ΗΛΕΚΤΡΟΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ Το πρώτο Bio-assay / applied research -Ζωική Ηλεκτρική Ενέργεια -Ηλεκτρόνια vs. ιόντα -Ιοντικοί Δίαυλοι -Ηλεκτρογόνοι Μεταφορείς Ιόντων -Ηλεκτρογόνες Ιοντικές Αντλίες 1700 – Louigi Galvani

Τα ιόντα ΔΕΝ μπορούν να διαχυθούν εκατέρωθεν των κυτταρικών μεμβρανών Μοναδιαίο φορτίο e=1.6Χ10-19 C Φορτίο μοναδιαίου ιόντος q0=ze0 Δύναμη έλξης μεταξύ δύο ιόντων F=Z1XZ2 / εr2 ε=διηλεκτρική σταθερά Ζ1, Ζ2 = σθένη Ενέργεια που απαιτείται για τη μεταφορά ιόντος Na μέσω της μεμβράνης είναι 60 φορές υψηλότερη από τη μοριακή θερμική ενέργεια. Άρα οι πιθανότητες είναι πρακτικά μηδέν.

ΜΟΡΙΑΚΟΣ ΗΘΜΟΣ

ΔΟΜΗ ΔΙΑΥΛΩΝ Νικοτινικός Υποδοχέας Ακετυλοχολίνης Διάγραμμα Υδροπάθειας Δίαυλοι Ιόντων: Μεγάλες διαμεμβρανικές πρωτείνες με υδατανθρακικές ομάδες στην επιφάνεια. *Γονίδια που κωδικεύουν διαύλους έχουν κλωνοποιηθεί *Πρωτοταγής δομή αμινοξέων γνωστή *Μοντέλα δευτεροταγούς δομής (έλικες α, πτυχώσεις β) Σύγκριση πρωτοταγών αλληλουχιών αμινοξέων ίδιου τύπου διαύλων από διαφορετικά είδη και Εντοπισμός περιοχών με υψηλό βαθμό ομοιότητας. Κατασκευή χιμαιρικών διαύλων με γενετική μηχανική Point mutations – μεταλλαξιγένεση σε συγκεκριμένη θέση

Μοριακή φυσιολογία ιοντικών διαύλων -Ηλεκτροφυσιολογία Εκλεκτικότητα Τασεο-ευαισθησία Μηχανισμός πύλης -Φαρμακολογία Π.χ. μ-κονοτοξίνη -Εξωκυτταρικοι αγωνιστές Π.χ. Ach, glu, 5-HT, σεροτονίνη, GABA -Ενδοκυτταρικοί αγγελιαφόροι Π.χ. ασβεστιο-ελεγχόμενοι δίαυλοι Κ+, Cl- -Ομολογία αλληλουχίας

ΔΟΜΗ ΔΙΑΥΛΟΥ

Δίαυλοι χασματοσυνδέσμων

Νικοτινικός υποδοχέας – δίαυλος της ακετυλοχολίνης Δενδρόγραμμα υποθετικών εξελικτικών σχέσεων μεταξύ των αλληλουχιών των διαύλων των χασματοσυνδέσμων.

Μέθοδοι Καθήλωσης τμήματος Ρεύματα μεμονωμένων διαύλων

Μοντέλα για το άνοιγμα και κλείσιμο των ιοντικών διαύλων Τύποι ερεθισμάτων που ελέγχουν το Άνοιγμα και κλείσιμο ιοντικών διαύλων

Μέτρηση δυναμικών με μικροηλεκτρόδια και τασεο-ευαίσθητες χρωστικές

ΗΛΕΚΤΡΟΧΗΜΙΚΗ ΒΑΘΜΙΔΩΣΗ Ηλεκτροχημική διαφορά δυναμικού εκατέρωθεν της μεμβράνης Κατευθυντήρια δύναμη για τη παθητική μεταφορά ουσίας = Δμx = RTIn[X]i/[X]o + ZxF(Ψi-Ψo) Ψi-Ψo=Vm (Δυναμικό Μεμβράνης) Όταν Δμx=0, τότε: 0 = RTIn[X]i/[X]o + ZxF(Ψi-Ψo) 0 = RTIn[X]i/[X]o + ZxFVm Vm = - RT/ZxF In[X]i/[X]o (Εξίσωση του Nerst) Vm = - 60mV/Zx log10[X]i/[X]o (Θερμοκρασία 29.5 C) Vm = - 60mV/1 log10100/10 = -60 mV (πχ. K+) Παράγοντες που καθορίζουν τη ταχύτητα ροής Συγκέντρωση Θερμοκρασία Μέγεθος μορίων Εμβαδόν επιφάνειας Μέσο κίνησης μορίων Διαλυτότητα της ουσίας στη λιπιδική μεμβράνη Συντελεστής διάχυσης (πόσο εύκολα κινείται στη μεμβράνη) Συντελεστής διαπερατότητας (Ρχ) Jx = Px ([X]o – [X]in) Moles/cm2 sec

Κλίσεις Ιοντικών Συγκεντρώσεων Μεμβρανικό Δυναμικό Κλίσεις Ιοντικών Συγκεντρώσεων Μέτρηση του Vm σε επίπεδη λιπιδική διπλοστοιβάδα Εξίσωση Nernst RT [Χ+]ι EΧ = - In ZF [Χ+]ο

PK[K+]i PNa[Na+]i PCl[Cl-]o RT Vrev= - In F PK[K+]o PNa[Na+]o -Η κυτταρική μεμβράνη είναι κακός αγωγός-υψηλή αντίσταση -Οι ιοντικοί δίαυλοι δρουν ως μοριακοί αγωγοί ιόντων -Στην ισσοροπία: Δυναμικό διάχυσης=Δυναμικό Nernst -Στην ισορροπία: Δυναμικό Nernst =Δυναμικό ισορροπίας Εξίσωση Nernst R= σταθερά αερίων RT [Χ+]ι Τ= θερμοκρασία σε Kelvin EΧ = - In ZF [Χ+]ο Z= σθένος Κ F= σταθερά Faraday -Στους 25οC RT/F είναι 25mV, -Η σταθερά μετατροπής νεπέριων λογάριθμων σε λογάριθμους βάσης 10 είναι 2,3. [K+]i Ek = (-58 mV) log [K+]o Εξίσωση GHK – σταθερού πεδίου PK[K+]i PNa[Na+]i PCl[Cl-]o + + RT Vrev= - In F PK[K+]o PNa[Na+]o PCl[Cl-]i + +

Κινητήρια δύναμη = Gx ( Vm – Ex ) Ηλεκτρικό μοντέλο Νόμος του Ohm: V = I R = I/G Vm= mV Im= amps Rm= ohm X cm2 Gm= siemens/cm2 Ix = Gx ( Vm – Ex ) Κινητήρια δύναμη = Gx ( Vm – Ex )

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΙΕΓΕΡΣΗ – ΔΥΝΑΜΙΚΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Νευρικά κύτταρα Μυικά κύτταρα

Κλιμακωτά δυναμικά

Δυναμικά ενέργειας Ουδός και η απόκριση “όλα ή τίποτα”

Διάδοση Δυναμικού Ενέργειας Δυναμικό ενέργειας σε εμμύελο και αμύελο άξονα