LTP in de hippocampale formatie
Sterke depolarisatie in de postsynaptische membraan is het sleutelbegrip. Neem de Schaffercollateralen als uitgangspunt. LTP treedt slechts op indien de postsynaptische cel sterk gedepolariseerd raakt en indien de activiteiten in de pre- en postsynaptische cel vrijwel simultaan plaatsvinden (de depolarisatie van de postsynaptische cel geschiedt binnen 100 ms ná de exocytose). LTP regardeert alleen de actieve synapsen van het betreffende neuron. Door dit mechanisme wordt informatie selectief opgeslagen. Welk proces in CA1 heeft meer effect: sterke, specifieke stimulatie met LTP van één actieve synaps (site 1) tot gevolg, of sterke stimulatie van site 1 en zwakke, maar wel simultane stimulatie van site 2? De tweede optie: de associativiteit van site 1 en 2 impliceert versterking van LTP.
AMPA en NMDA
Gedurende de rustpotentiaal is het NMDA-kanaal in de postsynaptische membraan, geblokkeerd door Mg2+. Dit magnesiumblok verhindert de influx van Ca2+-ionen. De excitatoire transmitter glutamaat bindt aan NMDA- en AMPA-receptoren. Het geblokkeerde NMDA-kanaal is voltage-gated; sterke depolarisatie brengt veranderingen in de synaps teweeg (zie eerder bericht: actiepotentiaal en synaptische transmissie). Sterke stimulatie en daarmee een in duur toegenomen depolarisatie bewerktstelligt de verwijdering van het magnesiumblok uit het NMDA-kanaal.
De influx van calciumionen in het NMDA-kanaal en daarmee een toename van de concentratie van positief geladen Ca2+-ionen in de dendrieten van het postsynaptisch neuron, leidt tot LTP. Twee processen zijn noodzakelijk voor LTP: duidelijk is dat het NMDA-kanaal slecht geopend kan worden indien glutamaat aan de ligand bindt en indien simultaan (binnen het tijdsbestek van 100 ms) depolarisatie in het postsynaptisch neuron optreedt.
Terug naar site 1 en 2. Site 1 wordt sterk gestimuleerd. De zwakke stimulatie van site 2 is voldoende voor een exocytose van glutamaat, maar het Mg2+-blok zal niet uit het NMDA-kanaal gedreven worden. De simultane, krachtige stimulatie van site 1 zorgt echter wel voor de nodige depolarisatie.
Second messengers
Een logisch gevolg is dat synaptische transmissie wordt bevorderd door de influx van Ca2+ in de postsynaptische cel, via geactiveerde NMDA-kanalen. Calciumionen worden aangetrokken door de "second messengers" CaMKII (Ca2+ calmoduline kinase) en proteïne kinase C (PKC). De bevordering van LTP heeft retrograde transmissie (dus richting de site van de synaptische transmissie) tot effect. De synaptische plasticiteit (uitdrukking van LTP) wordt duidelijk, als blijkt dat nieuwe AMPA-receptoren in de postsynaptische membraan worden geïnstalleerd. De additieve AMPA-receptoren zouden synaptische transmissie versterken voor de duur van de LTP.
Posts tonen met het label neurofysiologie. Alle posts tonen
Posts tonen met het label neurofysiologie. Alle posts tonen
vrijdag 14 oktober 2016
zondag 11 september 2016
Elektrofysiologie: rustpotentiaal en actiepotentiaal (axonaal)
Ga uit van een excitatoire cel, zoals het neuron. Er wordt een micro-elektrode in het neuron en op de neuriet geplaatst. Gedurende de rustpotentiaal is de binnenkant van de membraan elekrtisch negatief geladen en de buitenzijde van de membraan is positief geladen; de elektrische lading bedraagt gemiddeld -60 mV (tussen -50 en -80 mV (= 1/1000 V) ). De verhouding tussen kalium-, natrium- en chloorionen is stabiel: de concentratie van kaliumionen binnen de membraan is hoog, de concentratie Na en Cl is buiten de membraan hoog.
