H48: ELEKTRISCHE SIGNALEN BIJ DIEREN\
§1 : N EURO N EN
Een neuron (zenuwcel), is een speciaal soort cel die
gespecialiseerd is in het ontvangen, verwerken en doorgeven
van informatie. De meeste organellen van een neuron,
inclusief de kern, bevinden zich in het cellichaam. Een neuron
bestaat uit een axon, een vertakking die signalen naar andere
cellen verzendt. Aan de uiteindes van een neuron zitten
dendrieten, dit zijn de kleinere vertakkingen die zorgen voor de
signaalontvangst. Aan de uiteindes van axonen zitten een
soort knopjes die synapsen worden genoemd. Het deel van elke axontak dat dit
gespecialiseerde knooppunt vormt, is een synaptisch uiteinde.
Synapsen geven chemische boodschappers af, neurotransmitters
genoemd. Via neurotransmitters wordt informatie tussen neuronen
doorgegeven. Er zijn verschillende types neuronen die in een
bepaalde volgorde zorgen voor informatieverwerking. Dit begint bij
de sensorische zenuwcellen, gaat door naar de schakelcellen en
vervolgens naar de motorische zenuwcellen. Opgedeeld in fasen
noem je het: sensorische input, integratie en motorische output.
Tijdens de sensorische input ontstaat de prikkel die bij de integratie
wordt doorgegeven tussen schakelcellen en die daar verwerkt
wordt, vervolgens vindt er een reactie plaats als gevolg van de
motorische output die de spieren aansturen. De 3 typen neuronen behandelen dus elk
een fase.
-> sensorische neuronen, verzenden informatie over externe prikkels en interne
omstandigheden (bloeddruk etc.).
-> interneuronen/schakelcellen, vormen lokale reeksen die neuronen in de
hersenen of ganglia met elkaar verbinden. Zijn verantwoordelijk voor de
integratie van de sensorische input (analyse en interpretatie).
-> motorische neuronen, geven signalen door aan spiercellen, waardoor
deze samentrekken. Extra neuronen die zich uitstrekken buiten de
verwerkingscentra veroorzaken klieractiviteit.
De 3 typen neuronen zien er allemaal verschillend uit. Neuronen met sterk
vertakte dendrieten, zoals schakelcellen kunnen input ontvangen via
tienduizenden synapsen en dus enorm veel informatie tegelijkertijd ontvangen. Neuronen
die juist veel informatie moeten versturen, hebben erg vertakte axonen. Wanneer ze bij
elkaar zijn gegroepeerd, vormen de axonen van neuronen de bundels die zenuwen
noemen. Bij veel dieren zijn de neuronen die het sorteren, verwerken en integreren
georganiseerd in een centraal zenuwstelsel (CSZ). Het CSZ
kan bestaan uit hersenen of veel eenvoudigere clusters die
ganglia worden genoemd.
De neuronen die informatie in en uit het CZS dragen, vormen
het perifere zenuwstelsel (PNS).
Neuronen van zowel het CZS als het PNS hebben
ondersteunende cellen nodig die gliacellen of glia worden
genoemd. Deze zijn er ook in allemaal soorten, maar zorgen
allemaal voor het bij elkaar houden van de zenuwcellen.
, §2 : IO N EN PO MPEN EN K AN AL EN
Neuronen vervoeren de informatie d.m.v. signalen die worden veroorzaakt door
spanningsverschillen. Deze spanningsverschillen ontstaan door ionen met verschillende
ladingen. De ionen aan de buitenkant van de cel (in de omringende vloeistof) zijn anders
verdeeld dan de ionen die zich in de cellen bevinden. Hierdoor wordt de binnenkant van
de cel negatief geladen tegenover de buitenkant. Dit ladingsverschil over het
plasmamembraan wordt de membraanpotentiaal genoemd. Dit verschil in lading is een
bron van potentiële energie die kan helpen bij diffusie wanneer dat nodig is. Een neuron
in rust heeft een spanning van tussen de -60 en -80 millivolt (mV) en wordt de
rustpotentiaal genoemd. Wanneer een neuron een stimulus ontvangt, veranderd de
membraanpotentiaal. Snelle veranderingen in membraanpotentiaal stellen ons in staat
om dingen waar te nemen. De veranderingen in membraanpotentiaal worden
actiepotentialen genoemd.
Het vormen van een rustpotentiaal wordt gedaan
door de Kaliumionen (K +) en natriumionen (Na +).
Deze ionen hebben elk een concentratiegradient
over het plasmamembraan van een neuron. In de
meeste neuronen is de concentratie K+ hoger in de
cel, terwijl de concentratie Na+ buiten de cel hoger
is. De concentratie gradiënten van Natrium en kalium worden gehandhaafd door de
natrium-kaliumpomp. Deze pomp gebruikt ATP-hydrolyse als energie om Natrium actief
uit de cel te transporten en kalium in de cel. Ze worden dus tegen hun
concentratiegradient ingestuurd. De natrium-kaliumpomp transporteert drie Na+ uit de
cel voor elk twee K+ in de cel. Hoewel dit pompen een netto export van positieve lading
genereerd, werkt de pomp traag. De resulterende verandering in membraanpotentiaal is
daarom vrij klein. Ondanks dat het daardoor klein is, is er wel een rustpotentiaal van -60
tot -80 mV. Dit komt door ionenkanalen die de ionen heen en weer laten diffunderen over
het membraan. Omdat ionen door kanalen diffunderen, dragen ze elektrische lading met
zich mee. Wanneer dit gebeurt, genereerd de resulterende stroom een
membraanpotentiaal of spanning over het membraan.
concentratie gradiënten van ionen over het plasmamembraan zorgen voor een
chemische vorm van mogelijke energiegebruik die kan worden gebruikt voor allerlei
cellulaire processen. In neuronen kunnen de ionenkanalen die deze. Chemische
potentiële energie in elektrische potentiële energie omzetten, dit doen omdat ze een
selectieve permeabiliteit hebben. Hierdoor kunnen alleen bepaalde ionen passeren. Een
kaliumkanaal kan alleen Kalium laten diffunderen.
Verspreiding van K+ door kaliumkanalen die altijd open zijn (ook wel lekkanalen
genoemd) is cruciaal voor het vaststellen van de rustpotentiaal, na bijvoorbeeld een
actiepotentiaal die de cel positief heeft gemaakt. De concentratie van kalium in de cel is
dan veel groter dan die van daarbuiten. De chemische concentratiegradient stimuleert
dus eigenlijk de diffusie van kalium naar buiten. Bovendien heeft een rustend neuron veel
open kaliumkanalen, maar zeer weinig open natriumkanalen. Doordat kalium aldoor maar
naar buiten blijft stromen zonder dat natrium naar binnen stroomt, wordt de lading weer
negatief. Deze ophoping van negatieve lading zorgt weer voor een negatieve spanning
over het membraan en zorgt dus weer voor de rustpotentiaal.
De netto stroom van K+ uit een neuron gaat door, totdat de chemische en elektrische
krachten in evenwicht zijn (dus de spanning over het membraan gelijk, maar ook de
hoeveelheid deeltjes).
Wanneer een evenwicht in concentratie bereikt is, zal de elektrische gradiënt de
chemische gradiënt exact in evenwicht willen brengen, zodat er geen netto diffusie van
K+ meer over het membraan plaatsvindt. De grootte van de membraanspanning bij
evenwicht voor een bepaald ion wordt de evenwichtspotentiaal van dat ion genoemd in
symbolen: (E-ion). Voor een membraan dat doorlaatbaar is voor een enkel type ion, kan
