8 minute read
1.2 Hoe geven neuronen informatie door over een lange afstand?
Receptoren bevinden zich vaak op een grote afstand van de verwerkingscentra. De afstand van je ogen en gehoororgaan tot de hersenen is niet zo groot, maar van de receptoren in de huid van je tenen naar het ruggenmerg of de hersenen bedraagt toch minstens één meter. En bij sommige dieren is die afstand nog veel groter. Voer de opdracht uit. Benodigdheden: plakband 10 dominostenen meetlat (30-40 cm) Voorbereiding • Meet de lengte (langste zijde) van een dominosteen. • Snijd tien stukjes plakband af die ongeveer even lang zijn als een dominosteen. • Plaats de eerste dominosteen nabij het einde van de lat. Maak de achterzijde van de dominosteen vast met een stukje plakband (zie figuur). • Plaats na de eerste een tweede dominosteen op een afstand van drie vierde van de dominolengte. Bevestig die steen op een gelijkaardige manier. • Plaats de volgende acht dominostenen telkens op dezelfde afstand van de vorige dominosteen en maak ze op dezelfde manier vast. • Versterk het aangebrachte plakband door er een extra stuk in de andere richting overheen te kleven (zie figuur). • Plaats de lat op een tafel en zorg dat alle dominostenen recht staan. De zijden van de dominostenen waar het plakband aan werden bevestigd, moeten van je weg gericht staan. 1 Duw de eerste dominosteen om. Wat gebeurt met de andere stenen? 2 Herhaal nog eens. Wat moet je daarvoor eerst doen? Afb. 75 De afstand tussen receptoren en verwerkingscentra kan snel oplopen bij grotere diersoorten, zoals deze blauwe vinvis. 3 meter OPDRACHT 4 Afb. 76 Dominostenen worden op een lat vastgekleefd met plakband. ©VAN IN 3 Herhaal nog enkele keren. Vallen alle stenen even snel?
4 Is het mogelijk de stenen in de andere richting te doen omvallen?
5 Zet alle stenen terug recht. Raak de eerste dominosteen heel zachtjes aan. Wat gebeurt er?
6 Herhaal, maar gebruik steeds een grotere kracht. Wat stel je vast?
7 Verwijder één dominosteen in het midden. Zet alle dominostenen opnieuw recht. Duw de eerste dominosteen om. Wat gebeurt er?
Het vallen van de dominostenen vertoont heel wat gelijkenissen met het transport van een signaal doorheen het neuron: een signaal in het neuron ontstaat pas als de prikkel sterker is dan de prikkeldrempel, net zoals je voldoende hard moest duwen tegen de eerste dominosteen om die te doen omvallen. Dat signaal verstoort een rusttoestand en plant zich als een kettingreactie met een constante snelheid voort doorheen het axon. De rusttoestand noemen we de rustpotentiaal.
A Rustpotentiaal In ons lichaam bevinden zich heel wat opgeloste ionen of geladen deeltjes. Bij een zenuwcel in rust zijn de positieve ionen niet gelijk verdeeld tussen de binnenzijde en de buitenzijde van de cel. Omdat aan de buitenzijde van het neuron meer positieve ionen zitten dan binnen in het neuron, is er een ladingsverschil. De buitenzijde is positief geladen ten opzichte van de binnenzijde. celmembraan celmembraan
Het verschil in lading tussen binnenzijde en buitenzijde veroorzaakt een elektrische spanning over het membraan, die we de membraanpotentiaal noemen. De membraanpotentiaal bij een zenuwcel in rust bedraagt –70 millivolt en wordt de rustpotentiaal genoemd.
kanaal intracellulair extracellulair–70 millivolt buitenzijde binnenzijde celmembraan Afb. 77 Tussen de buiten- en binnenzijde van het celmembraan is er ©VAN IN
een ladingsverschil.
Onderzoek hoe de ongelijke verdeling van ionen ontstaat in een neuron. Gebruik Labo 12 op p. 343.
