Name: modeling biological membranes with circuit boards and measuring electrical signals in axons: student laboratory exercises
Uploaded: 2011-01-18T18:00:00
Duration: 13 min 56 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Modeling Biological Membranes with Circuit Boards and Measuring Electrical Signals in Axons: Student Laboratory Exercises at JoVE.com

Dessa experiment har ändrats från ett laboratorium manual som har använts i en kurs, iscensatt av Dr HL Atwood, vid Zoologiska institutionen, University of Toronto. Övningarna har också använts och modifierats en handbok som togs fram för &quot;6: e INTENSIV IBRO WORKSHOP OM GRUNDLÄGGANDE Neuroscience&quot; och hölls vid Korea University i Seoul, Sydkorea år 1993 (Cooper et al., 1993). Den aktuella modifieringar var tvungna att använda utrustning som är gemensamma för dagens studenter riktat laboratorier vid olika universitet. Med stöd av University of Kentucky, Institutionen för biologi, Office studierektor och College of Arts &amp; Sciences.

<ol>
	<li>Bennett, M. V. L., Barrio, L. C., Bargiello, T. A., Spray, D. C., Hertzberg, E., Sdez, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gap+junctions:+new+tools,+new+answers,+new+questions.">Gap junctions: new tools, new answers, new questions.</a> Neuron. 6, 305-320 (1991).</li><li>Bernardini, G., Peracchia, C., Peracchia, L. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversible+effects+of+heptanol+on+gap+junction+structure+and+cell-to-cell+electrical+coupling.">Reversible effects of heptanol on gap junction structure and cell-to-cell electrical coupling.</a> European Journal of Cell Biology. 34 (2), 307-312 (1984).</li><li>Cooper, R. L., Chang, J. J., Ito, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+report+on+the,+"SIXTH+INTENSIVE+IBRO+WORKSHOP+ON+BASIC+NEUROSCIENCE".">A report on the, "SIXTH INTENSIVE IBRO WORKSHOP ON BASIC NEUROSCIENCE".</a> , 116-116 (1985).</li><li>Cragg, B. G., Thomas, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+relationship+between+conduction+velocity+and+the+diameter+and+internodal+length+of+peripheral+nerve+fibers..">The relationship between conduction velocity and the diameter and internodal length of peripheral nerve fibers..</a> Journal of Physiology. 136, 606-614 (1957).</li><li>Erlanger, J. G. a. s. s. e. r., S, H., Bishop, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+compound+nature+of+the+action+current+of+nerves+as+disclosed+by+the+cathode+ray+oscillograph.">The compound nature of the action current of nerves as disclosed by the cathode ray oscillograph.</a> American Journal of Physiology. 70, 624-666 (1924).</li><li>Furshpan, E. J., Potter, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transmission+at+the+giant+motor+synapses+of+the+crayfish.">Transmission at the giant motor synapses of the crayfish.</a> Journal of Physiology. 145 (2), 289-325 (1959).</li><li>Johnston, M. F., Simon, S. A., Ramrn, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interaction+of+anesthetics+with+electrical+synapses.">Interaction of anesthetics with electrical synapses.</a> Nature (Lond). 286, 498-500 (1980).</li><li>Loewenstein, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Permeability+of+membrane+junctions.">Permeability of membrane junctions.</a> Annual NY Academy of Sciences. 137, 441-472 (1966).</li><li>Meda, P., Bruzzone, R., Knodel, S., Orci, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blockage+of+cell-to-cell+communication+within+pancreatic+acini+is+associated+with+increased+basal+release+of+amylase.">Blockage of cell-to-cell communication within pancreatic acini is associated with increased basal release of amylase.</a> Journal of Cell Biology. 103 (2), 475-483 (1986).</li><li>Peracchia, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increase+in+gap+junction+resistance+with+acidification+in+crayfish+septate+axons+is+closely+related+to+changes+in+intracellular+calcium+but+not+hydrogen+ion+concentration.">Increase in gap junction resistance with acidification in crayfish septate axons is closely related to changes in intracellular calcium but not hydrogen ion concentration.</a> Journal of Membrane Biology. 113 (1), 75-92 (1990).</li><li>Peracchia, C., Dulhunty, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low+resistance+junctions+in+crayfish:+structural+changes+with+functional+uncoupling.">Low resistance junctions in crayfish: structural changes with functional uncoupling.</a> Journal of Cell Biology. 70, 419-439 (1976).</li><li>Peracchia, C., Bernardini, G., Peracchia, L. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Is+calmodulin+involved+in+the+regulation+of+gap+junction+permeability.">Is calmodulin involved in the regulation of gap junction permeability.</a> Pf&#252;gers Arch. 399, 152-154 (1983).</li><li>Peracchia, C., Lazrak, A., Peracchia, L. L., Peracchia, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+models+of+channel+interaction+and+gating+in+gap+junctions.">Molecular models of channel interaction and gating in gap junctions.</a> Handbook of Membrane Channels. Molecular and Cellular Physiology. , 361-377 (1994).</li><li>Spray, D. C., Harris, A. L., Bennett, M. V. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gap+junctional+conductance+is+a+simple+and+sensitive+function+of+intracellular+pH.">Gap junctional conductance is a simple and sensitive function of intracellular pH.</a> Sciences NY. 211, 712-715 (1981).</li><li>Spray, D. C., Harris, L. L., Bennett, M. V. L., Nuccitelli, R., Deamer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+pH+and+Ca+dependence+of+gap+junctional+conductance.">Comparison of pH and Ca dependence of gap junctional conductance.</a> Intracellular pH: Its Measurement, Regulation, and Utilization in Cellular Functions. , 445-461 (1982).</li><li>Spray, D. C., White, R., De Carvalho, C., Harris, A. L., Bennett, M. L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gating+of+gap+junction+channels.">Gating of gap junction channels.</a> Journal of Biophysics. 45, 219-230 (1984).</li><li>Watanabe, A., Grundfest, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impulse+propagation+at+the+septal+and+commissural+junctions+of+crayfish+lateral+giant+axons.">Impulse propagation at the septal and commissural junctions of crayfish lateral giant axons.</a> Journal of General Physiology. 45, 267-308 (1961).</li><li>Wiersma, C. A. G., Hughes, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+functional+anatomy+of+neuronal+units+in+the+abdominal+cord+of+the+crayfish,+Procambarus+clarkii.">On the functional anatomy of neuronal units in the abdominal cord of the crayfish, Procambarus clarkii.</a> Journal of Comparative Neurology. 116, 209-228 (1961).</li></ol>

