1 2 4.4. 3 11.4. vl grundlagen der biophysik mol. struktur ... · 7 auftretende potentiale membran...
TRANSCRIPT
1
1 Einführung, Organisatorisches, Wurzeln der Biophysik2 4.4. Gimsa Mol. Struktur biol. Syst. (MSBS): Elektrostatik, Atommodelle, Orbitale, Bindungen, chem. & elektr. Potentiale3 11.4. Gimsa MSBS: molekulare & ionale Wechselwirkung, Wasserstruktur, Entropie, Molekülbewegung4 16.4. Gimsa MSBS: Aktivierungsenergie, Debye-Hückel, Inter- & intramolekulare Wechselwirkungen5 18.4. Wachner Thermodynamik (TD): Grundlagen (Rekapitulation Physik &Chemie)6 23.4. Wachner TD: Elektrodeneigenschaften, Wasser- und Ionengleichgewicht, Osmotischer Druck7 25.4. Wachner TD: Donnan-Gleichgewicht, Nernst-Gleichung, Goldmann-Gleichung,
Datum Name Thema9 7.5. Gimsa Passive elektrische Eigenschaften (PEE): elektrische Zellstruktur, Oberflächenpotential, Elektrokinetik
10 9.5. Baumann Membran als Grenzfläche: Grenzflächenspannung, Rastermikroskopietechniken
11 14.5. Baumann Aktive elektrische Eigenschaften: Transmembranpotential, Nervenerregung, Patch-Clamp
12 16.5. Seminar/Fragestunde und TESTAT
13 21.5. Gimsa PEE: Feldverlauf um Zellen, Impedanz, induziertes Transmembranpotential
14 23.5. Gimsa PEE: elektrisch induzierte Kräfte, Elektrodeformation, Dielektrophorese, Elektrorotation
30.5. Reserve (Pfingstwoche=Projektwoche)
15 4.6. Baumann Biomechanik (BM): Ähnlichkeitsanalyse, Allometrie, Elastizität
16 6.6. Baumann BM: Skelett, Rheologie, Blutkreislauf17 11.6. Baumann BM: Strömungen, Schwimmen und Fliegen
18 13.6. Kuznetsov BM: Zytomechanik
19 18.6. Wachner Physikal. Umweltfaktoren: ionisierende Strahlung, Einführung in die Radioökologie
20 20.6. Haberland Physikal. Umweltfaktoren: nichtionisierende Strahlen
21 25.6. Sakowski Grundlagen der Systemtheorie: Kinetik, Stoffwechsel- und Austauschsysteme
22 27.6. Sakowski Grundlagen der Systemtheorie: Modelle zur Vermehrung, Populationskinetik
23 2.7. Pufferzeit bzw. Molekülstrukturaufklärung, Moleküldynamik (NMR/ESR)
24 4.7. Baumann Moderne Entwicklungen: biologische Anwendungen der Mikrosystemtechnik
25 9.7. Seminar/Fragestunde
26 11.7. KLAUSUR
VL Grundlagen der Biophysik
2
G8 Alternativveranstaltungen
http://www.g8-alternative-summit.org/de/30.5.07, 20Uhr, Uni Rostock, Ulmenstr. 69; Attac Diskussion
3
Aktive elektrische
Eigenschaften
Transmembranpotential
Nervenerregung
Patch Clamp
4
Transmembranpotential
Auftretende Potentiale
Wiederholung Diffusion/Flux/..
