Title: BV4 / Modul 1 / Ion channels and membrane potential

Framsida: Hur kommunicerar neuroner med varandra?
Baksida: Den underliggande mekanismen med vilken neuroner kommunicerar med varandra är med hjälp av elektrisk aktivitet

Framsida: Hur skapas den elektriska aktiviteten?
Baksida: Den genereras med hjälp av rörelsen från oorganiska joner

Framsida: Varför kan inte inte joner passera cellmembranet?
Baksida: Eftersom de har vattenmolekyler runt sig, vilket gör dom polära så de inte kan passera cellmembranet

Framsida: Hur kan joner passera cellmembranet?
Baksida: Genom jonkanaler

Framsida: Vilka olika joner har vi? (väsentliga inom neuroavsnittet)
Baksida: Na+, Ca2+, K+ och Cl-

Framsida: Varför kan inte alla joner passera igenom alla typer av jonkanaler?
Baksida: Eftersom de är olika stora och jonkanalerna måste ha mekanismer som tillåter att välja specifika typer av joner att passera genom cellmembranet

Framsida: Vad är jonkanaler?
Baksida: Specialiserade membranproteiner som korsar cellmembranet och som har specifika egenskaper att leda igenom joner

Framsida: Vad är selektivity filter? Ge ett exempel
Baksida: T.ex: K+ kanalen
Regionen inom vilken jonen passerar innehåller specifika aminosyror som är negativt laddade, vilka tillåter elektrostatiska interaktioner med jonerna innan de passerar igenom. Jonerna förlorar därmed sina vattenmolekyler och kan passera igenom jonkanalen

Framsida: Vilka mekanismer påverkar jonflödet genom (non-gated) jonkanaler?
Baksida: 1. Flödet är passivt, dvs kräver ingen energi
2. Riktningen av jonflödet bestäms inte av kanalen.
3. Riktningen av jonflödet bestäms av den elektrokemiska drivkraften

Framsida: Hur påverkas potentialen av olika koncentrationer? Ge ett exempel
Baksida: T.ex Om koncentrationen av K+ joner ökar på ena sidan av cellmembranet, kommer jonerna att röra sig från hög till låg koncentration. Därmed kommer sidan som jonerna rört sig till bli mer positivt laddad. Därmed skapas en elektrisk drivkraft som förflyttar jonerna från sidan med många positiva laddningar till sidan med mindre positiva laddningar

Framsida: När och hur nås jämvikt?
Baksida: När de båda krafterna (kemisk som drivs av koncentrationsgradient och elektrisk som drivs av membranpotentialsskillnad) möter varandra.

Framsida: Vad kallas det när den kemiska och elektriska gradienten möter varandra?
Baksida: Jämviktspotential. Då är den elektrokemiska drivkraften = 0
- Equilibrium potential

Framsida: Varför har olika joner olika jämviktspotential?
Baksida: Eftersom de har olika koncentrationer genom plasmamembrnaet

Framsida: Vilken jon har den högsta koncentrationen utanför neuronet jämfört med insidan?
Baksida: Na+ jonen

Framsida: Har Kalcium högre eller lägre koncentration på insidan jämfört med utsidan?
Baksida: Högre

Framsida: Har Klor högre eller lägre koncentration på insidan jämfört med utsidan?
Baksida: Lägre

Framsida: Har Kalcium högre eller lägre koncentration på insidan jämfört med utsidan?
Baksida: Lägre

Framsida: Vilka två typer av jonkanaler finns det?
Baksida: - Non-gated
- Gated

Framsida: Vad kännetecknar non-gated ion channels?
Baksida: - Alltid öppna
- Kallas leak channels
- Viktiga för att bibehålla vilomembranpotential

Framsida: Vad kännetecknar gated ion channels?
Baksida: - Öppnas och stängs i respons till ett specifikt stimuli
- Övergången mellan stängd och öppen fas kallas gating
- Dessa jonkanaler är viktiga för synaptisk överföring och aktionspotentialer

