Class Notes (808,223)
Canada (493,086)
Biology (2,220)
BIO271H1 (40)

BIO271 2014 Lecture 1.pdf

15 Pages
Unlock Document

University of Toronto St. George
Christopher Garside

  Lecture  1:  Organization  of  the  Nervous  System   -­‐ CNS  :  brain  and  spinal  cord   -­‐ PNS  :  nerves  innovating  tissues  of  the  body   -­‐ Hippocampus:  responsible  for  episodic  memory,  can  still  learn  long  term  things   (unconscious  about  it)   -­‐ many  cells  have  a  voltage  difference  across  their  cell  membranes,  termed  the   membrane  potential   à  difference  of  voltage  on  outside  and  inside  of  the  cell   -­‐ Excitable  cells  can  rapidly  change  their  membrane  potential  in  response  to  an   incoming  signal  (neuron  is  one  type  of  excitable  cell  à  rapidly  change  membrane   potential  ex.  by  generating  AP)   -­‐ Neurons  are  excitable  cells  that  can  transmit  electrical  signals  over  long  distances   -­‐ Purkinje  cells:  output  neurons  of  cerebellum  (coordinates  motor)   à  has  dendritic   arbor  (tree)   -­‐ Action  potential:  how  neurons  transmit  information  t o  long  distances       Neurons  and  Glia   -­‐ regardless  of  what  a  neuron  looks  like,  they  all  have  similar  “zones”   à  as  a  result,  in  general,  neurons  are   polarized  (information  goes  in  one  direction)   -­‐ neurons  vary  in  structure  and  properties,  but  use  the  same   basic  mechanisms  to  send  signals   -­‐ motor  neurons:  innervates  muscles   -­‐ sensory  neurons:  neurons  that  bring  information  from  the   peripheral  à  skin  on  hand  –  brings  information  to  the  nervous   system   -­‐ Purkinje  Cell:  cerebellum     -­‐ Cell  body  of  motor  and  Purkinje  cell  is  closer  to  the  dendrites;   sensory  neuron  cell  bodies  are  in  another  place   -­‐ Regardless  of  what  the  neurons  look  like,  they  all  have  these  4   important  “zones”  à  zones  show  you  the  pathway  of  how   information  is  going  to  flow  through  the  neuron  (how  electrical   information  is  going  to  flow)   à  information  flow  is  in  one  direction  à  receive  information,   decide  what  to  do  with  it,  and  transmit  it  =  neuron  is  polarized,   information  goes  from  one  region  to  another   -­‐ Dendrites:  receive  information  (sensory  part  of  neuron)  –   forms  synapses  with  other  incoming  cells  (from  many  synaptic   inputs  within  a  short  period  of  time  –  as  much  as  1000   inputs/second)   -­‐ Signal  integration  zone:  decides  where  ALL  of  these  signal s  go;  a  large   enough  amount  will  generate  an  action  potential   à  the  action  potential   generated  convey  information  down  axon,  and  at  the  end  of  the  axon,  it   will  cause  the  presynaptic  terminals  to  release  neurotransmitters   àneuron  can  then  communicate   à  not  all  inputs  or  inhibition  of  AP?   -­‐ Signal  integration  zone/axon  hillock:  where  AP  Is  generated  (on  axon   hillock)  –  end  of  the  cell  body   à  axon  hillock:  The  axon  hillock  is  a  specialized  part  of  the  cell  body   (or  soma)  of  a  neuron  that  connects  to  the  axon.  As  a  result,  the  axon   hillock  is  the  last  site  in  the  soma  where  membrane  potentials  propagated  from  synaptic  inputs  are  summated   before  being  transmitted  to  the  axon.   -­‐ Glial  cells  are  also  important  in  the  nervous  system     Neural  Zones   Four  Functional  Zones:   1) Signal  Reception     o Dendrites  and  cell  body  (soma)  receives  inputs   o These  incoming  signal  rece ived  and  converted  to  change  in  membrane  potential   2) Signal  Integration       o Axon  hillock  –  where  the  axon  comes  off  of  cell  body   à  also  called  the  signal  integration  zone:  where  action  potential  is  generated   o Strong  signal  is  converted  to  an  action  potential  (AP)   o Decides  what  to  do  with  inputs  (happens  at  axon  hillock)   à  generate  action  potential  or  not   o