Vårt mål i on-line video presentation och denna uppsats är att visa att biofysiska egenskaperna hos celler kan delvis modelleras som elektriska kretsar. Dessutom, med levande nervvävnad som är relativt lätta att få tag, grundläggande principer för ledning hastighet, refraktärperioder och elektrofysiologiska tekniker inspelning är möjliga för doktorand laboratorier med blygsam investering av utrustning. De teman och grundläggande presenteras paradigm kan lätt modifieras för kraven i olika kurser. Underhåll av kräftor och deras överflöd gör dem attraktiva modeller för student-drivna experiment. Kräftdjur ventrala nerv sladdar är generellt robusta och behålla fysiologiska integritet i en minimal saltlösning i timmar, vilket är tillräckligt för en 3 timmars studerande laboratorium. Med tanke på att några av de stora axoner i VNC av kräftor är anslutna via gap junctions, ytterligare experiment på deras bidrag kan genomföras, och olika egenskaper än som finns i vanliga grodan ischiasnerven preparatet kan påvisas. Ischiasnerven är en klassisk modell för att ta itu potentialer förening åtgärder och egenskaper överledning. Det kan även vara en intressant jämförande experiment för studenter att jämföra överledning egenskaper, axonet rekrytering och refraktärperioder mellan dessa två preparat.

Kretskort <ol><li> Elektronik nedan för breadboard experimenten kan erhållas från en lokal elektronikaffär som Radio Shack. </li><li> Bröd ombord, motstånd, kondensatorer, batterier och ledningar som kan fungera som knutpunkter för bakbord som beskrivs i experimenten. </li><li> En vanlig voltmeter (Wavetek METERMAN voltmeter) </li><li> A / D-styrelsen för on line inspelning till en dator. Elektriska signaler spelas in på linjen till ett PowerLab/4s gränssnitt (ADInstruments, Colorado Springs, CO, USA). Vi använder standard programvara från ADInstruments heter diagram eller omfattning. </li></ol> Fysiologiska experiment <ol><li> Kräftor (Procambarus clarkii). Atchafalaya Biological Supply Co, Raceland, LA., USA. </li><li> Standard kräftor saltlösning: Modifierad från Van Harreveld lösning (1936). (I mm) 205 NaCl, 5,3 KCl, 13,5 CaCl 2 2H 2 O, 2,45 MgCl 2 6H 2 O, 5 HEPES och justeras till pH 7,4. Alla saltlösning kemikalier som erhölls från Sigma Chemical Company (St. Louis). </li><li> Dissection verktyg: Fine # 5 pincett, fina saxar, knivblad hållare, # 26.002-20 insekt stift (alla från Fine Science Tools (USA), Inc., 373-G Vintage Park Drive, Foster City, CA 94.404 till 1139) </li><li> En nerv kammare skålen (ADInstruments, Colorado Springs, CO, USA) för att hålla nerven. Ledningarna som kommer med nerven kammare skålen kan användas för att stimulera nerven. </li><li> Ett sug elektrod används för att registrera signalerna. </li><li> Roboten eller en klämma på en ring monter kommer också att fungera som hållare för sug-elektrod. </li><li> Faradays bur </li><li> Analysera Mikroskop </li><li> High Intensity Illuminator (ljuskällan) </li><li> Mikroskop Plattform </li><li> AC / DC differentialförstärkare (AM Systems Inc. Modell 3000) </li><li> PowerLab 26T (AD Instruments) </li><li> Extracellulärt förstärkare (AD Instruments) </li><li> LabChart 7 (ADI Instruments) </li><li> Analysera verktyg </li><li> En ring stå och klämma för att fungera som en hållare för inspelning sug elektroden </li></ol>

modeling biological membranes with circuit boards and measuring electrical signals in axons: student laboratory exercises