Nernst-Potential
Goldmann-Gleichung
Diffusionspotential
5
Messung des Membranpotentials
Modified draft from
NMI
intrazelluläre Messungoptisch
(voltage sens. dyes)
6
Messung des Membranpotentials
© Adam, Läuger, Stark: "Physikalische Chemie und Biophysik"
• Messung durch Einstechen einerGlasmikroelektrode
• Messung gegen Referenzelektrodeüber ein Voltmeter
7
Auftretende Potentiale
Membran für einfache Ionen permeabel und für eine geladene Proteinsorte nicht permeabel
Donnanpotential
Unterschiedliche Diffusionskoeffizienten der durch die Membran der Glasmesselektrode tretenden Ionen
Diffusionspotential
Membran für mehrere Ionensorten permeabelGoldmann-Gleichung
Gleichgewichtspotential, wenn Membran nur für eine Ionensorte permeabel
Nernstpotential
Eigenschaften/VerwendungBezeichnung
( ) ( ) ( )21.sin EaaiiEtrMesV ϕϕϕϕϕϕ −+−+−=Membran-potential
Diffusions-potential Elektrode 1
Diffusions-potential Elektrode 2
8
c (1)i c (2)i
Membran
ψ(2)ψ(1)
)1()1(ln)1( 0 ψµµ ezcTk iiBieli +⋅+=
)2()2(ln)2( 0 ψµµ ezcTk iiBieli +⋅+=
µiel (2) = µi
el(1)
)2()2(ln)1()1(ln 00 ψµψµ ezcTkezcTk iiBiiiBi +⋅+=+⋅+
( ) ( )( ) ( ) ( )( )1ln2ln12 iiBi ccTkez −−=−ψψ
( ) ( ) ( )( )12ln12
i
i
i
B
cc
ezTk
−=−=∆ ψψψ
Nernst-Potential I (Membran nur für eine Ionensorte durchlässig)
L
LB
NeFNRk
== /
( ) ( ) ( )( )12ln12
i
i
iM c
cFzRTV −=−=∆= ψψψ
Thermodynamische Berechnung
9
Was ist Diffusion?
Materietransport
Konzentrationsunterschiede
Brownsche Molekularbewegung
© Adam, Läuger, Stark: "Physikalische Chemie und Biophysik"
Wiederholung fürFluxberechnung
10
Brownsche Molekularbewegung
unregelmäßige Teilchenverschiebung
Zufallsbewegung
mit der Temperatur zunehmend
ungeordnete Wärmebewegung
durch thermisch bedingte Zusammenstöße
vom Botaniker Brown an Sporen entdeckt
Wiederholung fürFluxberechnung
11
1. Ficksches Gesetz
dxdcDJ i
ii −=
Flux nur in Raumrichtung x:
⇒ Flux als Funktion des Konzentrationsgradienten
⇒ ungeladene Teilchen
⇒ stationäre Bedingungen, d.h. der Konzentrationsgradient ist räumlich und zeitlich konstant
Wiederholung fürFluxberechnung
iiiii gradcDkTgradcwJ −=−=r
mit Diffusionskoeffizienten Di: [ ]smDi
2
=
[ ] 2smmolJi =
eitBeweglichk =iw
12
Elektrolytflux I
)ln(~ 0 ψµµ FzcRTgradNwcgrad
NwcJ iii
L
iii
L
iii ++−=−=rFlux eines geladenen Teilchens (i) :
bei Flux nur in x-Richtung:
)ln( 0 ψµ FzcRTdxd
NwcJ iiL
iii i ++−=
eitBeweglichk
ion Konzentrat
==
=
kTDw
c
ii
i
bei isobarer sowie isothermen Bedingungen:
+−=−=
dxdFz
dxdc
