TPMO1+Nervceller+lärandemål

=Lärandemål nervceller=

**Olika typer av jonkanaler och deras funktionella egenskaper**
Membrankanaler är protein av olika slag. Jonkanaler släpper igenom joner av ett visst slag. Jonkanalerna kan delas upp i aktiva och passiva kanaler. Vissa kanaler, läckage-kanaler (”leakage” eller ”nongated channels”) är alltid öppna. Aktiva kanaler är ”gated” och de ändrar form och tillåter passage eller stängs beroende på vad de får för specifika signaler. De aktiva kanalerna kan vidare delas upp i pumpar och växlare.

> Kemiska kanaler som öppnas eller stängs av en specifik molekyl, t.ex. en neurotransmittor. > GABA kan hämma nervcellen från att bilda en aktionspotential genom att öppna kloridkanaler. Då flödar Cl- in i cellen och membranpotentialen sänks därmed, så tröskelvärdet inte kan uppnås. > Glutamat kan istället stimulera aktionspotential genom att öppna kalciumkanaler. Då flödar Ca2+ in i cellen och membranpotentialen höjs, det sker en depolarisering, så tröskelvärdet lättare uppnås. > > Voltberoende / elektriska kanaler som öppnas och stängs beroende på ändringar i membranpotentialen. > > Mekaniska stimuli öppnar/stänger jonkanal, ex beröring, vibrationer såsom ljudvågor eller sträckning av vävnad, exempelvis sensoriska receptorer för beröring och tryck.
 * **//Ligandberoende kanal// (**”kemisk jonkanal” eller ligandkanal)
 * **//Spänningsreglerade kanaler//**
 * //**Mekanisk kanal**//

**Principerna för uppkomst och reglering av membranpotential**
I alla celler ligger det en skillnad i elektrisk spänning över membranet – membranpotential – beroende på olika elektriskt laddade joner i vätskorna i och utanför cellen. ATP-drivna Na-K-pumpar i cellmembranet ger en aktiv jontransport som skapar och bibehåller en mycket hög intracellulär K+-jonkoncentration (2 stycken K+ pumpas in) och en låg Na+-jonkoncentration (3 Na+ pumpas ut), samt tvärtom extracellulärt. Skillnaderna i jonkoncentration upprätthålls:
 * 1) Av jonpumpar i membranet som aktivt pumpar ut natriumjoner ur cellen och in kaliumjoner i cellen - Na/K-pumpen. Även om det till största delen är K+ som skapar membranpotentialen genom att vandra ut ur cellen så läcker även en liten mängd Na+ in i cellen samtidigt. Denna pump, som skickar tillbaka 3Na+ ut ur cellen samtidigt som 2K+ åker in, hjälper till att underhålla membranpotentialen.
 * 2) Av ständigt öppna jonkanaler - "läckkanaler". På grund av skillnaden i koncentration som kommer att leda till att jonerna i de olika vätskorna dessutom diffunderar in och ut ur cellen genom ständigt öppna jonkanaler - "läckkanaler" – från områden med hög koncentration till områden där koncentrationen av den aktuella jonen är lägre. Jonerna följer alltså en koncentrationsgradient. Dessa jonkanaler är specifika för vissa joner. Eftersom K+ från utsidan inte gärna "läcker" in, mot sin koncentrationsgradient, utan läcker ut, kommer cellen att förlora +laddningar till utsidan. På grund av att kanalerna för kaliumjoner är mer genomsläppliga än kanalerna för natriumjoner, kommer det att ligga något fler positiva kaliumjoner utanför membranet än det finns positiva natriumjoner inne i cellerna. Insidan av cellmembranet får på detta sätt en laddning på 70mV lägre än utsidan. Denna snedfördelning av joner ger upphov till en polarisering – negativ insida och positiv utsida. I vila är membranpotentialen cirka – 70 millivolt (mV) för en nervcell.
 * 3) Av jontransportörer, exempelvis den för Cl-. Dessa drivs av de koncentrationsgradienter som uppkommer via tidigare nämnda jonpumpar.