Axon  hillock  =  “spike”  initiation  zone:  region  where   you’re  most  likely  to  generate  an  action  potential   à  where   an  action  potential/spike  is  generated  in  this  signal   integration  zone   3) Signal  Conduction   o Axon  (some  wrapped  in  myelin  sheath   –  helps  propagate   signal  effectively  and  quickly)   à  disease:  Multiple  Sclerosis   –  degradation  of  myelin   sheaths  =  don’t  have  the  proper  conduction   o Action  potential  travels  down  axon   4) Signal  Transmission   o Axon  terminals   o Release  of  neurotransmitters   o Release  of  neurotransmitter  releases  a  signal  that  is  sent  to   next  cell,  which  will  be  received  by  dendrites  and  this   process  repeats   v As  a  result  of  this  organization,  neurons  have  a  specific  polarity   (information  comes  in  and  travels  down  a  particular  path)     If  All  these  Neurons  Look  Different,  How  Can  We  Define  Them?   - Dendrites  are  not  just  simple  processes   –  covered  in   small  protrusions  (knobs)   - Spick  initiation  zone:  region  most  likely  to  generate  an   AP     Neural  Zones   • Neurons  communicate  directly  with  OTHER  cell  types  as   well:   à  when  neuron  innervates  muscle   –  all  of  our  motor   movements  is  caused  by  our  neurons  innovating  our   muscles  è  called  the  Neuromuscular  Junction  (NMJ)   • To  differentiate  between  an  axon  and  dendrite,  you  need   a  fluorescent  label  of  an  antibody     • Soma  =  cell  body;  responsible  for  metabolic   maintenance  of  cell   • Nerve  processes  =  axon  +  dendrites   • Dendrites:  extend  from  soma;  are  branched;  receive   signals  from  other  neurons  and  carry  them  to  the  soma   • Neurons  with  extensive  dendritic  branching  are  often   referred  to  as  neurons  with  a  dendritic  arbor  or  tree   • Axons:  conduct  signals  away  from  the  soma;  can  be  very   long  (meters)   • Carry  information  with  high  fidelity  and  without  loss  of  signal  strength   • Axons  terminate  into  axon  terminals,  allowing  the  neuron  to  communicate  with  other  tissues   • Dendrites  receive  and  integrate  the  info  (sometimes  the  soma  also  receives  info  directly)   • Action  potentials  (APs)  are  then  generated  in  the  spike -­‐initiation  zone  (located  near  the  axon  hillock).    AP  =  spike  =   nerve  impulse.   • APs  travel  down  the  axon  to  the  terminals  where  they  cause  neurotransmitter  release     Dendritic  Spines   - dendrites  are  actually  covered  with  small  protrusions  called   spines   - Protrusions  exists  on  most  dendrites  in  CNS   à  spines  are  sites  of  postsynaptic  region   - Majority  of  information  inputs  are  on  the  spines  (which  comes  off  on  main  shaft  of  den  es) - Spines  are  structures  on  dendrites   - Postsynaptic  sites  =  dendritic  spines       - On  the  signal  reception  zone  (dendritic  arbor)   –  in  each  dendritic  branch,  there  are  a  LOT  of  dendritic  spines   (covered  with  spines)     Electrical  Signals  in  Neurons   - neurons  have  a  resting  m embrane  potential  (like  all  cells)   o membrane  potential  is  negative  at  rest   o membrane  potential:  electrical  difference  between  the  inside  and  outside  of  the  cell   o in  neurons,  it  is  approximately  -­‐70mV   - neurons  are  excitable   o can  rapidly  change  their  membrane  pot ential   • depolarization:  membrane  potential  becomes  less  negative   • repolarization:  membrane  potential  returns  to  resting  value   • hyperpolarization:  membrane  potential  becomes  more  negative  than  resting  value   At  First,  Membrane  Potential  was  Determine   Experimentally:   - 2  electrodes:  one  on  inside  and  one  on  outside   - Relative  Difference:  Electrode  outside  the  cell  is  0,   the  recorded  value  inside  of  the  cell  is  the  membrane  potential   (difference  between  inside  and  outside  of  the  cell)   - Inside  of  the  cell  is  more  negatively  charged  than  the  outside,  and  the  value  is  about   -­‐70mV  (70mV  difference   between  the  inside  and  outside  of  the  cell)   - Neuron  has  to  use  energy  to  maintain   -­‐70mv  à  so  why  do  they  want  to  keep  this  membrane  potential?  