Gerilim-kontrollü iyon kanallarında gürültü ve gürültü-kanal ilişkisinin belirlenmesi
Noise in voltage-gated channels and determination of the relationship noise and channel parameters
Yazar: ESEN ÖZTÜRK
Danışman: DOÇ. DR. MAHMUT ÖZER
Zonguldak Karaelmas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Biyofizik = Biophysics

Özet:
Gerilim-kontrollü (kapılı) iyon kanalları, uyarılabilir hücre membranlarında elektrikselsinyallerin üretilmesi ve yayılmasında önemli işlevlere sahiptirler. Nöron membranındabulunan gerilim-kapılı iyon kanalları farklı durumlar arasında rasgele dalgalanmalargöstermektedir. Bu dalgalanmalar gürültülü membran akımlarına ve eşik-altı gerilimdalgalanmalarına ve aksiyon potansiyelinin ateşlenme çeşitliliğine neden olmaktadır.Bu çalışmada ilk olarak, çeşitli nöron modelleri için eşik-altı gerilim dalgalanmalarınıngenliği pasif ve yarı-aktif lineerleştirme yöntemleri kullanılarak karakterize edilmekte veyarı-aktif yaklaşıklık ile elde edilen fenomenolojik empedanslar ile gerilim gürültüsüarasındaki ilişki incelenmektedir. Membran depolarize oldukça gerilim gürültüsününgenliğinin arttığı, membran patch alanı veya sıcaklığı artığında ise gerilim dalgalanmasınıngenliğinin azaldığı gösterilmektedir. Ayrıca, bloklanan K+ kanal sayısı arttığında veyabloklanan Na+ kanal sayısı azaldığında eşikaltı gerilim gürültüsü azaldığı gösterilmektedir.iiiÖZET (devam ediyor)İkinci adımda ise iyon kanalının açık olma olasılıklarının kanal parametrelerinin kestirimiüzerine etkileri zamanla durağan olmayan gürültü analizi kullanılarak incelenmektedir.Kanal parametrelerinin doğru kestirimi için yeteri kadar verinin olmasına ilave olarakortalama akım-varyans ilişkisinin parabolik olması gerektiği gösterilmektedir.Son olarak, membran patch alanı ile kanal (in)aktivasyonu arasındaki ilişkiincelenmektedir. Membran patch alanı, yani kanal sayısı arttığında nöron dinamiklerinindeterministik limite yakınsadığı çift darbe protokolü kullanılarak gösterilmektedir.Anahtar Sözcükler: Nöron, iyon kanalları, gürültü, eşik-altı gerilim dalgalanmaları,lineerleştirmeBilim Kodu: 101.10.01, 609.01.04iv

Abstract:
Voltage gated ion channels in excitable cell membranes have important functions ingenerating and propagating electrical signals. Voltage-gated ion channels in neuronalmembrane exhibit random fluctuations between different states. These fluctuations giverise to noisy membrane currents, sub-threshold voltage fluctuations and variability ofspiking timing.In this study, at first, the amplitude of sub-threshold voltage fluctuations for distinctneuronal nerve cells is examined by using passive and quasi-active linearizations methods,and the relation between phenomenological impedances and voltage noise obtained fromthe quasi-active method is investigated. It is shown that the amplitude of voltage noisebecomes larger when the membrane is depolarized, while noise fluctuations get weaker asmembrane patch area or temperature increase. Moreover, it is found that voltage noisedecrease with the increasing amount of the blocked K+ channels or with the decreasingamount of the blocked Na+ channels.vABSTRACT (continued)At the second step, effect of the probability of being in an open state for the channel on theestimation of channel parameters is examined by using non-stationary noise analysis. Inorder to estimate channel parameters accurately, it is shown that mean current-variancerelationship should be parabolic in addition to enough data.Finally, the relation between membrane patch area and channel (in)activation is examined.By using two pulse protocol it is shown that when membrane patch area, that is the numberof channels, is increased, neuronal dynamics approach to deterministic limit.Keywords: Neuron, Ion channels, noise, sub-threshold voltage fluctuations, linearizationScience Code: 101.10.01, 609.01.04vi