Aktionspotentialen – hur den uppkommer och fortleds
Själva aktionspotentialen uppstår i ett segment av axonen som kallas initialsegment (AIS = action initial segment). Det segmentet befinner sig 20 – 100 µM ifrån somat. I initialsegmentet är de spänningsberoende kanalerna extra koncentrerade. Eftersom det är en population av spänningsberoende kanaler så kommer några att reagera på volt i det lägre intervallet. Koncentrationen av spänningsberoende kanaler i initialsegmentet gör alltså att tröskelvärdet där är som lägst, en aktionspotential kommer därför först att uppstå i initialsegmentet. Aktionspotentialen uppstår enligt följande: > > > > >
 * 1) //**Depolarisering**// - spänningsstyrda natriumkanaler aktiveras vid ett tröskelvärde, -55 mV. De går då från ett viloläge till ett aktivt läge.
 * 1) **Overshoot** - de spänningsstyrda natriumkanalerna kommer i detta område att inaktiveras, och de spänningsstyrda kaliumkanalerna kommer aktiveras. Detta sker pga att kaliumkanalerna aktiveras senare än natriumkanalerna, vid +30 mV.
 * 1) **Repolarisering** - utflödet av kaliumjoner leder till att aktionspotentialen minskar till nästan -95 mV, nära kaliumjonens jämviktspotential.
 * 1) **Efterhyperpolarisering** - både natrium- och kalciumkanalerna är nu stängda. Membranpotentialen kommer sakta röra sig tillbaka mot vilomembranpotentialen på -70 mV.

Om membranpotentialen aldrig kommer upp till de spänningsstyrda natriumkanalernas tröskelvärde på -55 mV och exempelvis stannar vid -60 mV kommer ingen aktionspotential uppstå.

Synaptisk plasticitet i samband med inlärning och minne
Snypaser kan lagra information. AMPA öppnas när glutamat binder till den och börjar släppa natrium- och kaliumjoner genom kanalen. NMDA kanalen släpper in kalcium vilket är viktigt för framkallning av LTP. NMDA-receptorn spelar alltså en nyckelroll. Vid ökad kortvarig högfrekvent stimulering av nervfibrerna blir det en hög aktivitet. Det synaptiska svaret/potentialen ökar. Först radikalt, men sedan något mindre. Men nivån kommer att var högre efter experimentet. Denna långtidsplasticitet beror på det ökade kalciumflödet genom NMDA-receptorerna. Ett starkt kalciuminflödet leder till att fler AMPA receptorer färdas från ursprungsläget till postsynapsens membran. Det ger ett starkare svar eftersom det finns fler receptorer som kan svara på signalen, en depolarisering kan ske fortare.

Detta har nytta i samband med inlärning genom att synapser som ofta används kommer vara starkare i sitt svar. Därför kommer repetition av exempelvis en rörelse leda till att nervsystemet till slut bildar ett starkt engram för den. Genom att göra rörelsen gång på gång kommer det att bli lättare att ta fram den framöver och lättare för nervsystemet att utföra den. Exemplet att lära sig cykla - man har fått en inlärning och det kvarstår i minnet för att kunna tas fram när som helst i framtiden.

Ett externt stimuli kan aktivera flera nervceller (en grupp av nervceller), som mellan dem har reciproka förbindelser mellan sina neuron. Hebbian modifikation stärker denna reciproka förbindelse för dem neuron som är aktiva samtidigt. De förstärkta förbindelserna av nervcellsguppen innehåller då det sk engrammet för stimuli. Efter nervcellerna har införskaffat detta engram behövs bara en del av det ursprungliga stimuli för att engrammet ska utlösas.