Allows   neuron  to  store  a  bit  of  energy,  which  can  then  be  used  to  generate  an  electrical  signal   à  when  cell  wants  to   transmit  a  signal,  it  can  generate  an  AP  (ex.  From   -­‐70mV  to  +  50mV  –  VERY  rapid  change)  è  when  this  happens,   the  cell  is  excitatory     - Membrane  potential  at  rest  is  polarized  (70%  more  negative  in  the  cell)   - Change  membrane  potential  =  change   how  polarized  it  is   o -­‐70mV  à  0mV  =  less  polarized  =  at  0mV,  there  is  no  difference  inside  and  outside  the  cell  =  depolarization   o -­‐70mV  à  -­‐90mV  =  more  polarized  =  hyperpolarization   o if  we  depolarize  and  hyperpolarize,  then  we  return  back  to  resting  membrane  potential,  we  are   repolarizing     Changes  in  Membrane  Potential   - Neurons  have  a  resting  membrane  potentia l  (like  all  cells)   - Membrane  potential  is  negative  at  rest   - Neurons  are  excitable   o Can  rapidly  change  their  membrane  potential   • Depolarization  –  membrane  potential  becomes  less   negative   • Repolarization  –  membrane  potential  returns  to   resting  value   1) First  put  electrode  in:  -­‐70mV  is  recorded   (resting  membrane  potential)   • Hyperpolarization  –  membrane  potential  becomes   2) Potential  changes  =  gets  closer  to  0   à   more  negative  than  resting  value   - Changes  in  membrane  potential  act  as  electrical  signals   depolarization  =  less  polarized   3) Slowly  gets  back  to  -­‐70mV  à  resting   - Positive  charges  coming  into  the  cell  =  depolarization  (making   membrane  potential  again  =  repolarized   it  less  negative)   - Negative  charges  coming  into  the  cell  =  hyperpolarization  of   4) Then  slowly  pass  to  -­‐90mVà   membrane   hyperpolarization   5) Then  drop  back  to  -­‐70mV     - These  changes  in  polarization,  are   electrical       signals  that  neuron  uses  as  information   source   Membrane  Potential     - factors  contributing  to  membrane  potential:   o distribution  of  ions  across  the  membran e   o relative  permeability  of  the  ions   o charges  of  the  ions   - which  ions  are  we  talking  about?   o Na+,  K+,  Cl-­‐,  Ca2+   - Permeability:  ability  of  a  molecule  to  cross  a  barrier  à  in  this  case,  the  ability  of  an  ion  to  cross  the  membrane   - Na+  and  Cl-­‐  are  most  concentrated  OUTSIDE  the  cell  (mucous,  blood,  CSF  à  salt  solutions  -­‐  NaCl)   - K+  is  most  concentrated  INSIDE  the  cell         - When  neuron  is  at  rest:  no   permeability  to  Ca2+,  its  not  playing  an  important  role  in  generating  a  resting   membrane  potential   What  Are  Two  Ways  We  Can   Determine  The  Membrane  Potential?   1) we  can  record  it  experimentally   à  ex.  Electrodes  inside  and  outside  the  cell   2) we  can  calculate  it  using  the  Goldman  Equation   à  Goldman  Equation:  calculates  resting  membrane  potential     Experimental:  Studying  Ion  Channels   1) Voltage  Clamp:  to  hold  the  voltage  across  a  membrane  at  a  constant  level     à  done  by  injecting  current  into  the  cell  via  a   microelectrode  anytime  the  voltage  across  the  membrane  changes   à  as  a  result,  the  voltage  is  said  to  be  clamped  at  a  particular  value   à  ex.  If  the  resting  membrane  potential  of  a  cell  is   -­‐70mV  (and  you  set  the  voltage -­‐clamp  apparatus  to  hold  the   membrane  potential  at   -­‐70mV),  if  you  introduced  a  neurotransmitter  than  binds  and  causes  Na+  channels  to  open,   Na+  ions  will  enter  the  cell  (dep olarizing  it).  