Aksiyon potansiyellerinin oluşumu, iletilmesi, kaynak ve hedef hücrede meydana getirdiği değişikiliklerin fizyolojik incelemesi.

1. Aksiyon PotansiyeliAksiyon Potansiyeli
Özgün ÖzalayÖzgün Özalay
Ege Üniversitesi – Sinirbilim ABDEge Üniversitesi – Sinirbilim ABD
www.ozgunozalay.comwww.ozgunozalay.com

2. Aksiyon Potansiyeli
● Aksiyon potansiyelinin anahtar
elemanı olan
“Voltaj Kapılı İyon Kanalları”
taşınan bilginin çeşitliliği
açısından çok önemli.
● Bu konudan önce Aksiyon
Potansiyeli(AP)'nin temel 4
özelliğinden bahsedelim.

3. AP nin 4 Temel Özelliği
1) Eşik seviyesi
2) “Ya hep ya hiç”
3) Kayıpsız ileti
4) Etkisiz periyod

4. Bugün bildiklerimizi nasıl öğrendik?
● Na ve K
geçirgenliğinin AP'ne
neden olduğunu
düşündüler ve “Voltaj
Kıskacı-Voltage
Clamp” kullanarak,
deneyler yaptılar.

5. Voltaj Kıskacı – Voltage Clamp
Membran
potansiyeli
ölçülür
İstenilen
değer ile
karşılaştırılır
Değerler farklıysa axona
akımı arttır/azalt
Dengeleyici akım
değeri
Kısa devre
(axial direnç)
Yüksek iletken
kablolar
Membrandaki “İyonik” ve “Kapasitif” özellikleri ayrı ayrı inceleme
Uygulanan akımların “Membran Potansiyaline” (Vm) etkisi kaydedilir.

6. Deney Sonuçları
10 mV uyarımda “Sızıntı Akımı”
Büyük bir depolarizasyon sonrası
toplam akım.Sızıntı akımı başlamadan
önce “içeriye” doğru, daha sonra
“dışarıya” doğru bir akım.
Tetradoxin ile Na kanalları
Tetraetilamonyum ile K kanalları bloke edilmiş
Böylece AP'nin iki farklı karakterdeki iyon kapısı
tarafından temelde kontrol edildiği gösterilmiş
oldu.

7. Na ve K kanalını kapatan ilaçlar
Na kanal blokerleri Tetradoxin ve Saxitoxin (Yüksek affinite)-Hızlı kanallar-
K kanal blokerleri 4-Aminopyridine ve Tetraethylamonium (Düşük affinite)

8. -50 ile +75 mV arası iyon dengeleri
K akımı, membran potansiyeli yükselmeye devam ettiğinde artarken,
Na akımı denge potansiyeli geçildiğinde (>55mV) hücre dışına çıkma eğilimi
gösterir.

9. Na Kanallarındaki fark ne?
Na kanallarının K kanallarınından bir farkı
da “inaktivasyon” süreçlerinin farklı
olmasıdır.
Uzun süreli bir uyaran verildiğinde, hızlı bir
inaktivasyon sürecine sahip olmayan K
kanalları uzun süre açık kalırken Na
kanalları inaktive oluyor.
Na kanallarındaki hangi sistem buna neden
oluyor?

10. 1)Dinlenme Potansiyeli
Aktivasyon kapısı KAPALI
İnaktivasyon kapısı AÇIK
2)Aktif olduğunda
Aktivasyon kapısı AÇIK
İnaktivasyon kapısı AÇIK
3)İnaktive olduğunda
Aktivasyon kapısı AÇIK
İnaktivasyon kapısı KAPALI
Bu şekilde Na kanalları, K kanallarına
göre çok daha hızlı inaktif olurlar.
Peki Na ve K kanalları birlikte nasıl
çalışıyor?

