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Biology

Modellazione membrane biologiche con Circuiti e misurazione dei segnali elettrici negli assoni: Esercizi di laboratorio per studenti

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

Questa è una dimostrazione di come le membrane biologiche può essere compreso utilizzando modelli elettrici. Abbiamo anche dimostrare le procedure per la registrazione di potenziali d'azione dal cordone nervoso ventrale del gambero per i laboratori di orientamento degli studenti.

Abstract

Questa è una dimostrazione di come i modelli elettrici possono essere utilizzati per caratterizzare le membrane biologiche. Questo esercizio introduce anche la terminologia utilizzata in biofisica elettrofisiologia. La stessa attrezzatura viene utilizzata nel modello di membrana come sui preparati dal vivo. Alcune proprietà di un cordone nervoso isolato sono studiati: potenziali d'azione dei nervi, il reclutamento dei neuroni, e la reattività del cordone nervoso a fattori ambientali.

Discussion

Il nostro obiettivo nella presentazione on-line video e questo lavoro è quello di dimostrare che le proprietà biofisiche delle cellule può, in parte, essere modellati come circuiti elettrici. Inoltre, con vivo tessuto neurale che è relativamente facile ottenere, principi fondamentali della velocità di conduzione, periodi refrattari e le tecniche di registrazione elettrofisiologica sono possibili per i laboratori di studente universitario con un investimento modesto di attrezzature. I temi e paradigmi fondamentali presentate possono essere facilmente modificato per le esigenze di diversi corsi.

Manutenzione dei gamberi e la loro abbondanza li rende attraenti modelli per gli studenti-driven sperimentazione. Cordoni nervosi crostaceo ventrali sono generalmente robusti e conservare l'integrità fisiologica salina in un minimo di ore, che è adeguata per un laboratorio studente 3 ore.

Dato che alcuni dei grandi assoni nel VNC del gambero sono collegati mediante giunzioni gap, la sperimentazione supplementare sul loro contributo può essere condotta, e le proprietà diversa da quella nella norma preparazione rana nervo sciatico può essere dimostrata. Il nervo sciatico è un modello classico per affrontare i potenziali d'azione complesso e le proprietà di conduzione. Potrebbe anche essere un esperimento interessante comparativa per gli studenti di confrontare le proprietà di conduzione, di reclutamento assone, e periodi refrattari tra queste due preparazioni.

Disclosures

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Acknowledgments

Questi esperimenti sono stati modificati da un manuale di laboratorio che è stato utilizzato in un corso, orchestrata dal dottor HL Atwood, presso il Dipartimento di Zoologia, Università di Toronto. Gli esercizi sono stati utilizzati anche e modificato da un manuale che è stato prodotto per "6 ° WORKSHOP INTENSIVO DI NEUROSCIENZE dell'IBRO SU BASE" e si è tenuta presso l'Università Korea, Seoul, Corea del Sud nel 1993 (Cooper et al., 1993). Le modifiche in corso è stato richiesto di utilizzare attrezzature comuni per presentare laboratori studente giorni diretto in diverse università. Supportato da University of Kentucky, Dipartimento di Biologia, Ufficio di studi universitari e il College of Arts & Sciences.

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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  2. Bernardini, G., Peracchia, C., Peracchia, L. L. Reversible effects of heptanol on gap junction structure and cell-to-cell electrical coupling. European Journal of Cell Biology. 34 (2), 307-312 (1984).
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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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