Hur aktionspotentialens fortledning kan påverkas
Myelin, Diameter, Temperatur. Gemensamt påverkar de ledningshastigheten hos axonet. > > > Cm↓ C = kapacitans m= membran > > En aktionspotential kan alltså snabbare färdas i en myelinerad axon. > > > > > > > >
 * **Myelin** ökar resistensen över membranet, det kan liknas vid en läckande slang som tejpas för att minska läckaget. Läckaget beror på de olika jonkanalerna. Myelin tätar alltså axonet genom att täta jonkanalerna så att ström inte kan läcka ut. Axonet kan då mer effektivt depolarisera framförvarande segment (en sk Ranviersk nod) Rm↑ R = resistensen m = membran
 * **Nästa effekt av myelinet** är minskad membrankapacitans = förmåga att lagra laddningar. Myelin minskar axonets membrankapacitans.
 * Myelinet gör att det blir längre mellan spänningarna och de dras därför inte lika hårt mot varandra som i ett omyeliniserat axon. Spänningarna i det elektriska fältet har minskat i styrka genom att myelinet separerar laddningarna på axonens in- och utsida. Effekten blir att en spänningsstyrd natriumkanal fortare kan depolarisera, eftersom det är färre negativa laddningar nära membranet (där den spänningsstyrda kanalen verkar) jämfört med i ett omyeliniserat axon.
 * **När diametern** blir större på axonet ökar dess ledningshastighet. Det beror på att dess inre resistens minskar. Det finns då fler laddningsbärare per axonsegment som kan bära strömmen framåt. Ri↓ Intracellulär resistans sjunker. Resistensen inne i axonet (inte över membranet). Effekten av minskad resistensen och myelin kan kombineras och ger då ökad hastighet.
 * **Temperaturer påverkar**, ledningshastigheten är optimal vid 37 grader. Det beror på att spänningskänsliga natriumkanaler beter sig som enzymer och därmed är känsliga för temperaturer. Gaterna påverkas av temperatur. Vid 37 grader är det optimerat för att så många Na+ joner som möjligt ska kunna kan ta sig igenom kanalen medan den är öppen. Vid lägre temperatur så kommer aktiveringsgaten att öppna långsammare och även inaktiveringsgaten stänga långsammare. Nettot blir då att bli att färre joner kommer igenom. Vid en högre temperatur så kommer inaktiveringsgaten att stänga tidigare och färre natriumjoner kommer att kunna passera igenom innan stängning.

**//Glutamatsynaps är exitatorisk och finns hos pyramidceller. Den synaptiska signaleringen retar.//**
Det finns två receptorer i glutamatsynapsen: AMPA-receptor och NMDA-receptor.

AMPA kräver bara att glutamat frisätts i synapsen för att öppnas och släppa in natriumjoner och ut kaliumjoner.

NMDA är permeabelt för Na+, Ca2+ och K+. Na+ och Ca2+ kommer gå in, K+ ut. NMDA-receptorn kräver både glutamat och att membranet är depolariserat för att öppnas. De är ligandstyrda och styrs av glutamat, som ändrar receptorns konformation så att den bildar en kanal genom cellmembranet.

Den ökade mängden natriumjoner via både NMDA-receptorn och AMPA-receptorn leder till att det kommer ske en depolarisering. På så sätt kommer det bli lättare för en aktionspotential att uppstå, glutamatsynapsen fungerar som en "gas".

GABA kan hämma nervcellen från att bilda en aktionspotential genom att öppna kloridkanaler i GABA-receptorer. Då flödar Cl- in i cellen och membranpotentialen sänks därmed, så tröskelvärdet inte kan uppnås. Depolariseringen motverkas och en ev. uppkommen aktionspotential kommer då blockas. Detta sker om membranpotentialen är högre än reverseringspotentialen för GABA-receptorn = -60 mV. Resultatet blir att membranpotentialen sjunker till -60 mV igen. GABA-synapsen fungerar som en "broms". =Lärandemål nervcellsfysiologi=
 * //GABA-synaps är inhibitorisk och finns hos interneuron.//**