11. K-Na kanalları
K kanallarının biraz daha geç
aktive olması nedeniyle AP
eğrisi hafif sağa doğru
kaymıştır.
Yine geç kapanan K kanalları
nedeniyle hiperpolarizasyon
kısa bir süre için, Vm
dinlenme potansiyelinin altına
düşer(Ek değerine yaklaşır).
Kanalların kapanmasıyla,
membran dinlenme
potansiyeline döner.
Mutlak etkisiz dönem
(absolute refractory period)
Görece etkisiz dönem
(relative refractory period)
(Yaklaşık 5-10 ms)

12. Peki ya eşik değeri?
Herşeyin dereceli(graded)
değişim gösterdiği bir sistemde
“Eşik değeri” ilk bakışta ilginç
gelebilir.
Aslında bu olay tamamen
akımların birbiriyle yarışmalarının
bir sonucu.
Membran depolarizasyonu
arttıkça içeriye olan Na akımı ile
birlikte dışarıya K ve Sızıntı
akımları da artar. Ancak Na
kanallarının hızlı etkileri
sebebiyle bir noktadan sonra;
Na
K L(sızıntı)
> = Eşik
(threshold)

13. Na-K nereye kadar?
Sinir sistemimizde işlenen veri miktarını ve çeşitliliğini düşününce, tek başına Na ve K
kanalları yeterli değil.
Pek çok sinir hücresinde bahsettiğimiz temel sistem ortak bulunsa da pek çok çeşitlilik
mevcut;
 Voltaj kapılı Ca kanalları (çoğu hücrede)
 Voltaj kapılı Cl kanalları (bazı ve kas hücrelerinde)
 Na ve K geçirgen Hiperpolarize Aktive Katyon (HCN) kanalları (-30-40 mV)
Bunların yanı sıra her bir kanalında farklı çeşitleri bulunmaktadır. Bunlardan 4 tanesi
sinir sistemi açısından önemlidir;
1) Yavaş aktive olan K kanalları
2) Ca aktivasyonlu K kanalları (Daha negatif potansiyellerde K geçişini sağlar)
3) A tipi K kanalı (Aynı Na kanalları gibi hızlı tepki verir)
4) M tipi K kanalı (Küçük depolarizasyon ile uyarılır, yavaş, ACh ile bloke olur)
Bunların yanı sıra sinir sisteminde voltaj kapılı Na kanallarının 8, Ca kanallarının 5
ana alt-tipi mevcuttur.

14. Sitoplazmik etkenler
Sitoplazmik faktörler sinir hücresinin uyarılabilirliğini etkileyebilir.
En önemli faktörlerden Ca;
Dinlenme halindeki bir sinir hücresinin sitoplazmik ortamda düşük,
hücre dışı ortamda yüksek konsantrasyonda bulunur. Depolarizasyon
dalgası oluştuğunda, membrana yakın yüksek seviyede Ca varsa;
 Hücre içine düşük dinlenme değerinde çok fazla Ca akımı olur.
 Potansiyel Ca aktivasyonlu K kanalları açılır, K akımı oluşur.
 Aynı zamanda Ca konsantrasyonu NT salınımı etkileyecektir.

15. Nöronun farklı bölgelerinin uyarılabilirliği
Dendritler;
Çok çeşitli voltaj kapılı iyon kanalları vardır
(Ca,K,Na,HCN). Aktive olduklarında sinaptik
potansiyeli hücre gövdesine iletirler. İletimin
hızı, zamanı, şekli hücreye özgüdür.
Akson tepeciği;
AP için en düşük eşik değerine sahiptir.
Çünkü voltaj kapılı Na kanallarının en yoğun
olduğu bölgedir. Ayrıca dinlenme
potansiyelinin küçük farklılaşmalarına tepki
gösteren iyon kanalları mevcuttur.
Sinir hücresinin farklı bölgelerinde farklı
uyarılma sistemleri aktiftir.

16. Farklı Tip Nöronların Uyarılabilirliği
Voltaj kapılı kanallar arasında K kanalları en fazla çeşitlilik gösterir. Farklı tip
nöronların uyarılabilirliğini belirlemede K kanalları anahtar rol oynar.
Nöronun taşıdığı kanalların kompozisyonundaki çeşitliliği (kanalların birbirine oranı)
de uyarılabilirliği etkiler. Bazı nöronlar sadece tek bir AP ile uyarılırken bazı
nöronları uyarmak için “spike train” tipinde bir uyarı gerekebilir.
Örn: Bazı Ca ve HCN kanallarının bulunması “pacemaker” uyarıların oluşmasına
neden olur (stimulusun olmadığı zamanlarda bile uyarılabilirlik).
Çoğu nöron artan uyarana tepkiyi azaltırken, bazı hücreler (duyma sistemimizdeki)
çok kısa “etkisiz dönem” geçirip yüksek frekanslara hızlı bir şekilde duyarlı hale
gelebiliyor.(hızlı voltaj kapılı K kanalları sayesinde)