The  Voltage  Clamp  will  then  inject  current  to  hold  the  membrane  at   the  resting  membrane  potential  (despite  influx  of  Na+)   à  this  way,  a  voltage-­‐clamp  apparatus  is  analogous  to  a  thermostatically  controlled  heater  operating  by  negative   feedback   à  the  amount  of  current  injected  is  a  direct  measure  of  natural  ionic  movements  across  the  membrane   à  Neurophysiologists  use  voltage-­‐clamp  experiments  to  describe  the  electrical  properties  of  intact   membranes/whole  cells   2) Patch  Clamping:  used  to  study  ion  channel  function  (particularly  useful  for  studying  the  properties  of  single   channels)   à  procedure:  experimenter  fuses  the  tip  of  a  glass  micropipette  to  the  plasma  membrane  to  act  as  a  recording   electrode  (the  region  of  membrane  within  the  patch  is  extre mely  small  –  usually  contains  a  relatively  low  number   of  ion  channels)   à  some  patches  may  only  contain  one  ion  channel   à  experimenter  can  then  voltage-­‐clamp  this  small  region  of  membrane  and  record  the  extremely  small  currents   generated  by  a  single  ion  cha nnel     à  voltage  clamping  a  whole  cell  (or  large  region):  provides  information  about  the  behaviour  of  populations  of  ion   channels     The  Goldman  Equation     Ø Em  =  membrane  potential   Ø R  =  gas  constant   Ø T  =  temperature  (lab  always  has  a   P [K ] +P [Na ] +P [Cl ] + − thermometer  à  just  need  to  know   RT K o Na o Cl i this)   Em = ln + + − F P [K ] + P [Na i + P [CNa] i Cl o Ø F  =  Faraday’s  constant   Ø Px  =  relative  permeability  of  ion   Ø [X]  =  ion  concentration  outside  or  inside  membrane   - other  ions  are  ignored  in  this  simplified  form  of  the  equation  because  their  permeabilities  are  very  low   - 3  major  ions  that  regulate  the  membrane  potential:  Na+,  K+,  Cl-­‐   à  Need  to  know  the  concentration  of  ion  inside  AND  outside  the  cell   à  how?  Inside  and  outside  the  cell:  In  experiment,  you  always  make  up   artificial  CSF  (made  up  salt   solution  that  mimics  what’s  bathing  the  neu ron)  OR  get  number  from  textbook  (will  tell  what  the  concentration  is   for  a  particular  cell)   à  ALSO  need  to  know  the  Permeability:  whether  or  not  membrane  is  permeable  OR  allows  that  ion  to  cross     à  large  concentration  gradient  for  Cl-­‐,  because  its  salt  is  bathing  the  outside     à  but  there  is  almost  no  permeability  to  Cl -­‐  when  the  membrane  is  at  rest     à  so  [Cl-­‐]  would  almost  be  0  in  the  equation   à  now  just  need  to  know  permeability  of  K+  and  Na+   - this  equation  shows  the  permeabilities  for  the  major  ions  that   are  permeable  when  the  cell  is  at  rest   - what  makes  membrane  permeable?  Ion  channels  and  receptors     Ion  Channels  &  Receptors   - transmembrane  proteins:  allow  ions  to  flow  through     - neurons  depolarize  or  hyperpolarize  by  selectively  altering  the  permeability  of  t heir  membrane  to  an  ion   - gated  ion  channels  open  or  close  in  response  to  a  stimulus  (e.g.  neurotransmitter)       - Ion  channels  exhibit  ion  selectivity   - Some  channels  are  open  most  of  the  time  (leak  channels)  while  others  are  gated  by  chemicals  (ligand -­‐gated   channels)  or  voltage  (voltage-­‐gated  channels)   - Ionotropic  Receptors:  transmembrane  proteins  that  can  “open”  or  “close”  a  channel  that  would  allow  smaller   particles  to  travel  in  and  out  of  the  cell   à  IONotropic  receptors  allow  different  kinds  of  ions  to  travel  in  and  out  of  the  cell   à  not  opened  (or  closed)  all  the  time   à  generally  closed  until  another  small  molecule  (called  a  ligand   —  ex.  a   neurotransmitter)  binds  to  the  receptor   à  As  soon  as  the  ligand  binds  to  the  receptor,  the  receptor  changes  conformatio n  and  opens  to  allow  ions  to  flow   -­‐ Metabolic  Receptors:   do  not  have  a  “channel”  that  opens  or  closes   à  instead,  they’re  linked  to  