cRT
Nwc
dxd
NwcJ i
i
i
iiiiii
ψµ~
Wiederholung fürFluxberechnung
13
Elektrolytflux II
+−=−=
dxdFz
dxdc
cRT
Nwc
dxd
NwcJ i
i
i
iiiiii
ψµ~
:manerhält mit kTwD ii =
+−=
dxd
RTFcz
dxdcDJ iii
iiψ
Nernst-Planck-Gleichung
Wiederholung fürFluxberechnung
14
Nernst-Potential II
+−=
dxd
RTFcz
dxdcDJ iii
iiψ
Bedingungen:
cI = konstant bis xI
cII = konstant ab xII
∆c/ ∆ x = konstant zwischen xI und xII
als Spezialfall der Nernst-Planck-Gleichung
ψψ dRTFczdc
dxd
RTFcz
dxdcDJ ii
iiii
ii +=
+−== 0Gleichgewicht =>
Integration => II
Ii
i
III
icc
FzRT ln−=−=∆ ψψψ Nernst-
Potential
15
Einfacher Fall beim Nernstpotential (Gleichgewichtszustand):
=> Membran nur für eine Ionensorte (z.B. K) permeabel
In der Realität: => Membran für mehrere Ionensorten permeabel
Goldman-Gleichung
IIK
IKIII
cc
FRT ln−=−=∆ ψψψ
=> Goldman-Gleichung als Lösung der Nernst-Plank-Gleichungerforderlich
cKa
cKi ≠
cNaa
cNai ≠
cCli
cCla
=> kein echtes Gleichgewichtmehr möglich weil
16
+−=
dxd
RTFcz
dxdcDj ψυυυ
υυ
Herleitung Goldman-Gleichung INernst-Plank-Gleichung
x
Φ
0 d
V < 0m
innen aussen Menbran
Vm
0c ci a
Analytische Lösung der Differentialgleichung mit folgenden Randbedingungen möglich:
Die elektrische Feldstärke in der Membran ist konstant (gute Näherung bei kleiner Ionenkonzentration in der Membran)
dVE
dxd
NRkNFe
mit
m
LB
L
==
==
ψ//
:
⋅⋅
⋅⋅−−=
+−=
dTkVezc
xcD
dxd
RTFcz
dxdcDj
B
mυυ
υυ
υυυυυ ∂
∂ψ
• Membran ist in stationärem Zustand, d.h. bei konstanter Außenkonzentration ist die Innenkonzentration ebenfalls konstant
• Membran wird als homogene Phase aufgefasst, d.h. jede Ionensorte hat einen ortsunabhängigen Diffusionskoeffizienten und sie wandern unabhängig durch die Membran
17
Herleitung Goldman-Gleichung II
jυ = −Dυ∂cυ
∂x− cυ ⋅
zυe ⋅VmkB ⋅T ⋅d
Differentialgleichung:
Lösung der Differentialgleichung mit obigen Randbedingungen:
x
Φ
0 d
V < 0m
innen aussen Menbran
Vm
0c ci a
)1(
)(
TkVez
B
mTkVez
ia
B
m
B
m
eTdk
eVzDeccgj⋅⋅
⋅⋅
−⋅
⋅⋅−⋅=
υ
υ
υυυυυυ )()0(
:mitdcc
ccg
ai
υ
υ
υ
υυ ==
(Verteilungskoeffizient)
jυ = PυzυeVmkBT
(cυa − cυ
i ⋅ezυ e⋅VmkB ⋅T )
(1 − ezυ e⋅VmkB ⋅T ) d
DgP υυυ
⋅≡ :mit
(Permeabilitätskoeffizient)18
I = zυυ∑ jυ =
!0
jK + jNa − jCl =!0
PK ⋅eVmkBT
(cKa − cK
i ⋅ ee⋅VmkB ⋅T )
(1 − ee ⋅VmkB ⋅T )
+ PNa ⋅eVmkBT
(cNaa − cNa
i ⋅ ee ⋅VmkB ⋅T )
(1 − ee⋅VmkB ⋅T )
− PCl ⋅eVmkBT
(cCla − cCl
i ⋅ ee⋅VmkB ⋅T )
(1 − ee ⋅VmkB ⋅T )
= 0
PK (cKa − cK
i ⋅ ee⋅VmkB ⋅T ) + PNa (cNa
a − cNai ⋅ e
e ⋅VmkB ⋅T ) − PCl (cCl
a − cCli ⋅ e
