Membranegenskaper-hur modellera/förstå?

Relevanta dokument
Vad menas med att mäta biopotentialer. Bioelektriska signaler. Sammanfattning I. Sammanfattning I. Vilka är de?

BIOELEKTRICITET. Sammanfattning:

1. Introduktion. Biopotentialers ursprung

Introduktion till halvledarteknik

Kap. 7. Laddade Gränsytor

Neuronens Fysiologi 1

Fö. 9. Laddade Kolloider. Kap. 6. Gränsytor med elektrostatiska laddningar

CNS + Muskler del 1 detta bör ni behärska

Transport över membran hur olika ämnen kommer in i cellen. Kap 1


Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Komponentfysik Introduktion. Kursöversikt. Hålltider --- Ellära: Elektriska fält, potentialer och strömmar

Kapitel Var är vi i kursen???

Biologiska membran Kap 10 fig10-1, 15, 18, 19 & med tillhörande beskrivningar. Övrigt är repetition.

Kap 4 energianalys av slutna system

Tentamen i FTF140 Termodynamik och statistisk mekanik för F3

MV0192. Deltentamen i markfysik Lycka till!

Om inget annan anges gäller det rumstemperatur, d.v.s. T =300K, termisk jämvikt och värden som inte ges i uppgiften hämtas från formelsamlingen.

TENTAMEN I KEMI TFKE16 (4 p)

Lösningar Tenta

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Tentamen KFKF01,

Solar cells. 2.0 Inledning. Utrustning som används i detta experiment visas i Fig. 2.1.

Fysiologisk reaktion på elektrisk ström. Fysiologiska effekter av elektrisk ström I. Effekter på cellnivå

Konc. i början 0.1M 0 0. Ändring -x +x +x. Konc. i jämvikt 0,10-x +x +x

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Tentamen i KFKF01 Molekylära drivkrafter 2: Växelverkan och dynamik, 3 juni 2019

Om inget annat anges så gäller det kisel och rumstemperatur (300K)

Föreläsning 8. Ohms lag (Kap. 7.1) 7.1 i Griffiths

Repetition F11. Molär Gibbs fri energi, G m, som funktion av P o Vätska/fasta ämne G m G m (oberoende av P) o Ideal gas: P P. G m. + RT ln.

Om inget annat anges så gäller det kisel och rumstemperatur (300K)


Tentamen i : Vågor,plasmor och antenner. Totala antalet uppgifter: 6 Datum: Examinator/Tfn: Hans Åkerstedt/ Skrivtid:

Spänningsfallet över ett motstånd med resistansen R är lika med R i(t)

b) (2p) Bestäm alla lösningar med avseende på z till ekvationen Uppgift 3. ( 4 poäng) a ) (2p) Lös följande differentialekvation ( y 4) y

Bestäm uttrycken för följande spänningar/strömmar i kretsen, i termer av ( ) in a) Utspänningen vut b) Den totala strömmen i ( ) c) Strömmen () 2

Spänningsfallet över ett motstånd med resistansen R är lika med R i(t)

Tentamen i : Vågor,plasmor och antenner. Totala antalet uppgifter: 6 Datum:

Fysik TFYA68 (9FY321) Föreläsning 6/15

Arbetet beror på vägen

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Principer för RRT. Akut nefrologi och dialys inom intensivvården, 2016 Max Bell MD, PhD Karolinska University Hospital/Karolinska Institutet

TENTAMEN HF1006 och HF1008

Nervsystemet. Människans fysiologi kap3

Repetition F12. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

r 2 C Arbetet är alltså endast beroende av start- och slutpunkt. Det följer av att det elektriska fältet är konservativt ( E = 0).

FK Elektromagnetism, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning (2:a omtentan), fredag 30 augusti 2013, kl 9:00-14:00

Kap 7 entropi. Ett medium som värms får ökande entropi Ett medium som kyls förlorar entropi

TENTAMEN HF1006 och HF1008

Elektrokemi. KEMA02 VT2012, Kemiska Institutionen LU /KEBergquist F9

Elektriska och magnetiska fält Elektromagnetiska vågor

r 2 Arbetet är alltså endast beroende av start- och slutpunkt. Det följer av att det elektriska fältet är konservativt ( E = 0).

ÖVNINGSUPPGIFTER YT-OCH KOLLOIDKEMI

Lösningsförslag Inlämningsuppgift 3 Kapacitans, ström, resistans

9. Magnetisk energi Magnetisk energi för en isolerad krets

Vad gör växten med vattnet?

Arbete är ingen tillståndsstorhet!