Detta är en demonstration av hur elektriska modellerna kan användas för att karakterisera biologiska membran. Denna övning introducerar också biofysiska terminologi som används i elektrofysiologi. Samma utrustning används i membranet modellen som på live-förberedelser. Vissa egenskaper hos ett isolerat nerv sladd utreds: nerv aktionspotentialer, rekrytering av nervceller, och reaktionsförmåga nerven sladden till miljöfaktorer.

Watch this Scientific Journal Video about Modeling Biological Membranes with Circuit Boards and Measuring Electrical Signals in Axons: Student Laboratory Exercises at JoVE.com

Modeling Biological Membranes with Circuit Boards and Measuring Electrical Signals in Axons: Student Laboratory Exercises

Detta är en demonstration av hur biologiska membran kan förstås med hjälp av elektriska modeller. Vi visar också att förfarandena för att registrera aktionspotentialer från ventrala nerv ur kräftorna för studerande inriktade laboratorier.

Modellering Biologiska membran med kretskort och mäta elektriska signaler i Axoner: Övningar Student Laboratory

This is a demonstration of how electrical models can be used to characterize biological membranes. This exercise also introduces biophysical terminology ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Electrical Engineering

Biology

Unit 1

Direct-Current Circuits

Basics of Electric Circuits

SCIENTISTS IN ACTION

Microbial Communities in Nature and Laboratory - Interview

Mikrobiella samhällen i naturen och Laboratory - Intervju

Measuring the Induced Membrane Voltage with Di-8-ANEPPS

Mätning av Induced Membran spänningen med Di-8-ANEPPS

Placement of a cell into an external electric field causes a local charge redistribution inside and outside of the cell in the vicinity of the cell ...

Computer-assisted Large-scale Visualization and Quantification of Pancreatic Islet Mass, Size Distribution and Architecture

Datorstödd Storskaliga Visualisering och kvantifiering av bukspottkörtel Islet Mass, storleksfördelning och Arkitektur

The pancreatic islet is a unique micro-organ composed of several hormone secreting endocrine cells such as beta-cells (insulin), alpha-cells (glucagon), ...

High-throughput Screening and Biosensing with Fluorescent C. elegans Strains

High-throughput Screening and Biosensing with Fluorescent C. elegans Strains

High-throughput screening och biosensing med fluorescerande C. elegans Stammar

High-throughput screening (HTS) is a powerful approach for identifying chemical modulators of biological processes.  However, many compounds identified in ...

Aseptic Laboratory Techniques: Volume Transfers with Serological Pipettes and Micropipettors

Aseptiska Laboratory Tekniker: Volym Överför med serologiska pipetter och Micropipettors

Microorganisms are everywhere - in the air, soil, and human body as well as on inanimate surfaces like laboratory benches and computer keyboards. The ...

Measuring Fast Calcium Fluxes in Cardiomyocytes

Mätning Snabb Kalcium flöden i Cardiomyocytes

Cardiomyocytes have multiple Ca2+ fluxes of varying duration that work together to optimize function 1,2. Changes in Ca2+ activity in response to ...

Measuring Spatial and Temporal Ca2+ Signals in Arabidopsis Plants

Measuring Spatial and Temporal Ca2+ Signals in Arabidopsis Plants

Mätning rumsliga och tids Ca<sup&gt; 2 +</sup&gt; Signaler i Arabidopsis växter

Developmental and environmental cues induce Ca2+ fluctuations in plant cells. Stimulus-specific spatial-temporal Ca2+ patterns are sensed by cellular Ca2+ ...

Measuring Glutathione-induced Feeding Response in Hydra

Mätning Glutation-inducerad Foder Response i Hydra

Hydra is among the most primitive organisms possessing a nervous system and chemosensation for detecting reduced glutathione (GSH) for capturing the prey. ...

Measuring Nitrite and Nitrate, Metabolites in the Nitric Oxide Pathway, in Biological Materials using the Chemiluminescence Method

Mätning nitrit och nitrat, metaboliter i kväveoxid Pathway, i biologiskt material med hjälp av kemiluminescens metod

Nitric oxide (NO) is one of the main regulator molecules in vascular homeostasis and also a neurotransmitter. Enzymatically produced NO is oxidized into ...

Cultivation of Caenorhabditis elegans in Three Dimensions in the Laboratory

Cultivation of Caenorhabditis elegans in Three Dimensions in the Laboratory

odling av<em&gt; Caenorhabditis elegans</em&gt; I tre dimensioner i laboratoriet

The use of genetic model organisms such as Caenorhabditis elegans has led to seminal discoveries in biology over the last five decades. Most of what we ...