SRP om nervesystemet og impulsmodeller i Fysik B og Bioteknologi A
SRP om nervesystemet og impulsmodeller i Fysik B og Bioteknologi A
Studieretningsprojektet omhandler teorier omkring nervesignaler i fagene Bioteknologi A og Fysik B. SRP'et sammenligner den anerkendte Hudgkin-Huxley-model og den nye solitonmodel, som begge beskriver udbredelsen af nervesignaler. SRP'et indeholder en gennemgang af nervesystemets opbygning, samt de fysiske teorier bag modellerne. Derudover indeholder SRP'et en gennemgang, sammenligning og diskussion af modellerne.
Opgaveformulering
Den traditionelle opfattelse af et nervesignals impulsudbredelse er blevet udfordret i en hypotese om at nerveceller kommunikerer ved lydbølger. Den sidste antagelse kan være med til at forklare bedøvelsesmidlernes effekt. Se vedhæftede artikel fra Ingenøren.
http://ing.dk/artikel/nerver-kommunikerer-med-lydbolger-79542
Redegør for de to modeller der beskriver nervesignalers udbredelse i en nervecelle, med fokus på de bioteknologiske og fysiske mekanismer.
Giv en beskrivelse af et eksperiment der kan undersøge hvilken model der bedst beskriver udvalgte fænomener i forbindelse med transport af nervesignaler, og en analyse og diskussion af resultaterne.
Diskuter styrker og svagheder ved de to modeller, og kom herunder ind på bedøvelsesproblematikken.
Studienets kommentar
Du kan også få hjælp til dit Studieretningsprojekt i SRP-bogen. Her guider vi dig i alt fra emnevalg og faglige metoder til opbygning af opgaven.
Få den bedste hjælp til SRP med SRP-bogen.
Indhold
Abstract 2
Indholdsfortegnelse 3
Indledning 4
Nervesystemet 5
Opbygningen af nervesystemet 5
Cellemembraner 6
Membranens faser 7
Hodgkin-huxley-modellen 9
Elektriske kredsløb og definitioner 9
Hvilemembranpotentialet 10
Aktionspotentialet 11
Opbygningen af modellen 12
Solitonmodellen 14
Solitoner og lydbølger 14
Termodynamik 15
Opbygningen af modellen 16
Kollisionseksperiment 20
Princippet bag eksperimentet 20
Materialer 22
Metode 22
Resultater 22
Diskussion af forsøget 23
Anæstesimidlers effekt på nervesignaler 25
Diskussion af de to modeller 26
Hodgkin-huxley-modellen 26
Solitonmodellen 27
Konklusion 29
Tak til 29
Litteraturliste 30
Bilag 1 – data fra eksperiment ved ortodom retning 32
Bilag 2 – data fra eksperiment ved antidrom retning 32
Bilag 3 – data fra eksperiment ved kollision 32
Bilag 4 – mail fra Thomas Heimburg 33
Uddrag
Indledning
Nervesignaler er grunden til, at væsener har en bevidsthed, motorik og sensorik. Det er nervesignaler, der styrer vores hjerne og krop. Men det var i lang tid et mysterium, hvordan disse nervesignaler blev udbredt i cellen, lige indtil Alan Lloyd Hodgkin og Andrew Huxley i 1952 fremlagde deres model for nervesignalers udbredelse i axoner hos blæksprutter. Deres model bygger på teori omkring en potentialeforskel over cellemembranen hos nerver, forsaget af ionkanaler. Denne opdagelse førte til, at de i 1963 fik tildelt Nobelprisen i fysiologi. 1 Denne model er nu blevet udfordret af en forskergruppe fra Niels Bohr Instituttet i København. De mener i stedet, at nervesignalets udbredelse kan beskrives ved en form for trykbølge kaldet solitoner, der forplanter sig i cellemembranen. Denne model giver desuden en forklaring på flere observationer under et nervesignal som HodgkinHuxley-modellen ikke giver svar på. Vigtigst at nævne er mekaniske ændringer i nerven og effekten af bedøvelsesmidler. 2
Dette studieretningsprojekt vil undersøge disse to modeller. Først igennem en redegørelse af de to modeller, hvor der inddrages en introduktion til de fysiske og bioteknologiske mekanismer bag dem. For at få en forståelse af disse modeller, vil der også være en gennemgang af nervecellens anatomi og en beskrivelse af teorier omkring elektriske kredsløb og termodynamik. På baggrund af dette vil der også blive lavet analyse og diskussion af resultaterne af dette eksperiment. Til sidst i opgaven vil der indgå en sammenligning af de to modeller, hvor der diskuteres svagheder og styrker ved begge.