Framsida: Vilka undergrupper kan gated ion channels delas in i?
Baksida: - Ligand-gated
- Phosphorylation-gated
- Voltage-gated
- Stretch or pressure-gated (mechanosensitive ion channels)

Framsida: Förklara ligand-gated
Baksida: - Dessa har en receptoryta som aktiveras av neurotransmittorer eller neurohormoner
- Vid inbindning av dessa sker en konformationsändring som medöfr att kanalen öppnas

Framsida: Förklara phosphorylation-gated ion channels
Baksida: - Dessa har en fosfoyleringsyta
- När den fosforyleras ändras kanalen från att vara stängd till att öppnas

Framsida: Förklara voltage-gated
Baksida: - Öppnas som svar på en ändring i membranpotential över plasmamembranet

Framsida: Förklara mechanosensitive ion channels
Baksida: - Känsliga för sträckning och/eller tryck
- Känner av fysisk förändring av tryck på cellmembranet

Framsida: Vilka olika voltage-gated channels finns?
Baksida: Voltage-gated channels som är permeabla för Na+, Ca2+, K+ och Cl-

Framsida: Hur kan ligand-gated channels aktiveras?
Baksida: - Genom att ligander binder in till en receptoryta utanpå jonkanalen
- Genom att ligander binder in till en receptoryta innanför jonkanalen

Framsida: Vilka ligander kan aktivera ligand-gated channels inifrån?
Baksida: - Ca2+
- Cyclic nucleotides,  t.ex cAMP

Framsida: Vilken liganda kan aktivera ligand-gated channels utifrån?
Baksida: Glutamat

Framsida: Hur kan aktiviteten av jonkanaler ändras med hjälp av förändring i membranpotential?
Baksida: T.ex:
- En voltage-gated channel kommer att öppnas när den utsätts för depolarisering
- Om depolariseringen upprätthålls under lång tid kommer kanalen att inaktiveras och därmed funktionellt stängd

Framsida: Hur kan aktiviteten av jonkanaler ändras med hjälp av ligander?
Baksida: Själva liganden som passerar igenom jonkanalen, t.ex Ca2+ kan själv binda till kanalen och stimulera inaktivering av kanalen som tillät kalciumjonen att passera igenom

Framsida: På vilka sätt kan inaktivering av jonkanaler ske?
Baksida: - Genom förändring i membranpotential
- Genom ligandbindning (Ca2+)
- Genom defosforylering

Framsida: Hur kan aktiviteten av jonkanaler ändras med hjälp av defosforylering?
Baksida: T.ex när Ca2+ åker igenom kanalen, kan den aktivera fosfataser som defosforylerar jonkanalen --> inaktivering

Framsida: Vilken stimuli och effekt har ligand-gated channels?
Baksida: Stimulus: Transmittorsubstanser
Effect: Synaptisk överföring

Framsida: Vilken stimuli och effekt har phosphorylation-gated channels?
Baksida: Stimuli: fosforylering
Effect: 2:nd messenger medierad synaptisk överföring

Framsida: Vilken stimuli och effekt har voltage-gated channels?
Baksida: Stimuli: förändring i membranpotential
Effekt: Genererar aktionspotentialer

Framsida: Vilken stimuli och effekt har stretch or pressure-gated channels?
Baksida: Stimuli: Mekanisk deformation av cellmembranet
Effekt: Generering av receptorpotantialer av mekanoreceptorer

Framsida: Hur är membranpotentialen utanför cellen jämfört med insidan av neuronet?
Baksida: Utsidan är mer positivt laddad

Framsida: Hur ser vilomembranpotentialen ut hos neuroner?
Baksida: Den är mer negativ på insidan än utsidan av neuronet

Framsida: How can the resting membrane potential be changed?
Baksida: By inducing negative or positive current into the neuron

Framsida: What are the responses that we induce below threshold for action potentials called?
Baksida: Passive responses

Framsida: What happens when we reach a threshhold for an action potential (a depolarisation around -50mV)?
Baksida: We will have these all or non events which are called action potentials, whose amplitude does not change but frequency increases as a function of the amount of current that is injected