De rustpotentiaal is het potentiaalverschil dat er bij rust heerst tussen de binnen- en de buitenkant van een celmembraan. De rustpotentiaal ontstaat door een ongelijke verdeling van ionen (geladen deeltjes) binnen en buiten de cel, waardoor de binnenzijde van het membraan negatief geladen is ten opzichte van de buitenzijde. B Actiepotentiaal Deeltjes zijn niet altijd gelijk verdeeld over een ruimte. Vaak zijn er op de ene plaats meer deeltjes per volume-eenheid (zoals een liter) dan op de andere. Het aantal deeltjes per volume-eenheid noemen we de concentratie, een begrip waarmee je in de chemie veel aan de slag zult gaan. Om goed te kunnen begrijpen hoe een neuron een elektrisch signaal doorgeeft, is het belangrijk te weten hoe opgeloste deeltjes zich gedragen wanneer de concentratie in een oplossing niet overal dezelfde is. Hoe gedragen deeltjes zich als de concentratie van de deeltjes niet overal gelijk is? 1 Onderzoeksvraag Hoe verplaatsen theedeeltjes zich tussen twee plaatsen met een ongelijke verdeling? 2 Hypothese 3 Benodigdheden glas water zakje zwarte thee 4 Werkwijze OPDRACHT 6 ONDERZOEK ©VAN IN 1 2 Vul een glas met water. Hang het zakje met thee in het glas en observeer onmiddellijk wat er gebeurt.
5 Waarneming a Waar was de concentratie aan gekleurde theedeeltjes bij aanvang van de proef het hoogst?
b Waar was de concentratie aan gekleurde theedeeltjes bij aanvang van de proef het laagst?
6 Verwerking a In welke richting hebben de deeltjes zich verspreid? Schrap wat niet past. De deeltjes verspreidden zich van een plaats met een hoge concentratie / lage concentratie naar een plaats met een hoge / lage concentratie. b Kost dat proces energie of gebeurt het spontaan? 7 Besluit Noteer een besluit. 8 Reflectie a De uitvoering van de proef verliep vlot / niet vlot (schrap wat niet past), omdat: b Vergelijk je hypothese met je besluit. Als iemand pannenkoeken bakt, hangt snel het hele huis vol met die lekkere geur. Dat komt omdat deeltjes die zich kunnen verplaatsen, zowel gassen als vloeistoffen, met elkaar botsen. Daardoor veranderen ze voortdurend van richting en raken ze over de hele ruimte gelijk verspreid. Het verschijnsel waarbij deeltjes zich verplaatsen van een hoge naar een lage concentratie noemen we diffusie. Diffusie gebeurt spontaan en kost geen energie. Door diffusie ontstaat er over de gehele ruimte een gelijke verdeling van deze deeltjes, de concentratieverschillen verdwijnen. Het concentratieverschil tussen positief geladen deeltjes (ionen) aan de buiten- en binnenkant van een membraan verdwijnt niet door diffusie, omdat de ionen zich niet door het membraan kunnen verplaatsten. Een prikkel kan ervoor zorgen dat de membraaneigenschappen veranderen, waardoor de ionen wél kunnen passeren. Ze stromen dan massaal door het membraan naar binnen, zodat het concentratieverschil wijzigt. ©VAN IN
Onderzoek welke processen zich afspelen in het celmembraan bij een actiepotentiaal. Gebruik Labo 13 op p. 345.