Opbygningen af nervesystemet
Nervesystemet består hos mennesker af over 120 milliarder neuroner, der sammen kan fungere som en enhed og løse nervesystemets opgaver. Nervesystemet er noget af det vigtigste i vores krop, da vi er afhængig af det til at sende signaler fra hjernen til kroppen, og fra kroppen tilbage igen. Det enkelte neuron har uden diskussion det mest komplekse job i kroppen. 3 Overordnet deles nervesystemer op i centralnervesystemet (CNS) og det perifere nervesystem (PNS). Centralnervesystemet består af hjernen og rygmarven kaldet medulla spinalis. Det perifere…
Cellemembraner
Cellemembraner består af lipider og proteiner og kaldes for lipidmembraner. Cellemembranen har flere vigtige funktioner for cellen. Selve membranen laver en barriere mellem cellens cytoplasma og ekstracellulærvæske, som gør det muligt for cellen at have et forskelligt miljø inden og uden for cellen. Proteinerne i membranen kan transportere vandopløselige stoffer gennem membranen og virker som modtagere af information fra andre celler vha. signalmolekyler. Proteinerne der er makromolekyler kan både gå hele vejen igennem membranen eller…
Elektriske kredsløb og definitioner
For at der overhoved kan løbe en strøm igennem membranen er det nødvendigt at der er et kredsløb. Den strømstyrke der løber i et kredsløb, er et udtryk for mange elektriske ladninger der løber rundt i kredsløbet. Strømstyrken er konstant i et uforgrenet kredsløb og måles i ampere (A). Stoffer der er i stand til at lede en strøm har frie ladninger der kan tranporteres og kaldes ledere. Disse kan transportere en strøm hvis de tilsluttes en spændingskilde. Stoffer der omvendt ikke er i stand til dette kaldes isolatorer. Når et kredsløb er forgrenet vil strømstyrken i de forskellige ledere beskrives ved Kirchhoffs 1. lov som siger at summen af strømmene, der går ind i et knudepunkt er…
Hvilemembranpotentialet
Alle celler vil have et hvilemembranpotentiale. Dette er en spændingsforskel mellem inder- og ydersiden af membranen, som ligger på omkring -60 til -80 mV. Indersiden vil være negativt ladet, hvilket skyldes forskellige koncentrationer af ionerne på begge sider af membranen. Proteinerne i membranen har forskellige funktioner og en af dem er at transportere ioner igennem membranen. Dette kan enten gøres passivt eller aktivt. Hvis der skal transporteres stoffer fra en side med lav koncentration af det pågældende stof til høj koncentration kræver det energi i form af ATP. Dette kaldes aktiv transport og foregår i proteinpumper…
Aktionspotentialet
Et aktionspotentiale er et andet udtryk for et nervesignal og er en ændring i membranpotentialet i positiv retning. Aktionspotentialet transporteres hurtigt hen over membranen med en hastighed mellem 1 − 100 ? ` . Aktionspotentialet starter i axonets triggerområde, hvor der er en masse natriumkanaler. Et aktionspotentiale bliver indledt med at natriumkanaler åbnes. Derved strømmer der Q-ioner fra ydersiden til indersiden pga. koncentrationsforskellen. Dette skyldes hvilemembranpotentialet da membranen er polariseret. Der sker en depolarisering da…... Køb adgang for at læse mere Allerede medlem? Log ind