Elektrofysiologische processen: het bereiken van het evenwicht
De membraan van een neuron is selectief permeabel: ionkanalen staan kaliumionen toe om de membraan in te stromen of te verlaten. Hoe wordt de rustpotentiaal aangedreven? Simpelweg: door diffusie van moleculen (de verspreiding van kaliumionen van een locatie met hoge concentratie naar een locatie met lage molecuulconcentratie) en elektrostatische druk (positief geladen kaliumionen worden door de negatief geladen membraan aangetrokken en negatief geladen deeltjes verlaten de membraan, op weg naar de positief geladen extracellulaire ruimte).
Binnen de membraan bevindt zich een grote hoeveelheid negatief geladen moleculen. Anders dan de kaliumionen (en natriumionen in het geval van polarisatie, want normaliter is de membraan niet-permeabel voor andere ionen dan kaliumionen), kunnen deze negatief geladen moleculen de membraan niet verlaten. De natrium-kaliumpomp pompt natriumionen naar buiten, om kaliumionen binnen te halen. De binnenzijde van de membraan bouwt de hoeveelheid positief geladen kaliumionen op; de kaliumionen zijn vrijwel simultaan aan efflux onderhevig, waardoor de binnenkant van de membraan een negatieve lading bereikt. Het evenwicht is gelijk aan de rustpotentiaal: de influx en efflux van kaliumionen levert een spanning van ca. -60 mV op.
Actiepotentiaal: hyperpolarisatie en depolarisatie
Hyperpolarisatie is een toename van de negatieve lading binnen de membraan. Hyperpolariserende impulsen brengen geen actiepotentiaal teweeg in het neuron; de potentiaal is passief. Wordt aan de axon hillock een piek van ongeveer -80 mV gemeten, zo is de hyperpolarisatie op bepaalde afstand weliswaar op eenzelfde moment waarneembaar, maar de spanning bedraagt niet meer dan tussen de -60 en -70 mV.
De drempelwaarde van depolarisatie ter hoogte van de axon hillock, bedraagt -40 mV. Depolarisatie boven deze drempelwaarde, brengt een actiepotentiaal teweeg. De actiepotentiaal heeft een waarde van ongeveer + 20 mV. Opvallend is dat de actiepotentiaal op iedere locatie dezelfde spanning weergeeft. Het overschrijden van de drempelwaarde van de depolarisatie heeft géén invloed op de amplitude van de actiepotentiaal: de welbekende "alles-of-niets-wet" houdt in dat slechts de overschrijding van de drempelwaarde bepaalt of de actiepotentiaal aanzet tot vuren op het kanaal.
De doorlatendheid van de membraan verandert onder invloed van elektrische prikkels. Is de binnenkant van de membraan meer positief geladen, dan is de membraan meer toegankelijk voor natriumdeeltjes. Bij het bereiken van de drempelwaarde van de depolarisatie, opent zich een aantal spanningsafhankelijke natriumkanalen. Enkele positief geladen natriumdeeltjes stromen de membraan in; dit proces bewerkstelligt een toename in depolarisatie, waardoor natriumionen aan influx onderhevig zijn. Kaliumdeeltjesverlaten het open kaliumkanaal. Bij een waarde van -40 mV wordt de evenwichtspotentiaal voor natriumionen bereikt.
Wanneer de natriumkanalen zijn geïnactiveerd (niet: gesloten) , kan de neuriet niet verder worden geprikkeld: de absoluut refractaire periode is aangebroken. Deze periode duurt 1/1000 seconde, gelijk de actiepotentiaal. Gedurende de op de absoluut refractaire periode volgende relatief refractaire periode, duurt het proces van het uitstromen van kaliumionen voort. De repolarisatie van het axon leidt tot tijdelijke hyperpolarisatie. Alle spanningsafhankelijke kanalen (dus zowel Na- als K-kanalen) sluiten; het open kaliumkanaal laat de kaliumionen weer in- en uitstromen. Onthoud dat het soma en de dendrieten in de regel weinig spanningsafhankelijke kanalen bezitten.