another  small   chemical  called  a  “G-­‐protein   à  As  soon  as  a  ligand  binds  the  metabotropic  receptor,  the  receptor  “activates”  the  G -­‐Protein  (changes  the  G-­‐ Protein)   à  Once  activated,  the  G -­‐protein  itself  goes  on  and  activates  another  molecule   - Transmembrane  proteins:  allows  ions  to  flow  through  and  trans fer/cross  the  membrane   o Channel  opens  and  ions  flow  through   o Depolarization  and  hyperpolarization  happens  from  flowing  ions  through  a  channel  (opening  of  channel)   o Opening  of  channels  make  membrane  permeable     o No  permeability:  can  have  1000s  of  Na+  channels,  b ut  if  they’re  all  closed,  there  is  NO  permeability  to  Na+   o Ca2+  never  important  in  RESTING  membrane  potential  =  no  permeability  to  Ca2+  so  we  can  ignore  this   o Ion  channels  open  nearly  all  the  time  (not  gated)  =   leaky  channels  (opened  all  the  time)   o But  majority  of  channels  are  not  opened  all  the  time   à  can  open  and  close  =  gated  channels  à  can  be  gated   by  a  number  of  things     à  Ion  channel  can  be  at  the  end  of  a  sensory  neuron  on  the  skin   à  can  be  gated  by  “touch”  =  mechanically   à  when  you  touch  the  skin,  physi cally  cause  the  channel  to  open  è  gated  channel   à  many  channels  are  gated  by   voltage  –  at  resting  membrane  potential  at  that  voltage,  these  channels  are   closed;  but  when  potential  changes,  they  are  sensitive  to  that  voltage,  and  they  open   à  or  ion  channels  open  because  neurotransmitter  binds  to  that  ion  channel  and  causes  it  to  open   à   receptor   o Ion  channels  and  receptors  are  making  the  membrane  potential  permeable     Gated  Ion  Channels   -­‐ Channels  only  allow  specific  ions  to  pass  through  the  membrane   à  ion  moves  down  its  electrochemical  gradient   à  Only  relatively  small  numbers  of  ions  move  across   -­‐ As  permeability  to  a  specific  ion  increases,  membrane  potential  will  approach  that  ion’s  equilibrium  potential   (Nernst  equation)   -­‐ Most  channels  are  not  non -­‐selective  –  particular  for  a  certain  ion,  or  combination  of  ions   (only  allows  specific  ions   to  pass)   -­‐ Non-­‐selective  channelsà  ex.  Cation  channels:  allow  Na+  and  K+  to  pass   -­‐ Channels  are  sometimes  gated,  sometimes  not   à  ions  flow  through  ONLY  if  there’s  a  gradient  à  an   electrochemical  gradient  (two  factors  working  on  each  ion:  CHEMICAL  and  ELECTRICAL  gradient) à  will   determine  whether  ion  will  move  through  channel   -­‐ Idea:  there  is  a  large  change  of  potential  around  the  vicinity  of  the  me mbrane  (caused  by  a  small  number  of  ions),   but  the  cell  itself  is  NOT  flooded  with  Na+  every  time  Na+  channels  open  (total  number  doesn’t  change  drastically)     -­‐ Membrane  potential  exists  at   -­‐70V  à  when  membrane  is  at  rest,  and  some  channels  open  =  allow  ion s  to  pass  =   drastic  change  in  permeability  for  that  particular  ion  =  change  in  membrane  potential  ( -­‐70mV  often  goes  to   equilibrium  potential  for  a  particular  ion )     Resting  Membrane  Potential   -­‐ ~  -­‐70mV  (measured  inside  the  neuron ;  relative  to  the  extracellular  which  is  arbitrarily   set  at  0mV)   -­‐ the  resting  membrane  potential  (RMP)  is  the  membrane  potential  that  exists  when  the   cell  is  at  rest  (the  voltage  difference  inside  and  outside  of  the  cell)   -­‐ 2  factors  are  required  to  establish  a  potential  difference  across  a  membrane:     1) a  concentration  gradient  for  an  ion   2) a  membrane  that  is  permeable  to  that  ion   - Lots  of  Na  and  Cl-­‐  outside  the  cell   - K+  high  in  cell       - Relative  permeability  of  the  membrane  at  rest   à  when  neurons  are  at  rest,  how  permeable  is  the  membrane  to   that  ion   à  tells  us  how  important  the  