De positieve lading buiten de cel wordt kleiner en de binnenzijde van de cel wordt meer positief (minder negatief) geladen. Daardoor verlaagt het ladingsverschil tussen binnenzijde en buitenzijde. De rustpotentiaal verdwijnt, het potentiaalverschil verandert. We noemen die fase de depolarisatie. Als de prikkel sterker was dan de prikkeldrempel, stromen zo veel positieve ionen doorheen het membraan dat het ladingsverschil over het membraan omdraait: de binnenzijde wordt positiever dan de buitenzijde (die nu negatief wordt beschouwd). We spreken dan van een actiepotentiaal of impuls. Na de actiepotentiaal verplaatsen andere positieve ionen zich, zodat de oorspronkelijke ladingsverdeling zich herstelt (positief buiten de cel, negatief in de cel). Deze fase noemen we de repolarisatie. Daarna is het axon gedurende een zeer korte tijd ongevoelig op die plaats. Er kan op die plaats even geen nieuwe actiepotentiaal optreden. -50 -100 0 1 2 3 4 5 6 7 tijd (ms)
membraanpotentiaal (mV) 50 depolarisatie prikkeldrempel rustpotentiaal
rustpotentiaal
repolarisatie actiepotentiaal Grafiek 1 Verloop van de elektrische veranderingen op de plaats van een actiepotentiaal 0 Omdat de ionen of geladen deeltjes zich tijdens dit proces verplaatsen, is de actiepotentiaal een elektrisch signaal. Een actiepotentiaal kent altijd hetzelfde verloop, ongeacht de sterkte van de prikkel. Het is net als een vallende dominosteen een alles-ofnietsgebeurtenis: ze treedt op of ze treedt niet op. ©VAN IN
Bij een prikkel diffunderen positieve ionen doorheen het membraan van een neuron. Daardoor verandert het ladingsverschil over het membraan, de rustpotentiaal wordt verstoord. Als de prikkel voldoende sterk is draait het ladingsverschil om en wordt de binnenzijde van het celmembraan kortstondig positief ten opzichte van de buitenzijde. Er ontstaat een actiepotentiaal of impuls. Een actiepotentiaal of impuls is een alles-of-nietsgebeurtenis op of ze treedt niet op. : ze treedt OPDRACHT 8
Vul de grafiek aan.
1 Benoem de assen en eenheden. 2 Vul de volgende begrippen aan: • depolarisatie • repolarisatie • actiepotentiaal • rustpotentiaal OPDRACHT 9
Plaats de gebeurtenissen van een impuls in de juiste volgorde. Kies uit: actiepotentiaal – depolarisatie – repolarisatie – rustpotentiaal
–70 –60 –50 –40 –30 –20 –10 10 20 0 Grafiek 2 ©VAN IN tHema 02 HoofDstuk 1 135
C Impulsgeleiding
rustfase
celmembraan actiefase = impuls ladingsverschuiving zin van de impuls depolarisatie ladingsverschuiving depolarisatie ladingsverschuiving Door de in- en uitstroom van ionen ontstaat er in het neuron een concentratieverschil met de zones daarnaast. Daardoor zullen de geladen deeltjes ook hier verplaatsen of diffunderen van een hoge naar een lage concentratie. Er ontstaat in het neuron een elektrisch signaal. Door de verplaatsing van ionen ontstaan er in de zones die naast de actiepotentiaal liggen, nieuwe concentratieveranderingen en daardoor ontstaan er telkens ook nieuwe actiepotentialen in de richting van de volgende cel. In de richting van het cellichaam ontstaan geen actiepotentialen omdat op de plaats van een actiepotentiaal eerst de rustpotentiaal hersteld moet worden. Daarom loopt een actiepotentiaal altijd in één richting doorheen het axon, namelijk in de richting weg van het cellichaam. Een actiepotentiaal zet zich dus doorheen het axon voort als een kettingreactie van verplaatsing van ionen of geladen deeltjes, dus als een elektrisch signaal. De verplaatsing van de actiepotentiaal noemen we de impulsgeleiding. Het elektrisch signaal wordt gebruikt om informatie te transporteren vanuit de plaats waar een prikkel werd opgevangen naar de plaats waar de informatie wordt verwerkt. Als je de impulsgeleiding zou vergelijken met vallende dominostenen, dan duwt elke steen de volgende om. De gevallen steentjes worden na enkele ogenblikken terug rechtgezet, zodat je eigenlijk steeds maar enkele steentjes plat ziet liggen. BEKIJK DE VIDEO ©VAN IN
depolarisatie
