Chuong 3 co so dien sinh hoc

CƠ SỞ ĐIỆN SINH HỌC Mục tiêu: • Tổng quan • Neuron • Xác định mối liên hệ giữa nồng độ ion và dòng chuyển dời của ion • Định nghĩa điện thế tĩnh và động của màng tế bào • Mô tả ảnh hưởn

CƠ SỞ ĐIỆN SINH HỌC

 Mục tiêu:

• Tổng quan

• Neuron

• Xác định mối liên hệ giữa nồng độ ion và dòng

chuyển dời của ion

• Định nghĩa điện thế tĩnh và động của màng tế bào

• Mô tả ảnh hưởng mật độ ion đến sự thay đổi điện thế màng tế bào

• Định nghĩa định luật Fick và định luật Ohm

• Dẫn ra biểu thức và các tính toán cơ sở hiệu thế

Nerst

• Dẫn ra biểu thức và các tính toán cơ sở sự cân bằng Donnan

• Mô hình cơ bản về mạch điện tương đương của màng

tế bào và mạch Thévenin tương đương

 Một nơron là những tế bào thần kinh có chức

năng truyền dẫn các xung điện

 Soma là thân của nơron.

 Các dendrites là các dây mảnh, dài, gắn liền với

soma, chúng truyền dữ liệu (dưới dạng xung

điện thế) đến cho soma xử lý.

 Axons có khả năng phát các xung điện thế,

chúng là các dây dẫn tín hiệu từ nơron đi các nơi

khác

 Axon nối với các dendrites của các nơron khác

thông qua những mối nối đặc biệt gọi là synapse

Điện thế màng tế bào

• Lịch sử: Thí nghiệm Galvani (1791) và diễn giải của Volta

• Được tạo nên do sự khác biệt về phân bố ion trong và

ngoài màng tế bào Hiện tượng đó được tạo nên do tính

thẩm thấu có chọn lọc của màng tế bào đối với các ion và

các bơm ion chủ động.

• Bên ngoài màng chủ yếu là Na+ và Cl-, bên trong là K+ và

A-.

• Điện thế tế bào đóng vai trò quan trọng đối với tế bào thần

kinh

• Điện thế tĩnh: Vm=vi – vo, với vi: điện thế bên trong màng,

vo: điện thế bên ngoài thường quy ước bằng 0 mV.

• Đối với phần lớn các tế bào, Vm~-60mV.

• Điện thế động - sự hoạt cực và khử cực

Các định luật vật lý cơ sở

• Định luật Fick

 J: dòng ion khuếch tán

 I: mật độ ion

 Dx: độ dày màng tế bào

 D: hệ số khuếch tán

• Định luật Ohm

 I: dòng ion dịch chuyển trong điện trường

 : độ linh động của ion

 Z: số Z của ion

 V: hiệu thế qua màng; dv/dx = (-E)

• Biểu thức Einstein

 k: hằng số Bolzmann 1,38.10 -23 J/K

 T: nhiệt độ tuyệt đối

 q: đô lớn điện tích

Chương 3: Cơ sở điện sinh học

Hiệu thế màng tĩnh – Ph trình Nersnt

• Sử dụng các định luật vật lý cơ sở, có thể dẫn ra biểu thức của phương trình Nersnt như sau:

• Ở nhiệt độ phòng: kT/q = 26mV

Hiệu thế màng tĩnh – Sự cân bằng Donnan

• Ở trạng thái cân bằng thế Nersnt đối với K+ và

Cl-phải bằng nhau:



• Biểu thức trên được gọi là sự cân bằng Donnan

Chương 3: Cơ sở điện sinh học

Hiệu thế màng tĩnh – Ph.trình Goldman

• Phương trình Goldman biểu thị điện thế màng tế bào đối với nhiều loại ion thẩm thấu được, ví dụ đ.v tế

bào có các ion K+, Na+ và CL-:

• Với PX là độ thẩm thấu của ion X.

BƠM ION

 Ở trạng thái tĩnh, điện tích hay nồng độ ion ở 2 bên màng phải duy trì hay dòng điện tích đi vào và đi ra ngoài màng phải bằng nhau.

 Dòng Na+ đi vào trong, dòng K+ đi ra ngoài (do lực khuếch tán lớn hơn).

 [K+]i=0 ? -> Bơm ion Na-K, bơm 3 Na+ ra ngoài và 2K+ vào trong

Mô hình mạch điện tương

đương của màng tế bào

• Các linh kiện điện tương

đương:

 Nguồn điện động E do sự

chênh lệch nồng độ ion 2

bên màng tế bào.

 Điện trở: R=1/G

 Tụ điện - điện dung màng

tế bào ~  F

• Mô hình mạch điện tương đương

của màng tế bào có thể giúp tính

toán đơn giản các tính toán điện

thế tế bào phức hợp (như trong mô

hình điện thế động

Hodgkin-Huxley chẳng hạn)

Suất điện động

 Nguồn điện động E do sự chênh lệch nồng độ ion 2 bên màng tế bào.

Điện trở

 Do va chạm của ion với kênh ion khi di chuyển qua kênh.

Tụ điện

 Do 2 lớp Lipid kép ở hai bên màng là cách điện

Bơm Na -K

 Có dòng tĩnh của ion K ra ngoài màng tế bào và dòng tĩnh

Na đi vào trong màng tế bào dẫn đến thế Nerst E K và Ena bằng 0

 Bơm ion Na – K -> bơm 3 Na+ ra ngoài và 2K+ vào trong

để duy trì điện thế màng tế bào Vm

Phương pháp giải mô hình mạch điện tương đương của màng tế bào

• Mô hình mạch tương đương Thevenin

• Mô hình điện thế động Hodgkin- Huxley (Seminar)

Chương 3: Cơ sở điện sinh học

K K

m

Th V E IR

K Na

K Na Th

R R

R

R R



Điện thế động màng tế bào

 Điện thế động xảy ra khi điện thế màng đạt tới giá trị

ngưỡng, độ dẫn điện của các kênh Na – K chủ động thay đổi theo thời gian – điện áp sẽ đẩy Vm đến Ena, sau đó quay lại

Ek và cuối cùng quay về điện thế nghỉ

Điện thế động màng tế bào

 Độ dẫn điện của Kali

Điện thế động màng tế bào

Vrp =-60mV là điện thế nghỉ của màng khi không có kích thích

 Độ dẫn điện của Natri

Điện thế động màng tế bào