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Aktionspotentiale von Nervenzellen und das Hodgkin-Huxley - Modell

Aktionspotentiale von Nervenzellen und das Hodgkin-Huxley - Modell. einige Typen von Nervenzellen:. Synaptische Kopplung: Erregung oder Hemmung. axonal-dendritische Verbindung, Signalwege. charakteristisches Aussehen des Aktionspotentials.

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Aktionspotentiale von Nervenzellen und das Hodgkin-Huxley - Modell

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Presentation Transcript

  1. Aktionspotentiale von Nervenzellen und das Hodgkin-Huxley - Modell

  2. einige Typen von Nervenzellen:

  3. Synaptische Kopplung: Erregung oder Hemmung

  4. axonal-dendritische Verbindung, Signalwege

  5. charakteristisches Aussehen des Aktionspotentials

  6. wie kommen das Ruhe- bzw. Aktionspotential zustande ? ● chemischer Konzentrationsgradient ●elektrischer Ladungsunterschied der Teilchen (Ionen) ●semi-permeable Membran (->Diffusion)

  7. Ionenbewegungen an der Membran BILANZ = - 12 innen außen Kationen (zB Kalium) größere organische Anionen

  8. Ionenbewegungen an der Zellmembran BILANZ = - 8

  9. Ionenbewegungen an der Zellmembran BILANZ = - 4

  10. Ionenbewegungen an der Zellmembran BILANZ = 0 Ruhepotential für Kalium erreicht

  11. Das Chemische Potenzial (Nernst – Gleichung) : R … Allgemeine Gaskonstante R = 8,3143 J / (mol·K) T … Temperatur in Kelvin c(Ai), c(Aa) … Stoffmengen-Konzentrationen des Stoffes A innen, außen Goldman – Gleichung (für unterschiedliche Ionenarten) :

  12. Konzentrationen im Intra- und Extrazellulärraum: Konzentrationen der vier wichtigsten Ionensorten, die beim Ruhepotenzial eine Rolle spielen

  13. Modell der Zellwand mit Transmembranproteinen :

  14. Depolarisation Hyperpolarisation

  15. Herstellung des Ruhemembranpotentials durch die Na/K - ATPase

  16. Das Modell von Hodgkin und Huxley (1952) ●Erforschung des Tintenfisch-Axons ●Verwendung der Voltage-Clamp Technik -> Isolierung der Kanalströme für Na und K ●Entwicklung eines Modells für die Funktion der Kanäle und die AP-Entstehung Alan Hodgkin Andrew Huxley

  17. Elektrisches Ersatzschaltbild für die Membran Cm: Kapazität der Zellmembran GNa, GK: spannungsabhängige Leitwerte der Kanäle ENa, Ek: Gleichgewichtspotential von Na bzw. K Gm: Leitwert der passiven Kanäle, Vrest: Ruhemembranpotential

  18. Bestimmung der spannungsabhängigen Leitfähigkeiten: Kurvenverläufe dritter bzw. vierter Potenz (empirisch durch Voltage Clamp gemessen) Einführung fiktiver Aktivierungspartikel (gating-Partikel) diese modellieren die Wahrscheinlichkeiten des Öffnens oder Schließens der Kanäle n : Wahrscheinlichkeit Aktivierungspartikel geöffnet (0<n<1) Alpha und Beta: spannungsabhängige Änderungsraten (Hz) in den geöffneten (Alpha) bzw in den geschlossenen Zustand (Beta)

  19. Modellierung des Kalium-Kanals: Die Öffnung ist von 4 Aktivierungs-Partikeln abhängig, die alle gleichzeitig geöffnet sein müssen: Gk … max. Leitfähigkeit des Kalium-Kanals Ek … Gleichgewichtspotential für Kalium

  20. Modellierung des Natrium- Kanals: schwieriger, da dieser Kanal auch zeitlich inaktiviert wird -> Einführung eines Inaktivierungspartikels ÖffnungAktivierungspartikel m (m-gate) SchließenInaktivierungspartikel h (h-gate) GNa: max. Leitfähigkeit des Na-Kanals ENa : Gleichgewichtspotential für Natrium m: Wahrscheinlichkeit Aktivierungspartikel aktiv h: Wahrscheinlichkeit Inaktivierungs-Partikel nicht aktiv

  21. Modell und reale Messung Leitwerte für Na (links) und K (rechts) bei konkreten Aktivierungsniveausdie Linie zeigt die Werte der Simulation, Kreise reale Messwerte

  22. Die vollständige Gleichung für die Änderung des Membran-Potentials :

  23. Simulink- und Matlab Modelle

  24. Kopplung mehrerer Kompartments Cable Theory-Models

  25. Danke für die Aufmerksamkeit !

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