**Olika typer av jonkanaler och deras funktionella egenskaper**
Membrankanaler är protein av olika slag. Jonkanaler släpper igenom joner av ett visst slag. Jonkanalerna kan delas upp i aktiva och passiva kanaler. Vissa kanaler, läckage-kanaler (”leakage” eller ”nongated channels”) är alltid öppna. Aktiva kanaler är ”gated” och de ändrar form och tillåter passage eller stängs beroende på vad de får för specifika signaler. De aktiva kanalerna kan vidare delas upp i pumpar och växlare.

> Kemiska kanaler som öppnas eller stängs av en specifik molekyl, t.ex. en neurotransmittor. > GABA kan hämma nervcellen från att bilda en aktionspotential genom att öppna kloridkanaler. Då flödar Cl- in i cellen och membranpotentialen sänks därmed, så tröskelvärdet inte kan uppnås. > Glutamat kan istället stimulera aktionspotential genom att öppna kalciumkanaler. Då flödar Ca2+ in i cellen och membranpotentialen höjs, det sker en depolarisering, så tröskelvärdet lättare uppnås. > > Voltberoende / elektriska kanaler som öppnas och stängs beroende på ändringar i membranpotentialen. > > Mekaniska stimuli öppnar/stänger jonkanal, ex beröring, vibrationer såsom ljudvågor eller sträckning av vävnad, exempelvis sensoriska receptorer för beröring och tryck.
 * **//Ligandberoende kanal// (**”kemisk jonkanal” eller ligandkanal)
 * **//Spänningsreglerade kanaler//**
 * //**Mekanisk kanal**//

**Principerna för uppkomst och reglering av membranpotential**
I alla celler ligger det en skillnad i elektrisk spänning över membranet – membranpotential – beroende på olika elektriskt laddade joner i vätskorna i och utanför cellen. ATP-drivna Na-K-pumpar i cellmembranet ger en aktiv jontransport som skapar och bibehåller en mycket hög intracellulär K+-jonkoncentration (2 stycken K+ pumpas in) och en låg Na+-jonkoncentration (3 Na+ pumpas ut), samt tvärtom extracellulärt. Skillnaderna i jonkoncentration upprätthålls:
 * 1) Av jonpumpar i membranet som aktivt pumpar ut natriumjoner ur cellen och in kaliumjoner i cellen - Na/K-pumpen. Även om det till största delen är K+ som skapar membranpotentialen genom att vandra ut ur cellen så läcker även en liten mängd Na+ in i cellen samtidigt. Denna pump, som skickar tillbaka 3Na+ ut ur cellen samtidigt som 2K+ åker in, hjälper till att underhålla membranpotentialen.
 * 2) Av ständigt öppna jonkanaler - "läckkanaler". På grund av skillnaden i koncentration som kommer att leda till att jonerna i de olika vätskorna dessutom diffunderar in och ut ur cellen genom ständigt öppna jonkanaler - "läckkanaler" – från områden med hög koncentration till områden där koncentrationen av den aktuella jonen är lägre. Jonerna följer alltså en koncentrationsgradient. Dessa jonkanaler är specifika för vissa joner. Eftersom K+ från utsidan inte gärna "läcker" in, mot sin koncentrationsgradient, utan läcker ut, kommer cellen att förlora +laddningar till utsidan. På grund av att kanalerna för kaliumjoner är mer genomsläppliga än kanalerna för natriumjoner, kommer det att ligga något fler positiva kaliumjoner utanför membranet än det finns positiva natriumjoner inne i cellerna. Insidan av cellmembranet får på detta sätt en laddning på 70mV lägre än utsidan. Denna snedfördelning av joner ger upphov till en polarisering – negativ insida och positiv utsida. I vila är membranpotentialen cirka – 70 millivolt (mV) för en nervcell.
 * 3) Av jontransportörer, exempelvis den för Cl-. Dessa drivs av de koncentrationsgradienter som uppkommer via tidigare nämnda jonpumpar.