e ⋅VmkB ⋅T ) = 0
PKcKa + PNacNa
a − PClcCla = (PKcK
i + PNacNai − PClcCl
i ) ⋅ ee ⋅VmkB ⋅T
Herleitung Goldman-Gleichung III
++++⋅
==
−+−+⋅
aClCl
iNaNa
iKK
iClCl
aNaNa
aKK
miClCl
iNaNa
iKK
aClCl
aNaNa
aKKB
cPcPcPcPcPcP
FTRV
cPcPcPcPcPcP
eTk lnln
Goldmann-Gleichung
x
Φ
0 d
V < 0m
innen aussen Menbran
Vm
0c ci a
19
Ruhemembranpotential & Goldmann-Gleichung
Verallgemeinerte Goldmann-Gleichung
Einfluss einer bestimmten Ionenart um so stärker, jea) größer das Konzentrationsgefälleb) höher die Permeabilität
Ruhezustand: PK : PNa : PCl = 1 : 0,04 : 0,45
++++⋅
= aClCl
iNaNa
iKK
iClCl
aNaNa
aKK
m cPcPcPcPcPcP
FTRV ln
+
+⋅
=
∑∑
∑∑
Anionen
a
Kationen
i
Anionen
i
Kationen
a
m
cPcP
cPcP
FTRV
µµυυ
µµυυ
ln
20
Auftretende Potentiale
( ) ( ) ( )21.sin EaaiiEtrMesV ϕϕϕϕϕϕ −+−+−=Membran-potential
Diffusions-potential Elektrode 1
Diffusions-potential Elektrode 2
++++⋅
= aClCl
iNaNa
iKK
iClCl
aNaNa
aKK
m cPcPcPcPcPcP
FTRV lnMembranpotential
21
Einleitung zum Diffusionspotential I
© Adam, Läuger, Stark: "Physikalische Chemie und Biophysik"
Elektrische Potentialdifferenz durch unterschiedliche Beweglichkeit derIonen eines Salzes in einemKonzentrationsgradienten
Aufgebaute Spannung = Diffusionspotential
Elektrisches Feld behindert Diffusiondes „schnelleren“ Ions und beschleunigtdas Gegenion
Flüsse beider Ionen schließlich gleich groß
Auftreten in flüssiger Phase und Phasen,die von einer Membran getrennt sind
Aus Grundbedingungen der Elektro-neutralität zu berechnen
−+ > DD
22
Berechnung des Diffusionspotentials II
−+ = jjPositiver und negativer Fluß ist gleich
+=
+ −−−
−+++
+ dxd
RTFcz
dxdcD
dxd
RTFcz
dxdcD ψψEinsetzen der Nernst-Plank-
Fluxgleichungen
dxdccF
RTDDDD
dxd 1
−+
−+
+−
−=ψ( ) ( ) ( )
1 und 1 :sowie :mit
−===≈
−+
−+
zzxcxcxc
Integration über Membrandicke bzw. Kapillarlänge d ( ) ( ) ( )
( )0ln0cdc
FRT
DDDDdVDiff
−+
−+
+−
=−= ψψ
23
Auftretende Potenziale
( ) ( ) ( )21.sin EaaiiEtrMesV ϕϕϕϕϕϕ −+−+−=Membran-potenzial
Diffusions-potenzialElektrode 1
Diffusions-potenzialElektrode 2
++++⋅
= aClCl
iNaNa
iKK
iClCl
aNaNa
aKK
m cPcPcPcPcPcP
FTRV lnMembranpotenzial
Medium
ElektrDiff c
cFRT
DDDDV .ln
−+
−+
+−
=Diffusionspotenzial Bei KCL ist
−+ ≈ DD
Für Gesamtbetrachtung zusätzlich Elektrodenpotenziale beachten! 24
Ion Konzen trationim Axonc i (m Mo l/l )
Konzen trationim Bl utc a (m Mo l/l )
Ne rns t-P oten tial
V 0 (mV)
K+ 400 20 -75
Na + 50 440 +102
Cl- 40 ....150 560 -68. ...-33
Welches Ion bestimmt das Membranpotenzial?