Tentamen KFKF01 & KFK090,

Vecka 4 INDUKTION OCH INDUKTANS (HRW 30-31) EM-OSCILLATIONER OCH VÄXELSTRÖMSKRETSAR

Linköpings universitet 1

9. Magnetisk energi Magnetisk energi för en isolerad krets

9. Magnetisk energi [RMC 12] Elektrodynamik, vt 2013, Kai Nordlund 9.1

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Bestäm brombutans normala kokpunkt samt beräkna förångningsentalpin H vap och förångningsentropin

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 11 januari 2016

Prov Fysik B Lösningsförslag

Bra tabell i ert formelblad

Tentamen, Termodynamik och ytkemi, KFKA01,

Kinetik. Föreläsning 2

10. Kretsar med långsamt varierande ström

Fysik TFYA68. Föreläsning 5/14

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 13-18

Poissons ekvation och potentialteori Mats Persson

Skrivning i termodynamik och jämvikt, KOO081, KOO041,

Introduktion till laboration Biokemi 1

Tentamen i Fysik TEN 1:2 Tekniskt basår

Vad betyder det att? E-fältet riktat åt det håll V minskar snabbast

Kinetik, Föreläsning 2. Patrik Lundström

Elektrokemisk bestämning av löslighetsprodukt och ligandtal

Arbete TD9 Bränslecell

SF1625 Envariabelanalys

SF1625 Envariabelanalys

Fysikalisk kemi KEM040. Clausius-Clapeyronekvationen Bestämning av ångtryck och ångbildningsentalpi för en ren vätska (Lab2)

Q I t. Ellära 2 Elektrisk ström, kap 23. Eleonora Lorek. Ström. Ström är flöde av laddade partiklar.

SKOLORNAS FYSIKTÄVLING

Transportfenomen i människokroppen

Idealgasens begränsningar märks bäst vid högt tryck då molekyler växelverkar mera eller går över i vätskeform.

Lösningsskiss för tentamen Vektorfält och klassisk fysik (FFM234 och FFM232)

Tentamen i teknisk termodynamik (1FA527)

Galvaniska element. Niklas Dahrén

Övningsuppgifter/repetition inom elektromagnetism + ljus (OBS: ej fullständig)

TSTE20 Elektronik 01/31/ :24. Nodanalys metod. Nodanalys, exempel. Dagens föreläsning. 0. Förenkla schemat 1. Eliminera ensamma spänningskällor

TENTAMEN TEN2 i HF1006 och HF1008

SVÄNGNINGSTIDEN FÖR EN PENDEL

Strålningsfält och fotoner. Våren 2013

Hur elektromagnetiska vågor uppstår. Elektromagnetiska vågor (Kap. 32) Det elektromagnetiska spektrumet

P1. I en cylinder med lättrörlig(friktionsfri) men tätslutande kolv finns(torr) luft vid trycket 105 kpa, temperaturen 300 K och volymen 1.40 m 3.

Transkript:

Membranegenskaper-hur modellera/förstå? Vilopotential över membran (Nernst eller GHK V- ekv) Joners fördelning vid jämvikt (Donnans regel + laddningsneutralitet) I-V relation vid linjära resp. icke-linjära membran (GHK I-ekv resp Eyrings teori) Definition av chord conductance / slope conductance Membranet som ekvivalent RC krets (behov av beskrivn av aktiva membranegenskaper (HH formalism) samt hur spridn av signaler går till (Rall, etc))

Ficks lag för diffusion, Ohms lag för rörelse i E-fält och Einsteins relation ger: I = -u * z 2 F[C]dV/dx -u * zrtd[c]/dx (NP-ekv) GHK startar från NP-ekv och hittar uttryck för I=f(V,C,P): I=PzFξ([C in ]-[C ut ]e -ξ )/(1-e -ξ ) (där P=βu * RT/lF och ξ=zvf/rt) Antaganden: E konst i membranet (linjär membranresistans) samt ober jonrörelser

Nernst-Planck ekv vid jämvikt, I=0 (alternativ till bokens härledning) Boltzmanns ekv: sannolikhet p att partikeln är i tillstånd 1 eller 2, med energierna u1, u2 p2/p1 =exp(-(u2 u1)/kt) k = Boltzmanns konst T = absolut temperatur c2/c1 =exp((u1 U2)/RT) c1,c2: koncentrationer U1, U2: energier R: gaskonstant Alltså direkt från detta: U1 U2 = RT.ln(c2/c1) Då U1 U2 = energi- skillnad = laddn * Εpotential = zf*(e1 E2), där: z = valens på jon F = Faradays konstant E = (E1 E2) = RT/zF.ln(c2/c1) blir 58(mV)/z*log(c2/c1)

Gibbs-Donnan ekvilibrium från Nernst ekv Donnans regel - ekvilibriumvillkor Alla permeabla joner är distribuerade enligt Nernst ekv r = C C o i 1 z = [ Na] [ Na] o i = [ H] [ H] o i = [ Cl] [ Cl] i o = [ HCO [ HCO 3 3 ] ] i o = [ Ca] [ Ca] o i = [ SO [ SO 4 4 ] ] i o Glöm inte att man kan försumma att det blir en koncentrationsskillnad mellan positiva och negativa joner (se nästa räkneex) Antagandet att totala laddningen är noll i/utanför cellen, samt att ekvationen ovan alltid gäller vid steady-state, gör att man kan räkna ut hur olika jonslag fördelar sig mellan in och utsida (om man vet C, membranarea, initialkonc, etc, se räkneex).