ion  is  during  resting  mem brane  potential  (1,  30,  0.025)   - K+  is  30x  more  permeable  than  Na+   - And  both  K+  and  Na+  is  much  more  permeable  than   Goldman  Equation  is  used   Cl-­‐   to  calculate  resting   membrane  potential   - You  can  have  a  big  concentration  gradient  for  these   ions,  but  if  there’s  no  permeability,  it  cant  contribute     Nernst  Equation  is  used  to   to  the  resting  membrane  potential   calculate  one  ion’s   - K+  is  most  permeable  =  most  responsible  for  setting   equilibrium  potential   the  resting  membrane  potential  (have  to  let  ions  flow)   à  when  neuron  is  at  rest,  there  are  leak  channels  for   K+  (K+  constantly  flowing  down  its  electrochemical   gradient)   - How  is  the  inside  of  the  cell   -­‐70mv  if  there  are  so  much   K+?  lots  of  negatively  charge  proteins  in  the  cell   à  but   do  NOT  contribute  to  electrical   excitability  à  they  do   contribute  to  the  -­‐70mV  because  they  do  make  the   inside  of  the  cell  more  negative,  but  these  proteins   don’t  have  anything  to  do  w ith  the  depolarization  and   hyperpolarization  of  the  membrane   àChange  in  potential  (depolarization  and   -­‐ inside  the  cell:  100mM  KCl,  10mM  NaCl   hyperpolarization)  occurs  because  of  Na+,  K+,  and   à  100mM  of  K+  AND  100mM  of  Cl-­‐   Cl-­‐  moving   à  10mM  of  Na+  AND  10mM  of  Cl-­‐     -­‐ outside  the  cell:  10mM  KCl,  100mM  NaCl   Equilibrium  Potential  (E )   -­‐ a  lot  of  K+  inside  the  cell,  and  a  lot  of  NaCl  outside  the  cell   ion 1) no  permeability:  you  can  have  a  big  concentration  gradient,  but  if   - How  resting  membrane  potential  is  established:  let   there  is  no  permeability,  you  cannot  easily  contribute  to  the  resting   ions  flow   membrane  potential   - The  membrane  potential  at  which  an  ion  is  at  its   2) K+  channel  opened;  k+  wants  to  go  down  its  concentration  gradient   (exits  cell)   equilibrium  distribution  across  a  membrane;  there   3) As  K+  goes  down  its  concentration  gradient,  it  establishes  an   is  no  net  movement  of  ion   electrical  gradient  (which  in  turn  repels  it  backwards)   - We  can  either  record  E  experimentally  or  calculate   v Electrical  gradient  also  matters  à  as  K+  leaves  the  cell,   ion positive  charges  also  leaves  the  cell  à  positive  charges  build   it  using  the  Nernst  Equation:   ups  on  the  outside  close  to  the  membrane   à  membrane   RT [X] o stores  charges  and  balances  charge  on  both  sides  =  excess  of   Eion= ln negative  charge  on  the  inside   zF [X] Ø Positive  charges  still  leaving,  down  its  concentration   i   gradient  à  positive  charges  now  encounter  a  build  up  of   o E m  =  equilibrium  potential   positive  charges  on  the  outside  è  like  charges  repel  like     Ø Concentration  gradient  establishes  an  electrical  gradient   o R  =  gas  constant   which  pushes  the  ion  backwards  (repels  it)   o T  =  temperature  (Kelvin)   o For  each  individual  ion,  concentration  gradient  is  balanced  by   o F  =  Faraday’s  constant   the  electrical  gradient   o Z  =  valence  of  the  ion     à  (Na+  is  +5  and  Cl-­‐  is  -­‐5)   o [X]  =  ion  concentration  outside/inside  the  membrane   Ø Just  like  the  Goldman  Equation,  but  only  looking  for  one  ion   Ø equilibrium  potential  à  ALSO  called  reversible  potential     - When  looking  at  whether  an  ion  will  flow  across  a  membrane,  cannot  only  look  at  its  concentration  gradient,  have   to  look  at  the  electrical  gradient  as  well   - Each  individual  ion  has  its  own  equilibrium  potential   - Equilibrium  potential:  value  of  membrane  potential   at  which  the  concentration  gradient  is  equally  balanced  by  its   electrical  gradient   à  value  of  membrane  potential  at  which  THAT  ONE  ion  would  be  in  equilibrium   - The  Equilibrium  