++++⋅
= aClCl
iNaNa
iKK
iClCl
aNaNa
aKK
m cPcPcPcPcPcP
FTRV ln
Bei Gliazellen entspricht Ruhepotenzial dem Kaliumpotential
Bei Neuronen meist geringer (-55 bis – 65 mV) => geöffnete Natriumkanäle
Ruhezustand: PK : PNa : PCl = 1 : 0,04 : 0,45
25
NervenerregungFunktion Ionenkanal
Verlauf Aktionspotenzial
Auslösung des Aktionspotenzials
26
Neuronen auf Elektroden(nach 3 Tagen auf dem Chip)
(REM Bild vom EM Zentrum Universität Rostock)
DAB gefärbte Zellen auf Neurochip (nach 4 Wochen auf dem Chip)
(DAB Bild von Simone Stüwe)
Neuronen auf Sensorchip
27
Messung Aktionspotenziale
Parallele Messung an verschiedenen Elektroden auf dem Neurosensorchip.
28
Native Aktivität
Blockade des GABAAReceptors
Nur NMDA-Rezeptor modulierte Aktivität
Substanzspezifische Antwort
29
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.1 1 10 100
TMTC Konzentration [µM]
RückenmarkAuditory Cortex
Gewebespez. Dosis-Wirkungs-Kurve
30
Grundlage der Erregbarkeit
Lipiddoppelschicht undurchlässig für geladene Teilchen
Ungleiche Verteilung von Ionen: Kalium, Natrium, Chlorid
Verteilung durch Transporter aufrechterhalten
Mit ATPase pro ATP 3 Na+ nach außen und 2 K+ nach innen
Ion Konzen trationim Axonc i (m Mo l/l )
Konzen trationim Bl utc a (m Mo l/l )
Ne rns t-P oten tial
V 0 (mV)
K+ 400 20 -75
Na + 50 440 +102
Cl- 40 ....150 560 -68. ...-33
Aufbau von Konzentrationsgradienten
31
Die Natrium-Kalium ATPase
In Nervenzellen muss Na+ von einer Konzentration von 143mM auf 14mM (im Zytosol) und K+ von 4 auf 157mM gebracht werden.
pro ATP 3 Na+ nach außen und 2 K+ nach innen
32
Funktionsweise eines Ionenkanals
Membranintegrale Proteine als hydrophile Pore:
o selektiv für Ionen
o i. d. R. regulierbar
Bindungsstellen und Energiemaximafür spezifisches Ion
o Bindungsstellen erleichtern den Durchtritt
o Energiemaxima oszillieren beim Durchtrittdes Ions
© Dudel, Menzel, Schmidt: "Neurowissenschaften"
33
Aufbau Ionenkanal
Spannungsabhängige Kanäle mitähnlicher Struktur
o gleicher genetischer Ursprung
Ionenkanäle aus mehreren Domänen:
o 4 hydrophobe Domänen verankern den Kanal in der Membran
o 4 hydrophile Sequenzen bilden hydrophile Pore (H5)
o Sequenz A4 in der hydrophobenDomäne besitzt ATP-Bindungsstelle
o Intrazelluläre Domänen
Kaliumkanal aus vier identischen Untereinheiten
© Dudel, Menzel, Schmidt: "Neurowissenschaften"34
Modell eines Natriumkanals
35
Struktur der K-Kanals
36
Wie kommt die Ionenselektivität zustande?
Chloridionen durch Ladung selektiert:
o Pore mit positiven Bindungsstellen
Kalium im hydratisierten Zustand klein
o Durchtritt nur mit Hydrathülle
Natrium im unhydratisierten Zustandklein
o Trennung von der Hydrathülle beimDurchgang
© Kandel, Jessell, Schwartz. "Principles of neuroscience"
37
Was ist ein Aktionspotenzial?
