SMOB15003U Kursus i excitable celler, molekylær biomedicin

Efter endt kursusforløb forventes den studerende at kunne:

Viden:

Nerveimpulsen (aktionspotentialet)

Definere nerveimpulsen: elektrisk signal (aktionspotential), som ledes uformindsket gennem hele axonets længde

Angive rimelige værdier for hvilemembranpotentialet, tærskelpotentialet og aktionspotentialets spidspotential

Redegøre for, at hvilemembranpotentialet påvirkes ved ændringer af den ydre K⁺-koncentration, men ikke væsentligt af ændringer i den ydre Na⁺-koncentration

Beskrive:
- begrebet "local response" i forbindelse med en subliminal ("subthreshold") stimulering
- summation af subliminale stimuli samt det membranrespons efter første (konditionerende) stimulus, som muliggør summationen (pga.

Redegøre for:
- at nerveimpulsen udløses ved katoden under stimulering med eksterne elektroder
- "alt eller intet"-loven
- ionbevægelserne under aktionspotentialet (herunder følgende ni punkter):

1) redegøre for, at aktionspotentialets amplitude falder ved sænkning af den ydre natriumkoncentration

2) tegne med angivelse af tiden (abscisse) forløbet under aktionspotentialet af membranpotential, natriumkonduktansændringerne og kaliumkonduktansændringerne

3) beskrive funktionen af de to vigtigste spændingsafhængige ionkanaltyper, som betinger aktionspotentialet

4) beskrive den selvforstærkende kobling mellem membrandepolarisering og natriumkonduktans

5) definere natriumkonduktansens inaktivering (inaktivering af de spændingsafhængige Na⁺-kanaler – trods fortsat depolarisering - indtil repolarisering har fundet sted)

6) redegøre for mekanismen bag den hurtige repolarisering og den efterfølgende hyperpolarisering (kombination af natriumkonduktansens inaktivering og den forøgede kaliumkonduktans)

7) definere begreberne absolut og relativ refraktærperiode og angive årsagen til disse perioder

8) redegøre for at hvis natrium erstattes af kalium i ydermediet, så depolariserer membranen så aktionspotentialet blokeres og, at forhøjet kalciumkoncentration eller magnesiumkoncentration hæver tærsklen for udløsning af aktionspotentialet

9) redegøre for at divalente kationer (Ca²⁺ og Mg²⁺) påvirker excitabiliteten ved charge screening. Øges koncentrationen af divalent kation i ekstracellulærvæsken falder excitabiliteten. Sænkes koncentrationen af divalent kation i ekstracellulærvæsken øges excitabiliteten.

Skitsere et aktionspotential og de strømsløjfer i og omkring membranen, som medfører aktionspotentialets propagering

Angive:
- ud fra viden om væskernes ionsammensætning og membranens øjeblikkelige permeabiliteter, hvilke ioner der fortrinsvis bærer aktionsstrømmene (strømsløjferne) ekstracellulært (Na⁺ og Cl^-), intracellulært (K⁺) og gennem membranen (Na⁺ ind og K⁺ ud)
- axondiameterens betydning for nerveledningshastigheden

Beskrive betydningen af myelinisering for nerveledningshastigheden (saltatorisk impulsudbredning)

Tegne med angivelse af tid (abscisse) det ekstracellulært afledede difasiske og monofasiske aktionspotential, og angive årsagen til, at det monofasiske har kortere varighed end det difasiske

Synaptisk transmission

Redegøre for:
- struktur og funktion af elektriske synapser
- struktur og funktion af kemiske synapser
- de begivenheder, der ligger mellem ankomsten af det præsynaptiske aktionspotential i synapsen og udløsningen af et postsynaptisk aktionspotential i både kemiske og elektriske synapser.
- de funktionelle forskelle mellem elektriske og kemiske synapser.
- hvordan signaleringen bringes til ophør i kemiske synapser.
- struktur og virkningsmåden af ionotrope og metabotrobe (=G-protein-koblede) receptorer.
- opbygningen af den nikotinerge acetylcholinreceptor.
- neurotransmission i den neuromuskulære endeplade, og de vigtigste giftstoffer og sygdomme, der angriber denne synapse (kun dem, der blev gennemgået til forelæsningerne).
- definitionen af en neurotransmitter.

Nævne:
- to almindeligt forekommende excitatoriske neurotransmittere og to tilhørende ionotrope receptorer.
- to almindeligt forekommende inhibitoriske neurotransmittere og to tilhørende ionotrope receptorer.