Framsida: Vilka jonkanaler är involverade i aktionspotentialer?
Baksida: Na+ och K+ voltage ion channels

Framsida: Förklara hur en aktionspotential går till. Rita ett diagram.
Baksida: 1. Vid vilomembranpotential är både Na+ och K+ jonkanalerna stängda
2. Na+ kanalerna öppnas och tillåter Na+ joner att strömma igenom. Detta leder till snabb depolarisering av membranpotentialen.
3. Vid toppen (punkt C) inaktiveras Na+ kanalerna.
4. Inaktiveringen av Na+ kanalerna i kombination med aktiveringen av K+ kanaler leder till repolarisering av membranpotentialen
5. När membranpotentialen är repolariserad stängs båda jonkanalerna

Framsida: Varför kan ingen aktionspotential som är nära en annan redan pågående aktionspotential genereras? Vad måste man göra istället?
Baksida: - För att Na+ kanaler fortfarande är inaktiverade
- Man måste vänta en specifik tid mellan de båda aktionspotentialerna för att kunna öka ledningsförmågan av Na+ joner, och därmed kunna generera en aktionspotential
- Ju längre man väntar, desto fler Na+ kanaler hinner aktiveras

Framsida: Vilka tre faser av jonkanaler finns?
Baksida: 1. Resting (closed)
2. Activated (open)
3. Inactivated (closed)

Framsida: Förklara resting condition av jonkanaler
Baksida: T.ex: Na+ kanalen är stängd eftersom activation gate är stängd. Samtidigt är Inactivation gate i vilofas

Framsida: Förklara activation och inactivation fas av jonkanaler
Baksida: På grund av depolarisering av membranpotentialen kommer jonkanalen snabbt att öppnas och tillåta Na+ joner att passera. Med detta följer en långsam rörelse av inactivation gate att blockera kanalen --> inaktivering

Framsida: Vilka två cyklar finns vid en aktionspotential?
Baksida: - Fast positive cycle
- Slow negative cycle

Framsida: Förklara fast positive cycle
Baksida: - Medieras av depolarisering av membranpotential --> Na+ kanaler öppnas --> Mängden Na+ ökar

Framsida: Förklara slow negative cycle
Baksida: Medieras också av depolarisering (förändring i membranpotential) --> K+ kanaler öppnas --> mängden K+ joner ökar --> hyperpolarisering (är de samma som repolarisering???)

Framsida: Vad sker gällande amplitud när en aktionspotential fortplantas från ena sidan av ett neuron till en annan?
Baksida: Ingen förändring i amplitud

Framsida: Hur skiljer sig hastigheten av fortplantande av aktionspotentialer i en omyeliniserad axon jämfört med en myeliniserad?
Baksida: - Omyeliniserad: Långsamt fortskridande av aktionspotentialer
- Myeliniserad: Mycket snabbare. Sker ett hopp från en ranviers nod till en annan --> högre hastighet

Framsida: Hur kan omyeliniserade axoner komma upp i samma eller ännu snabbare hastighet än myeliniserade?
Baksida: Genom att de omyeliniserade axonen har en större diameter och de myeliniserade har en liten diameter

Q: How can the equlibrium potential be calculated?
A: It can be calculated using the Nernst equation

Q: What is mediated by the selectivity filter?
A: They can recognize and select among different ions

Q: Where is the selectivity filter located
A: The narrow region in the beginning of the ion channel with negatively charged amino acids
(runt raden av prickar)

Q: Vad menas med att jonflödet är passivt?
A: Det krävs inte av någon energi

Q: What is mediating the refractory period between action potentials?
A: If 2 pulses are close to each other the coducatnce for sodium is much less in response to the second pulse compared to the first one, bc sodium channels are still inactivated

Q: When can another AP be generated after the first one?
A: No action potential can be generated in close proximity to an already generated action potential
- We have to wait a certain time between the 2 AP's to be able to increase the conductance of sodium ions, and hence be able to generate an action potential

Q: What is the rising phase and the decaying phase of the membrane potantial is controlled by?
A: Time constant (tau)