Potential  only  takes  about  ONE  ion  at  a  time   à  it  is  NOT  all  of  the  ions  contributing  to  the   membrane  potential   - The  resting  membrane  potential  is  made  up  of  Na+,  K+  and  Cl -­‐,  each  of  these  individual  ions  likes  to  be  sitting  at   the  membrane  potential  where  their  equilibrium  potential  exists   - Ions  WANT  to  be  in  equilibrium  à  each  ion  is  trying  to  drive  membrane  potential  to  its  own  equilibrium  potential   - Equilibrium  potential  for  Na+  is  very  positive   à  +60mV       - Equilibrium  potential  for  K Cl+  is  -­‐90mV  à  close  to  membranes  equilibrium  potential   - Resting  membrane  potent ial  is  the  balance  at  which  there’s  3  ions  levels  out   à  somewhere  between  equilibrium   potential  for  Na+,  (+60mV)  and  K+  and  Cl -­‐  (-­‐90mV)   - -­‐70mV  is  the  resting  membrane  potential   à  close  to  -­‐90mV  (equilibrium  potential  for  K+),  far  from  Na+’s   equilibrium  potential   - That’s  why  at  rest,  the  membrane  is  largely  permeable  to  K+  à  pulls  the  -­‐70mV  down  to  -­‐90mV  à  but  doesn’t   reach  because  Na+  has  some  permeability  and  is  spiking  it     Equilibrium  Potential  and  Membrane  Potential   - Calculation  on  page  70 à  responsible  what  the  two  equations  are  used  for  (equilibrium  vs.  membrane   potential),  major  components  of  the  two  equations   - which  ion  plays  the  major  role  in  establishing  the  resting  membrane  potential?   - Changing  the  permeability  of  one  ion  =  change  in  me mbrane  potential     Changes  in  Membrane  Potential   - when  an  ion  channel  opens,  the  membrane  potential  moves  towards   the  equilibrium  potential  for  that  ion   a) membrane  potential  is  at   -­‐70mV,  many  Na+  channels  then  open     à  quickly,  it  was  switched  to   relative  permeability  (K+  à  Na+)   à  membrane  is  more  permeable  to  Na+  than  K+   à  membrane  potential  goes  towards  the  equilibrium  potential  for   the  ion  it  is  more  permeable  to     à  equilibrium  potential  for  Na+  is  at  +60mV,  so  very  quickly,   because  the  membrane  is  very  perme able  to  Na+,  Na+  overshadows   K+  permeability  à  the  resting  membrane  potential  will  go  to  +60mV   è  depolarization   b) membrane  potential  is  at   -­‐70mV,  K+  channels  then  open   à  quickly  hyperpolarize  the  membrane  potential  down  to  K+’s   equilibrium  potential  (-­‐90mV)   à  which  ever  ion  the  membrane  is  more  permeable  to,  the   membrane  potential  will  go  towards  THAT  ions  equilibrium  potential     Why  Do  Neurons  Have  Resting  Membrane  Potentials?   - as  a  source  of  energy   - for  communication     Passive  and  Active  Responses   • Current  can  be  passed  into  a  neuron  physiologically  or  experimentally  (injected  to  change  membrane  potential)   • Current  can  produce  a  passive  (graded)  or  active  response  (action   potential)   • Whether  a  passive  or  an  active  response  results  depends  in  large  part  on   the  magnitude  of  the  current   • The  membrane  potential  of  the  cell  is  polarized   • Current  injection  can  make  the  membrane  potential  depolarize  of   hyperpolarize   à  artificially  changing  the  potential   • When  is  the  membrane  potential  not  polarized?   • If  there  is  enough  current  to  depolarized  the  membrane  potential  to  the   threshold  potential  an  AP  will  be  generated   o Incoming  signal   • Example:  neurotransmitter   o Membrane-­‐bound  receptors  bind  to  neurotransmitter   • Receptors  transduce  the  chemical  signal  to  an  electrical   signal  by  changing  ion  permeability  of  membrane   • Change  in  ion  permeability  causes  change  in  membrane   potential  (graded  potential)   • First  ex.  Injects  negative  currentà    membrane  potential   hyperpolar
More Less

Related notes for BIO271H1

Log In


Don't have an account?

Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.