Definere excitatorisk og inhibitorisk neurotransmission.

Redegøre for:
- mekanismen bag excitatorisk neurotransmission.
- mekanismen bag inhibitorisk neurotransmission.

Definere og bruge begreberne excitatorisk postsynaptisk potential (EPSP) og inhibitorisk postsynaptisk potential (IPSP).

Redegøre for:
- spatial og temporal summation af EPSP’er.
- for summation mellem EPSP’er og IPSP’er.
- for indflydelsen af en synapses position på synapsestyrken.
- for at den synaptiske transmission er stokastisk.
- for funktionen (i store træk) af SNARE-komplekset og synaptotagmin.
- for begrebet synapsestyrke og de forhold, der påvirker synapsestyrken.
- for, hvordan synapsestyrken af en elektrisk og kemisk synapse kan ændres.

Definere:
- Long-Term Potentiation (LTP) og gøre rede for mekanismen herfor, herunder betydningen af NMDA-receptoren og calcium.
- Long-Term Depression (LTD) og gøre rede for mekanismen herfor, herunder betydningen af NMDA-receptoren og calcium.

Molekylære signaleringsmekanismer i nerveceller

Definere en metabotrop receptor (7-TM receptor, GPCR)

Angive:
- tre transmitterklasser for metabotrope receptorer (ionotrop/ metabotrop (glu, GABA); metabotrop (5-HT, NA, DA, ach), peptider
- signalveje for matabotrope receptorer  -G_s/G_i /G_q
- målproteiner for metabotrop transmission: ionkanaler, receptorer, enzymer,    

Transkriptionsfaktorer

Angive synapsetyper: ionotrop transmission / ionotrop-metabotrop transmission  /metabotrop transmission

Redegøre for intrasynaptisk/​ekstrasynaptisk transmission, herunder volumentransmission.

Sensoriske receptormekanismer 

Definere:
- en sensorisk receptor: en biologisk transducer, som omformer fysisk eller kemisk energi til elektrisk energi i form af membranpotentialændringer, der omsættes til aktionspotentialer 
- en sensorisk receptors adækvate stimulus 

Angive en inddeling af sensoriske receptorer efter den fysiske karakter af det adækvate stimulus

Beskrive fælles træk ved funktionen af alle sensoriske receptorer: omsætning af absorberet energi til et receptorpotential (generatorpotential) i modtagedelen og transformation af receptorpotentialet til impulser i det tilhørende afferente axon (afsenderdelen) med en frekvens, som stiger med stimulusstyrken

Redegøre for transmissionsvejen fra sansestimulus til generatorpotential i mekanoreceptorer og i stavceller i retina

Angive at et sensorisk neuron formidler information til centralnervesystemet inden for et frekvensområde på ca. 3 Hz - 300 Hz

Redegøre for forskellige adaptationsmønstre (fuldstændig og ufuldstændig adaptation) og for deres funktionelle betydning

Beskrive at adaptation kan bero på ændringer knyttet til forskellige trin i transmissionssystemet (støttevæv, modtagedel og afsenderdel)

Redegøre for en mekanisme for adaptation i en sansereceptors afsenderdel

Angive tre K⁺-kanaltyper, som er væsentlige for kontrol af fyringsfrekvensen: K_D, ”forsinkede K⁺-kanaler” sikrer hurtig afslutning af hver impuls; K_A, ”inaktiverende K⁺-kanaler” sikrer muligheden for lav frekvens ved at hæmme depolariseringshastigheden mellem aktionspotentialer; K_C, ”Ca²⁺- aktiverede K⁺-kanaler” medfører adaptation.

Skeletmuskulatur

Beskrive:
- skeletmuskulaturens opbygning (tværstribet, individuelt innerverede fibre)
- det kontraktile apparats (sarkomerets) opbygning

Definere begrebet motorisk enhed: et motorisk neuron og de muskelfibre (10-1000) neuronet innerverer

Beskrive i grove træk den neuromuskulære endeplades struktur: terminale axon, hvori acetylkolin syntetiseres (mitokondrier, vesikler), den præsynaptiske membran, den synaptiske spalte og endelig den postsynaptiske membran, der er tæt forsynet med acetylkolinfølsomme receptorer

