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Biology

Modelagem de Membranas Biológicas, com placas de circuito e medição de sinais elétricos em Axônios: Exercícios Laboratório Student

Published: January 18, 2011 doi: 10.3791/2325
Automatic Translation
1, 1, 2, 1
1Department of Biology, University of Kentucky, 2Department of Physiology, University of Toronto

Summary

Esta é uma demonstração de como membranas biológicas podem ser compreendidos através de modelos elétricos. Nós também demonstramos os procedimentos para registrar potenciais de ação a partir do cordão nervoso ventral do crustáceo para laboratórios de estudantes orientados.

Abstract

Esta é uma demonstração de como os modelos elétricos podem ser usadas para caracterizar membranas biológicas. Este exercício também apresenta a terminologia utilizada biofísicos em eletrofisiologia. O mesmo equipamento é utilizado no modelo de membrana como sobre os preparativos ao vivo. Algumas propriedades de um cordão nervoso isoladas são investigadas: potenciais de ação do nervo, o recrutamento de neurônios, e capacidade de resposta do cordão nervoso a fatores ambientais.

Discussion

Nosso objetivo na apresentação de vídeo on-line e este trabalho é demonstrar que as propriedades biofísicas das células pode, em parte, ser modelado como circuitos elétricos. Além disso, com o tecido neural ao vivo que é relativamente fácil de obter, princípios fundamentais da velocidade de condução, períodos refratários e técnicas de gravação eletrofisiológicas são possíveis para os laboratórios de estudante de graduação com modesto investimento de equipamento. Os temas e paradigmas fundamentais apresentadas podem ser facilmente modificados para as necessidades de diferentes cursos.

Manutenção de lagostas e sua abundância torna modelos mais atraentes para estudantes-driven experimentação. Cordões nervosos crustáceo ventral são geralmente robusto e manter a integridade fisiológica em uma solução salina mínima de horas, que é adequada para um laboratório de estudante três horas.

Dado que alguns dos grandes axônios no VNC do lagostim são conectados através de junções, a experimentação adicional sobre a sua contribuição pode ser realizada, e propriedades diferentes do que o encontrado no padrão preparação nervo ciático de rã pode ser demonstrada. O nervo ciático é um modelo clássico para abordar potenciais compostos de ação e propriedades de condução. Pode até ser uma experiência interessante comparativa para os alunos comparar as propriedades de condução, recrutamento axônio, e os períodos refratários entre essas duas preparações.

Disclosures

Não há conflitos de interesse declarados.

Acknowledgments

Estes experimentos foram modificados a partir de um manual de laboratório que tem sido utilizado em um curso, orquestrada pelo Dr. HL Atwood, no Departamento de Zoologia da Universidade de Toronto. Os exercícios também foram utilizados e modificados de um manual que foi produzido para "6 º WORKSHOP Ibro intensivo sobre neurociência básica" e foi realizado na Korea University, Seoul, Coreia do Sul em 1993 (Cooper et al., 1993). As modificações atuais eram obrigados a usar o equipamento comum para apresentar laboratórios dias estudante dirigido em várias universidades. Apoiada pela Universidade de Kentucky, Departamento de Biologia, Instituto de Estudos de Graduação e Faculdade de Artes e Ciências.

Materials

Circuit board
  1. Electronics listed below for the breadboard experiments can be obtained at an local electronics store such as Radio Shack.
  2. Bread board, resistors, capacitors, batteries and wires that can serve as junctions for the breadboard as outlined in the experiments.
  3. A common voltmeter (Wavetek Meterman voltmeter)
  4. A/D board for on line recording to a computer. Electrical signals are recorded on line to a PowerLab/4s interface (ADInstruments, Colorado Springs, CO, USA). We use standard software from ADInstruments named Chart or Scope.

Physiology experiments
  1. Crayfish (Procambarus clarkii). Atchafalaya Biological Supply Co., Raceland, LA., USA.
  2. Standard crayfish saline: Modified from Van Harreveld's solution (1936). (in mM) 205 NaCl; 5.3 KCl; 13.5 CaCl22H2O; 2.45 MgCl26H2O; 5 HEPES and adjusted to pH 7.4. All saline chemicals were obtained from Sigma chemical company (St. Louis, MO).
  3. Dissection tools: Fine #5 tweezers, fine scissors, knife blade holder, #26002-20 insect pins (all obtained from Fine Science Tools (USA), Inc., 373-G Vintage Park Drive, Foster City, CA 94404-1139)
  4. A nerve chamber dish (ADInstruments, Colorado Springs, CO, USA) to hold the nerve. The wires that come with the nerve chamber dish can be used to stimulate the nerve.
  5. A suction electrode is used to record the signals.
  6. The manipulator or a clamp on a ring stand will also serve as a holder for the suction electrode.
  7. Faraday Cage
  8. Dissecting Microscope
  9. High Intensity Illuminator (light source)
  10. Microscope Platform
  11. AC/DC Differential Amplifier (A-M Systems Inc. Model 3000)
  12. PowerLab 26T (AD Instruments)
  13. Extracellular amplifier (AD Instruments)
  14. LabChart 7 (ADI Instruments)
  15. Dissecting tools
  16. A ring stand and clamp to serve as a holder for the recording suction electrode

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References

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Robinson, M. M., Martin, J. M.,… More

Robinson, M. M., Martin, J. M., Atwood, H. L., Cooper, R. L. Modeling Biological Membranes with Circuit Boards and Measuring Electrical Signals in Axons: Student Laboratory Exercises. J. Vis. Exp. (47), e2325, doi:10.3791/2325 (2011).

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