Elektrofysiologische processen: het bereiken van het evenwicht
De membraan van een neuron is selectief permeabel: ionkanalen staan kaliumionen toe om de membraan in te stromen of te verlaten. Hoe wordt de rustpotentiaal aangedreven? Simpelweg: door diffusie van moleculen (de verspreiding van kaliumionen van een locatie met hoge concentratie naar een locatie met lage molecuulconcentratie) en elektrostatische druk (positief geladen kaliumionen worden door de negatief geladen membraan aangetrokken en negatief geladen deeltjes verlaten de membraan, op weg naar de positief geladen extracellulaire ruimte).
Binnen de membraan bevindt zich een grote hoeveelheid negatief geladen moleculen. Anders dan de kaliumionen (en natriumionen in het geval van polarisatie, want normaliter is de membraan niet-permeabel voor andere ionen dan kaliumionen), kunnen deze negatief geladen moleculen de membraan niet verlaten. De natrium-kaliumpomp pompt natriumionen naar buiten, om kaliumionen binnen te halen. De binnenzijde van de membraan bouwt de hoeveelheid positief geladen kaliumionen op; de kaliumionen zijn vrijwel simultaan aan efflux onderhevig, waardoor de binnenkant van de membraan een negatieve lading bereikt. Het evenwicht is gelijk aan de rustpotentiaal: de influx en efflux van kaliumionen levert een spanning van ca. -60 mV op.
Actiepotentiaal: hyperpolarisatie en depolarisatie
Hyperpolarisatie is een toename van de negatieve lading binnen de membraan. Hyperpolariserende impulsen brengen geen actiepotentiaal teweeg in het neuron; de potentiaal is passief. Wordt aan de axon hillock een piek van ongeveer -80 mV gemeten, zo is de hyperpolarisatie op bepaalde afstand weliswaar op eenzelfde moment waarneembaar, maar de spanning bedraagt niet meer dan tussen de -60 en -70 mV.
De drempelwaarde van depolarisatie ter hoogte van de axon hillock, bedraagt -40 mV. Depolarisatie boven deze drempelwaarde, brengt een actiepotentiaal teweeg. De actiepotentiaal heeft een waarde van ongeveer + 20 mV. Opvallend is dat de actiepotentiaal op iedere locatie dezelfde spanning weergeeft. Het overschrijden van de drempelwaarde van de depolarisatie heeft géén invloed op de amplitude van de actiepotentiaal: de welbekende "alles-of-niets-wet" houdt in dat slechts de overschrijding van de drempelwaarde bepaalt of de actiepotentiaal aanzet tot vuren op het kanaal.
De doorlatendheid van de membraan verandert onder invloed van elektrische prikkels. Is de binnenkant van de membraan meer positief geladen, dan is de membraan meer toegankelijk voor natriumdeeltjes. Bij het bereiken van de drempelwaarde van de depolarisatie, opent zich een aantal spanningsafhankelijke natriumkanalen. Enkele positief geladen natriumdeeltjes stromen de membraan in; dit proces bewerkstelligt een toename in depolarisatie, waardoor natriumionen aan influx onderhevig zijn. Kaliumdeeltjesverlaten het open kaliumkanaal. Bij een waarde van -40 mV wordt de evenwichtspotentiaal voor natriumionen bereikt.
Wanneer de natriumkanalen zijn geïnactiveerd (niet: gesloten) , kan de neuriet niet verder worden geprikkeld: de absoluut refractaire periode is aangebroken. Deze periode duurt 1/1000 seconde, gelijk de actiepotentiaal. Gedurende de op de absoluut refractaire periode volgende relatief refractaire periode, duurt het proces van het uitstromen van kaliumionen voort. De repolarisatie van het axon leidt tot tijdelijke hyperpolarisatie. Alle spanningsafhankelijke kanalen (dus zowel Na- als K-kanalen) sluiten; het open kaliumkanaal laat de kaliumionen weer in- en uitstromen. Onthoud dat het soma en de dendrieten in de regel weinig spanningsafhankelijke kanalen bezitten.
Abonneren op:
Posts (Atom)