Hur många laddningar behövs för att få en membranpotential på 100 mv? (dvs testa om laddningsneutralitet är en bra approximation) Sfärisk cell med 25 µm radie Vol = 4/3*p*r 3 = 6.5 *10-8 cm 3 A = 4*p*r 2 = 7.85*10-5 cm 2 för en potentialskillnad på 100 mv blir laddningstätheten/cm 2 n = C*V/(laddn per jon) där C är membrankapacitansen (10-6 coulomb/v*cm 2 för biologiska membran). n = 10-6 (coulomb/v*cm 2 ) *0.1 V /1.6*10-19 (coulomb/jon) = 6*10 11 cm -2 med radien 25 µm: n*a = 6*10 11 (cm -2 )*7.85*10-5 (cm 2 ) = 4.7*10 7 laddningar vår cell är fylld med 0.15 M elektrolyter, så totalantalet joner per cell är Conc.*Avagadro's tal*vol = 0.15 (mol/l)*6.02*10 23 (joner/mol)*6.5 x 10-8 (cm 3 )/1,000 (cm 3 /L) = 5.8*10 12 joner alltså antalet laddningar som måste ladda upp membranet för att ge en potential på 100 mv är: 4.7*10 7 /5.8*10 12 = 0.000008 av totala antalet joner i cellen (eller 1 laddning av 125000!)

Kolla på räkneex för hur joner fördelar sig pga Donnan jämvikt (dvs Nernst gäller för alla jonslag) samt approximationen att + och laddningar tar ut varann se bok!!!

Då alla laddade joner fördelat sig så detta osmotiska att laddningen är noll i varje volym problem kompenseras med och alla joner som membranet kan att det finns Na och Cl på släppa igenom fördelat sig enligt utsidan. Na fungerar alltså Nernst ekv (dvs enligt Donnans regel) som en kompensation. blir det osmotoska trycket automatiskt Men detta är inte allt fel eftersom man startade med negativt laddade proteiner på insidan!!! Na och andra joner pumpas aktivt över membranet så cellen befinner sig inte i ekvilibrium, men dock i steady-state. Pumparna påverkar membranpotentialen en aning.

Från GHK strömekv till V-ekv: GHK strömekv: in out (jfr fig. 2.5, ξ rektifiering ) GHK spänningsekv med ΣI i =0 ger : I ξ C C e = PzFξ 1 e + + RT P K K + P out Na Na + P out Cl Cl in V = ln + + F P K K + P in Na Na + P in Cl Cl out 110 + 0.03 460+ 0.1 40 ( Vrest = 58log = 70 mv ) 140 0+ 0.03 50+ 0.1 540 Jämför fig 2.7 i boken där GHK V-ekv och NP-ekv jämförs! Användningsområden för GHK ström-/v-ekv: beräkna Vm, I då P ändras

Räkneex-hur mycket bidrar t.ex. membranpumpar till Vm? (antag att man vet P, konc skillnad, Na/K- pumparnas egenskaper)

Behov av annat I-V beteende!!!!! Eyrings förslag Anomal rektifiering strömmen kan gå mot konc gradienten

Definitioner och karakterisering av membraners (icke)linjära egenskaper: Chord conductance = I jon /(V-E jon ), dvs jämfört med reverseringspotentialen Slope conductance = di jon /dv, dvs runt den aktuella potentialen Om slope conductance och chord conductance skiljer sig åt betyder det att G (konduktansen) är V-, tids-beroende. I det senare fallet kan instantaneous conductance definieras, dvs mät chord/slope conductance vid given tid efter förändringen. (se ex i bok)

Multipla jonkanaler - ekvivalent RC krets för del av membran Im=inj ström i cell Insida, Vin~-70mV vid steady-state pga GHK som ger Vin=Erev=Vm Cm G L =1/R L G Na/etc G syn Vm=Erev E Na/etc E syn Utsida, V=0 I m = I C + I i = Cm*dV/dt + G L *(V-Er) + G Na, etc (V-E Na, etc ) + G syn (V-E syn ) OBS vid vila (I=0, dv/dt=0 och (G L +ΣGi)*V=G L *Er+ΣGi*Ei rev )

Ströminjektion i del av cell passivt membran I V=Vin I Cm Rm=1/Gm Vm=Erev V Vin(t) på = Vm + I.Rm.(1 exp(-t/tau)) Vin(t) av = Vm + I.Rm.exp(-t/tau) Tau = tidskonstant = Rm.Cm

Exempel på hur ströminjektionen ser ut längre bort passivt membran I V V V t t t

Excitabilitet Hodgkin-Huxley formalism Membrankonduktansen beror av både Vm, tiden (samt ev t.ex. Ca), dvs jonkanalerna öppnar och stänger beroende på Vm, tiden. OBS när jonkanalerna är öppna gäller fortfarande att jonens/jonernas respektive jämviktspotential bestäms av Nernsts ekv.