17. A tipi K kanalları
Hiperpolarize durumda
“gecikmiş cevap”
Ca kanalları
Hiperpolarizasyon
dan sonra hızlı
reaktive olan
kanallar 20 mV
potansiyelden
sonra seri
ateşleme yapar.
M tipi K kanalları + NT
M tipi kanallar seri
ateşlemeye izin
vermezken ACh ile M
tipi kanallar bloke
oluyor ve seri
ateşleme izlenir.
HCN ve Ca kanalları
Thalamocortical
yoldaki nöronlar, uyarı
olmadan spontan AP
oluştururlar.

18. Bu kanallar nasıl açılıyor?
Yapılan patch-clamp çalışmalarında verilen
uyarılara (Ip) farklı Na kanallarının farklı
zamanlarda farklı şiddette tepki verdiği görülmüş.
Ancak önemli olan nokta hepsinin “Ya hep ya hiç”
şeklinde tepki vermesi.
Kanalların sadece açık ve kapalı durumları
mevcut, arada bir geçirgenlikleri yok.
Sinyal çeşitliliği, kanalın özelliklerinden çok
hücrede bulunan farklı tip voltaj kapılı kanalın
bulunmasından kaynaklanıyor.

19. Bu kanallar nasıl açılıyor?
Depolarizasyon uygulandığında
Na akımına ters yönde bir “g”
akımı(gating) oluştuğu
gözlenmiş.
Bu da kanal içindeki (+) yüklü,
aktivasyon kapısını açan bir
parçacığın hareketini sağlar.
Membran potansiyelindeki
değişikliklere göre bu parçacık
aktivasyon kapısının açılmasını
sağlar.

20. K,Na ve Ca kanalları akraba mı?
Tüm voltaj kapılı katyon kanalları
gözenek şeklinde, herbiri 6
transmembrane-segmenti olan, α-alt
ünitelere sahiptir (S1-S6).
7. bir “P maddesi” S5-S6 arasındadır ve
kanalın seçici filtresi görevini yapar.
(+) yüklü S4 segmenti voltaj sensörü
olabilir mi?
Na ve Ca kanallarında polipeptid zinciri
halinde
K kanalları 4 alt üniteden ve tek bir
gözenekten oluşuyor.

21. X-Işını Cyrstallographic Çalışmalar
K kanalları üzerinde yapılmış.
2 bölümden oluşuyor;
1) Periferde, voltaj algılayan S1-S4
2) Merkezde, gözenek(pore)
oluşturan S5-P-S6
S6 helixinin açık kalması için Glycin
molekülüne tutunabileceği
düşünülüyor.
Başka bir soru da;
Membran üzerinde fırtınalar
koparken bu kanallar nasıl adapte
oluyor?

23. Kanal tiplerinin çeşitliliği ve genetik
mekanizmalar
Farklı nöronların geniş ölçekli AP oluşturma mekanizmaları, ve tek bir nöronun
farklı girdilere uygun yeni AP kalıpları oluşturması, sinir sisteminde çok çeşitli iyon
kanallarının var olmasından kaynaklanmaktadır.
Sadece K için bile, çok farklı tiplerde (M tipi, A tipi, Ca aktivasyonlu), farklı
membran potansiyellerine duyarlı ve farklı NT modülatörlü pek çok voltaj-kapılı
kanal vardır.
Voltaj-kapılı kanalların bu çeşitliliğinden 5 önemli mekanizma sorumludur;
1) Tek bir kanalın alt-ünitelerini birden fazla gen kodlayabilir (Memelilerde Na için
8 farklı gen gösterilmiş).
2) K kanalının 4 alt ünitesi farklı genler tarafından kodlanabilir.
3) Tek bir gen parçalanarak alt-üniteleri kodlayan mRNA 'da varyasyona neden
olabilir.
4) Alt-ünite kodlayan RNA, kimyasal modifikasyona uğrayabilir, etkilenen tek
nükleotid, ilgili amino asidin alt-ünitedeki kompoziyonu değiştirecektir.
5) Bir tip alt-ünite, diğer ek(accessory) alt üniteler ile birleşebilir.