Aktionspotentialen – hur den uppkommer och fortleds
Själva aktionspotentialen uppstår i ett segment av axonen som kallas initialsegment (AIS = action initial segment). Det segmentet befinner sig 20 – 100 µM ifrån somat. I initialsegmentet är de spänningsberoende kanalerna extra koncentrerade. Eftersom det är en population av spänningsberoende kanaler så kommer några att reagera på volt i det lägre intervallet. Koncentrationen av spänningsberoende kanaler i initialsegmentet gör alltså att tröskelvärdet där är som lägst, en aktionspotential kommer därför först att uppstå i initialsegmentet. Aktionspotentialen uppstår enligt följande: > > > > >
 * 1) //**Depolarisering**// - spänningsstyrda natriumkanaler aktiveras vid ett tröskelvärde, -55 mV. De går då från ett viloläge till ett aktivt läge.
 * 1) **Overshoot** - de spänningsstyrda natriumkanalerna kommer i detta område att inaktiveras, och de spänningsstyrda kaliumkanalerna kommer aktiveras. Detta sker pga att kaliumkanalerna aktiveras senare än natriumkanalerna, vid +30 mV.
 * 1) **Repolarisering** - utflödet av kaliumjoner leder till att aktionspotentialen minskar till nästan -95 mV, nära kaliumjonens jämviktspotential.
 * 1) **Efterhyperpolarisering** - både natrium- och kalciumkanalerna är nu stängda. Membranpotentialen kommer sakta röra sig tillbaka mot vilomembranpotentialen på -70 mV.

Om membranpotentialen aldrig kommer upp till de spänningsstyrda natriumkanalernas tröskelvärde på -55 mV och exempelvis stannar vid -60 mV kommer ingen aktionspotential uppstå.

Synaptisk plasticitet i samband med inlärning och minne
Snypaser kan lagra information. AMPA öppnas när glutamat binder till den och börjar släppa natrium- och kaliumjoner genom kanalen. NMDA kanalen släpper in kalcium vilket är viktigt för framkallning av LTP. NMDA-receptorn spelar alltså en nyckelroll. Vid ökad kortvarig högfrekvent stimulering av nervfibrerna blir det en hög aktivitet. Det synaptiska svaret/potentialen ökar. Först radikalt, men sedan något mindre. Men nivån kommer att var högre efter experimentet. Denna långtidsplasticitet beror på det ökade kalciumflödet genom NMDA-receptorerna. Ett starkt kalciuminflödet leder till att fler AMPA receptorer färdas från ursprungsläget till postsynapsens membran. Det ger ett starkare svar eftersom det finns fler receptorer som kan svara på signalen, en depolarisering kan ske fortare.

Detta har nytta i samband med inlärning genom att synapser som ofta används kommer vara starkare i sitt svar. Därför kommer repetition av exempelvis en rörelse leda till att nervsystemet till slut bildar ett starkt engram för den. Genom att göra rörelsen gång på gång kommer det att bli lättare att ta fram den framöver och lättare för nervsystemet att utföra den. Exemplet att lära sig cykla - man har fått en inlärning och det kvarstår i minnet för att kunna tas fram när som helst i framtiden.

Ett externt stimuli kan aktivera flera nervceller (en grupp av nervceller), som mellan dem har reciproka förbindelser mellan sina neuron. Hebbian modifikation stärker denna reciproka förbindelse för dem neuron som är aktiva samtidigt. De förstärkta förbindelserna av nervcellsguppen innehåller då det sk engrammet för stimuli. Efter nervcellerna har införskaffat detta engram behövs bara en del av det ursprungliga stimuli för att engrammet ska utlösas.