Informationsvermittelndes Signal
Zusammenbruch des Ruhepotenzials biszu positiven Werten von ca. +40 mV=> Depolarisierung; in ca. 500 µs
Rückkehr zum Ruhepotenzial mitHyperpolarisierung=> Repolarisierung, in ca. 500 µs
Alles-oder-Nichts-Vorgang
absolute Refraktärzeit von 2 ms(keine Erregbarkeit)
38
Verlauf des Aktionspotenzials
Depolarisierung bis zum Schwellen-potenzial
Beim Schwellenpotenzial Öffnungspannungsabhängiger Na+-Kanäle
Natriumeinstrom => Depolarisierung
Deaktivierung der Natriumkanäle beendet Einstrom
Depolarisierung verstärkt Kaliumausstrom => Repolarisierung
Inaktivierung des Natriumkanals => Refraktärzeit
39
Ströme beim Aktionspotenzial
Aktionspotenzial mit verschiedenenStromkomponenten Natriumeinstromund Kaliumausstrom
Isolierung der Ströme durch selektiveBlockade
o Natrium => Tetrodoxin, TTX
o Kalium => Triethylamin, TEA
Nachweis der Spannungsabhängigkeit
Beschreibung mit Kanalleitfähigkeiten(Hogdgin-Huxley)
40
Aktionspotenzial Auslösung
Aktionspotenzial von spannungsabhängigenNatriumkanälen getragen
Anstieg zum Schwellenpotenzial aus verschiedenen Gründen:
o Potenzialänderung durch präsynaptische Zellebei elektrischen Synapsen
o Rezeptorpotenziale bei Sinneszellen
o Neurotransmitterbindung an ligandengesteuertenIonenkanälen
o Second-messenger-Bindung z. B. Ca2+, cAMP,DAG
Depolarisierung zum Schwellenpotenzial immerdurch Natrium- oder Calciumeinstrom© Kandel, Jessell, Schwartz.
"Principles of neuroscience"
41
Kanäle können unterschiedlich getriggert werden
42
Aktionspotenzial Ausbreitung
Ausbreitung der Aktionpotenziale über lange Strecken an Axonen
Passive Ausbreitung läßt Signal anWiderständen versiegen
Aktionspotenzial treibt benachbarteMembran über das Schwellenpotenzial
Aktive Fortleitung durch fortgesetzteAuslösung => „Zündschnureffekt“
Inaktivierung der Natriumkanäle verhindert Zurücklaufen desAktionspotenzials
© Dudel, Menzel, Schmidt: "Neurowissenschaften"
43
Signal direction Dendrites
Cellbody
Cell body
Nucleus
Axon
Schwann cell
Signalpathway
Myelin sheath
Nodes ofRanvier
Synaptic knobs
Node of Ranvier
Myelin sheath
Schwann cell
Nucleus
Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Nervenzellen Signalleitung
44
Ausbreitung des Aktionspotentials
AP-Ausbreitungsgeschwindigkeiten in Nervenfasern (aus C.L.Schauf et al.)