Q: What is the time constant?
A: The time it takes for the voltage to fall to 1/e (37%) of its initial value

Q: What is the time constant important for?
A: During synaptic transmission the time constant is important for the integration of synaptic input

Q: What is determined by the time constant?
A: - The decay of the EPSP is determined by time constant
EPSP's of neuorns with longer time constants would decay much slower compared to neurons with shorter time contants, which EPSP's would decay much faster

Q: What else will the time constant control?
A: Will also control the strength/depth of excitation/inhibition dependet on the time constant of the neuron

Q: Is the time constant relevant for inhibition (IPSP's?)?
A: Yes

Q: WHat is determined by the space constant (lambda)?
A: When we inject a current in a neuron, as we record further "apart" from the initial injection site, we see that the amplitude of the depolarization decreases in an exponetial manner - this is determined by the space constant

Q: What is the space constant (lambda)?
A: The distance at which the volate decays to 1/e (37%) of its initial value

Q: Which "concepts" are controlled by the time and space constants?
A: - Temporal summation
- Spatial summation

Q: What is temporal summation?
A: The temporal summation controls/is mediated by the time constant

Q: How can temporal summation be explained in neurons with long vs short time constants?
A: - In neurons with a "long" time constant they recve input in close proximity the neurons with a long time constant (the first EPSP) decays slowly when the second input occurs it will start from a more depolarized membrane potential and produce an AP
- Wheras in the neuron with a short time constant the first EPSP will decay much faster before the second one arrives and there will be no temporal summation occuring

Q: What is spatial summation?
A: When we have neurons receiving input on 2 parts of their dendrites and this input is decaying over distance as they are reaching the axon hillock or the soma of the neuron

Q: What happens in a neuron (dendrite) when there is a short respective long space constant?
A: - The neuron with a long space/length constant the EPSP will decay much slower as a function of distance
- Compared to a neuron with a short space constant, where the EPSP would decay much faster as a function of distance

Q: How does spatial summation work
A: - In the first case with a long space constant, when the EPSP reaches the axon hillock/soma, it meets the other EPSP occurnng on another part of the dendrites and te can summate due to the deficency of the spatial summation
- As for the neuron with the short space constant, the spatial summation will not be very efficient

Q: Vad sker i axon hillock?
A: Det sista stället i soman där membranpotentialer, som propagerats från synaptisk input, summeras innan de sänds vidare till axonet

Q: What is the equilibrium potential?
A: The electrical potential difference across the cell membrane that exactly balances the concentration gradient for an (one) ion is known as the equilibrium potential
(Because the system is in equilibrium, the membrane potential will tend to stay at the equilibrium potential)

Q: What is receptor potential?
A: The electric potential produced by stimulation of a receptor cell, which is roughly proportional to the intensity of the sensory stimulus and may be sufficient to trigger an action potential in a neuron that is postsynaptic to the receptor. Also called generator potential.

Q: What else can receptor potential be called?
A: Generator potential

Q: What are graded potentials?
A: Graded potentials are changes in membrane potential that vary in size (they are of variable strength), as opposed to being all-or-none (AP's)

Q: What is the main difference between graded potentials and AP's?
A: Graded potentials are the variable-strength signals that can be transmitted over short distances, whereas action potentials are large depolarizations that can be transmitted over long distances

Q: What are graded potentials responsible for?
A: Graded potentials are responsible for the initial membrane depolarization to threshold

Q: What is the resting potential determined by?
A: Concentration gradients of ions across the membrane and by membrane permeability to each type of ion

Q: What else is the reversal potential known as?
A: Nernst potential

Q: What is the reversal potential?
A: The reversal potential is the potential at which the current reverses direction: it changes from positive to negative

Q: What is membrane resistance?
A: The membrane resistance is a function of the number of open ion channels, and the axial resistance is generally a function of the diameter of the axon.
- The greater the number of open channels, the lower the r_m
- The greater the diameter of the axon, the lower the r_i

Q: What is the axial resistance a function of?
A: The axial resistance is generally a function of the diameter of the axon