Hur aktionspotentialens fortledning kan påverkas
Myelin, Diameter, Temperatur. Gemensamt påverkar de ledningshastigheten hos axonet. > > Cm↓ C = kapacitans m= membran > > En aktionspotential kan alltså snabbare färdas i en myelinerad axon. > > > > >
 * **Myelin** ökar resistensen över membranet, det kan liknas vid en läckande slang som tejpas för att minska läckaget. Läckaget beror på de olika jonkanalerna. Myelin tätar alltså axonet genom att täta jonkanalerna så att ström inte kan läcka ut. Axonet kan då mer effektivt depolarisera framförvarande segment (en sk Ranviersk nod) Rm↑ R = resistensen m = membran
 * **Nästa effekt av myelinet** är minskad membrankapacitans = förmåga att lagra laddningar. Myelin minskar axonets membrankapacitans.
 * Myelinet gör att det blir längre mellan spänningarna och de dras därför inte lika hårt mot varandra som i ett omyeliniserat axon. Spänningarna i det elektriska fältet har minskat i styrka genom att myelinet separerar laddningarna på axonens in- och utsida. Effekten blir att en spänningsstyrd natriumkanal fortare kan depolarisera, eftersom det är färre negativa laddningar nära membranet (där den spänningsstyrda kanalen verkar) jämfört med i ett omyeliniserat axon.
 * **När diametern** blir större på axonet ökar dess ledningshastighet. Det beror på att dess inre resistens minskar. Det finns då fler laddningsbärare per axonsegment som kan bära strömmen framåt. Ri↓ Intracellulär resistans sjunker. Resistensen inne i axonet (inte över membranet). Effekten av minskad resistensen och myelin kan kombineras och ger då ökad hastighet.
 * **Temperaturer påverkar**, ledningshastigheten är optimal vid 37 grader. Det beror på att spänningskänsliga natriumkanaler beter sig som enzymer och därmed är känsliga för temperaturer. Gaterna påverkas av temperatur. Vid 37 grader är det optimerat för att så många Na+ joner som möjligt ska kunna kan ta sig igenom kanalen medan den är öppen. Vid lägre temperatur så kommer aktiveringsgaten att öppna långsammare och även inaktiveringsgaten stänga långsammare. Nettot blir då att bli att färre joner kommer igenom. Vid en högre temperatur så kommer inaktiveringsgaten att stänga tidigare och färre natriumjoner kommer att kunna passera igenom innan stängning.

**//Glutamatsynaps är exitatorisk och finns hos pyramidceller. Den synaptiska signaleringen retar.//**
Det finns två receptorer i glutamatsynapsen: AMPA-receptor och NMDA-receptor.

AMPA kräver bara att glutamat frisätts i synapsen för att öppnas och släppa in natriumjoner och ut kaliumjoner.

NMDA är permeabelt för Na+, Ca2+ och K+. Na+ och Ca2+ kommer gå in, K+ ut. NMDA-receptorn kräver både glutamat och att membranet är depolariserat för att öppnas. De är ligandstyrda och styrs av glutamat, som ändrar receptorns konformation så att den bildar en kanal genom cellmembranet.

Den ökade mängden natriumjoner via både NMDA-receptorn och AMPA-receptorn leder till att det kommer ske en depolarisering. På så sätt kommer det bli lättare för en aktionspotential att uppstå, glutamatsynapsen fungerar som en "gas".

GABA kan hämma nervcellen från att bilda en aktionspotential genom att öppna kloridkanaler i GABA-receptorer. Då flödar Cl- in i cellen och membranpotentialen sänks därmed, så tröskelvärdet inte kan uppnås. Depolariseringen motverkas och en ev. uppkommen aktionspotential kommer då blockas. Detta sker om membranpotentialen är högre än reverseringspotentialen för GABA-receptorn = -60 mV. Resultatet blir att membranpotentialen sjunker till -60 mV igen. GABA-synapsen fungerar som en "broms".
 * //GABA-synaps är inhibitorisk och finns hos interneuron.//**