2m/snein1µmNerven von Schmerzrezeptoren
50m/sja10µmNerven von Druck-rezeptoren der Haut
120m/sja20µmgroßer motorischer Nerv, Beinmuskel
25m/snein500µmRiesenaxon
vMyelin DurchmesserNerv
45
Patch-Clamp-Technik
Prinzip der Patch-Clamp-Technik
Patch-Clamp Mess-Modi
Beispiele Patch-on-Chip Systeme46
Prinzip der Patch-Clamp-Technik
von Neher und Sakmann Ende der70er erfunden (Nobelpreis 1991)
Zelle wird mit Glaselektrode angesaugt=> Gigaseal, d. h. mit > 1 GΩ
Danach entweder Herausreißen derMembran oder Öffnen der Membranunter der Elektrode
Im Membranfleck optimal nur einIonenkanal von jeder Sorte => Einzelkanalaufnahmen
Bei Öffnen der Membran: Whole-Cell-Aufnahmen
© Kandel, Jessell, Schwartz. "Principles of neuroscience"
47
Messapparatur von Neher/Sakmann
Deutsches Museum Bonn
48
Messung I
Universität Karlsruhe
49
Mess-Schaltung
Operationsverstärker
50
Messaufbau
Charite, Berlin
51
Patch-Clamp Mess-Modi
Excised (inside-out):Zellmembraninnenseite weist nach außen;komplizierte Herstellung, Einzelkanalmessungen
Whole-Cell:Membrandurchbruch in Pipettenöffnung;Summe vieler Ionenkanäle
On-Cell:Einsaugen Zellmembranfleck ohne die Zelle zu zerstören; Einzelkanalmessungen
52
Einzelkanal-Aufnahmen
Im inside-out oder outside-out Modus
Einzelne Kanalöffnungen messbar
Gequantelter Charakter der Kanalöffnungensichtbar
Ströme zeigen immer die volle Amplitude
Kanäle können nur ganz geöffnet odergeschlossen sein
o z. B. Kaliumstrom im Inside-out-Modus
o kleine Amplitude ≈ 2 pA
© Numberger, Darguhn: "Patch-Clamp-Technik"
53
Whole-Cell-Aufnahmen
Summe aller Öffnungen eines Kanaltypenkönnen gemessen werden
Gesamtstrom über der Zellmembran
große Amplituden ≈ 800 pA
© Numberger, Darguhn: "Patch-Clamp-Technik" © Numberger, Darguhn: "Patch-Clamp-Technik"54
Ersatzschaltbild der Zelle im Patch-Clamp
Zellwiderstand R ≈ 1 GΩ
Zellkapazität C ≈ 1-10 pF
Pipettenwiderstand RS ≈ 10 MΩ(„rohe“ Elektroden mit 2 - 5 MΩ =>Zellkomponenten erhöhen Widerstand)
ER: Haltepotential
VP: Pipettenpotential (VP wird vomVerstärker angelegt bzw. gemessen, dabeimuss RS überwunden werden)
© Neher, Sakmann: "Single-channel-recording"
55
Funktion Spannungsklemme (Voltage-Clamp)
von Cole und Curtis in den 30erJahren entwickelt
Prinzip: Spannung konstant =>Messung des Kompensationsstroms
Es wird ein Kompensationsstromerzeugt, der genauso groß ist wieder Strom der durch die Membranfließt
56
Current-Clamp-Technik
Umkehrung der Spannungsklemme
Strom wird vorgegeben und resultierende Spannung gemessen.
Gleicher Schaltkreis wie bei Voltage-Clamp mit zusätzlicherRückkopplung
57
Patch-on-Chip Systeme
58
Realisierungsbeispiel AVIVA
59
Realisierungsbeispiel Cytocentrics
Cytocentrics AG, Rostock60
Patch-on-Chip Gesamtsystem
© Taylor & Francis
61
Einsatzgebiete
Einsatzgebiete:
Biomedizinische Forschung
Medikamentenentwicklung
Vorteile Patch-on-Chip Systeme:
geringer apparativer Aufwand (Platz, Kosten, ..)
Bedienung auch durch ungeübtes Personal
leichte Parallelisierbarkeit => hoher Durchsatz an Messungen
62
LiteraturAdam – Läuger – Stark (2003), Physikalische Chemie und Biophysik , Springer Verlag
Erwin Neher und Bert Sakmann, Die Erforschung von Zellsignalen mit der Patch-Clamp Technik, Spektrum der Wissenschaft (Mai 1992)
NMI Natural and Medical Sciences Institute at University of Tuebingen, Germany
www.uni.kiel.de/zbm/forschung/patch.html
www.charite.de/gastroenterologie/Forschung/patbeisp.de
www.biologie.de/biowiki/Patch-Clamp-Technik
wwwwww.. ItbItb.uni.uni--karlsruhekarlsruhe.de.de