • In some neurons there is a 3rd phase ,due to continued potassium otflow , called Hyperpolarization Na Pump brings MP back to its resting value -65 -90

  20. C/ Excitability Changes During the AP فترة الرفض المطلق Meaning : when can the cell respond to a second stimulus )after the first stimulus which produced the first AP) متي تكون الخلية مستعدة للأستجابة لمحفز تاني بعد المحفز الأول الذي سبب الآكشن بوتنشيال الأول ، الأصلي ) (1) Absolute Refractory Period : where no stimulus , however strong , can produce a second AP . It is due to inactivation of Na+ channels . (2) Relative Refractory Period : a stimulus higher than threshold is needed to produce an AP . Due to continued outflow of K+ . فترة الرفض النسبي

  21. Types of Nerve Fibers : Myelinated & Unmyelinated العصبونات نوعان : بعضها مغطي بغطاء أو غمد من المايلين Myelin Sheath و هو مادة دهنية و بعضها الآخر غير مغطي . و العصبونات المغطاة بالمايلين هي أكثر سمكا و بالتالي أسرع نقلا للنبضات العصبية ( لأنه كلما كان العصبون أكثر سمكا كلما كان أولا (1) أسرع في النقل العصبي وثانيا : (2) كلما كان أكثر توفيرا للطاقة ، يعني إقتصادي من ناحية الطاقة المستهلكة ذلك لأنه في العصبونات الغير مايلينية تنتقل النبضة العصبية عن طريق تيارات كهربائية محلية من نقطة إلي التي تليها مباشرة ( جزء من عشر المليمتللر ) بينما في العصبونات المايلينية تنتقل بالقفز من عقدة رانفيير إلي التالية ، أي بالقفز من عقدة إلي أخري ، لعليمتر أ, عدة مليمترات في كل قفزة .

  22. Types of nerve Fibers • Nerve fibers can be classified in 2 ways : A/Classification According to Myelination (2) Myelinated Fibers  • Myelin sheath الغمد أو الغطاءالماياينيcovers the axis cylinder , separated by Nodes of Ranvier ( naked , uncovered parts ) at 2-3 Micron intervals (2) Unmyelinated : without myelin sheaqth B/Classification According to Diameter • A, B & C fibers • Diameter : A> B> C • Because conduction velocity depends upon diameter , A are fastest and C are slowest • A and B are myellinated • C are unmyelinated 2-3 microns

  23. Propagation ( Conduction ) of Action Potential إنتقال النبضة العصبية • In both myelinated and Unmyelinated nerve fibers impulses arepropagated ( conducted ) by Sodium Ionic Current Flows تيارات أيونية /كهربائية • In unmyelinated fibers , they oare contiguous متلاصقة ، متلامسة occurrring at almost each adjacent متجاورة point on the membrane .This is called Continuous ( Contiguous ) conduction of nerve impulses

  24. and in myelinated nerves there Saltatory Conduction , where ionic currents travel by jumping from oneNode of Ranvier to the next .

  25. End of Lecture AP & Properties of Nerves

More Related