Redegøre for den elektriske impulsoverførsel fra det terminale axon via endepladeregionen til og med igangsætning af muskelfiberens aktionspotential

Beskrive:
- kalciums rolle for acetylkolinfrigørelsen
- at acetylkolin, som frigøres fra den præsynaptiske region, diffunderer over den synaptiske spalte og bindes til receptorer på den postsynaptiske membran, samt at acetylkolin hydrolyseres (af kolinestera-sen) og dermed hurtigt elimineres
- acetylkolins virkning på den postsynaptiske membrans ionpermeabilitet og disse ændringers be-tydning for fremkomsten af endepladepotentialet

Redegøre for:
- endepladepotentialets funktion ved impulstransmissionen. Endepladepotentialet medfører normalt en depolarisering af den omgivende, excitable muskelfibermembran til over tærskel-værdien. Derfor overføres ethvert aktionspotential i den motoriske nerve til et aktionspotential i muskelfiberen
- tværbrocyklus
- ”sliding filament” mekanismens rolle i muskelkontraktion
- excitations-kontraktionskoblingen i skeletmuskulatur
- calciums rolle i aktivering af tværbrocyklus
- de to kontraktionstyper (isometrisk og isotonisk)

Forklare de ydre kræfters betydning for kontraktionen (isometrisk, koncentrisk og excentrisk)

Redegøre for:
- rekrutteringens betydning for kraftudviklingen
- stimulationsfrekvensens betydning for kraftudviklingen (summation)
- sarkomerlængdens betydning for kontraktionskraften (længde-spænding, aktiv)
- titins betydning for muskelens passive egenskaber (længde-spænding, passiv)
- forkortningshastighedens afhængighed af belastningen

Hjertemuskulatur

Beskrive:
- hjertemuskulaturens opbygning (tværstribet, funktionelt syncytium koblet via ”gap junctions”)
- det kontraktile apparats opbygning (som for skeletmuskulatur)

Redegøre for:
- hvorledes calcium regulerer tværbrocyklus (som for skeletmuskulatur)
- excitation-kontraktionskoblingen (”Calcium Induced Calcium Release”) og forklare hvorledes den adskiller sig fra koblingen skeletmuskulatur
- hvordan Ca2+-stigningen i cytoplasma reguleres, samt hvorledes denne regulering påvirker kontraktionskraften (kontraktilitet).
- hjertemuskulaturens længde-spændingsdiagram og forklare hvorledes det adskiller sig fra skeletmuskulaturen
- kontraktionskraftens afhængighed af det slut-diastoliske volumen og forklare sammenhængen med længde-spændingsdiagrammet (Frank-Starling mekanismen)

Skitsere hastigheds-belastningsdiagrammet for hjertemuskulatur

Glat muskulatur

Beskrive:
- glat muskulaturs opbygning (ikke tværstribet, organisering varierer fra ”multi unit” (ukoblede celler) til ”single unit" (kraftig kobling))
- det kontraktile apparats opbygning
- hvorledes calcium regulerer tværbrocyklus
- hvorledes kontraktionskraften kan reguleres med eller uden ændringer i membranpotentialet
- hvorledes muskelcellernes følsomhed for kalcium reguleresredegøre for glat muskulaturs længde-spændingsdiagram og forklare hvorledes det adskiller sig fra skeletmuskulaturen

-redegøre for glat -muskulaturs længde-spændingsdiagram og forklare hvorledes det adskiller sig fra skeletmuskulaturen
-  beskrive hvorledes glat muskulatur kan opretholde kontraktion under lavt energiforbrug

- beskrive skitsere hastigheds-belastningsdiagrammet for glat muskulatur ved forskellige grader af fosforylering

Færdigheder:

Registrere ekstracellulære signaler fra nerveceller og sætte de registrerede signaler ind i en fysiologisk sammenhæng

Anvende en elektrisk stimulator til undersøgelse af excitabelt væv

Måle hvorledes sensoriske receptorer koder sensorisk information

Undersøge tværstibede muskelcellers egenskaber ved hjælp af elektrisk stimulation og mekanisk registrering

Kompetencer:

Overføre teori om excitabelt væv og metoder til undersøgelse af excitabelt væv til anvendelse i videregående kurser i normalfysiologi og sygdomme i f.eks. nervesystemet, hjertet og bevægeapparatet

Indgå professionelt i sundhedsfagligt arbejde, hvor viden om excitabelt væv og metoder til undersøgelse heraf er relevant