New User Special Price Expires in

Let's log you in.

Sign in with Facebook


Don't have a StudySoup account? Create one here!


Create a StudySoup account

Be part of our community, it's free to join!

Sign up with Facebook


Create your account
By creating an account you agree to StudySoup's terms and conditions and privacy policy

Already have a StudySoup account? Login here

Human Physiology - Class Notes and Study Guide Bundle

by: Hannah Hartman

Human Physiology - Class Notes and Study Guide Bundle PCB4701

Marketplace > Florida State University > Biology > PCB4701 > Human Physiology Class Notes and Study Guide Bundle
Hannah Hartman
GPA 3.78

Preview These Notes for FREE

Get a free preview of these Notes, just enter your email below.

Unlock Preview
Unlock Preview

Preview these materials now for free

Why put in your email? Get access to more of this material and other relevant free materials for your school

View Preview

About this Document

This is a compilation of all class notes and a study guide for each chapter covered on exams for Dr. Trombley. This course was taken in the Fall of 2016.
Human Physiology
Biology, Physiology, anatomy, HumanPhysiology, Human Body, Endocrine system, nervous system
75 ?




Popular in Human Physiology

Popular in Biology

This 132 page Bundle was uploaded by Hannah Hartman on Sunday August 14, 2016. The Bundle belongs to PCB4701 at Florida State University taught by Trombley in Fall 2016. Since its upload, it has received 10 views. For similar materials see Human Physiology in Biology at Florida State University.


Reviews for Human Physiology - Class Notes and Study Guide Bundle


Report this Material


What is Karma?


Karma is the currency of StudySoup.

You can buy or earn more Karma at anytime and redeem it for class notes, study guides, flashcards, and more!

Date Created: 08/14/16
Human Physiology – Exam 1 Study Guide, Chapters 6 Notes from powerpoint, Notes from in class, Important vocabulary, Important molecules and  compounds (such as proteins, lipids, neurotransmitters, etc.), body part Chapter 6: Interactions between Cells and the Extracellular Environment A. Extracellular Environment: Introduction 1. The extracellular environment includes everything located outside the cells 2. Cells receive nourishment from and release wastes into the extracellular  environment. 3. Cells communicate with each other by secreting chemical regulators into the  extracellular environment.  B. Body Fluids 1. 67% of our water is within cells in the intracellular compartment. 2. 33% is in the extracellular compartment.  OF this: i. 20% is in blood plasma ii. 80% makes up what is called tissue fluid or interstitial fluid; this fluid  connects the intracellular compartment with the blood plasma.  C. Extracellular matrix ECM 1. Contains protein fibers of collagen and elastin, and a gel­like ground substance i. Protein fibers provide structural support. ii. Ground substance is composed of glycoproteins (composed of proteins  and sugars) and proteoglycans (composed of polysaccharides and hold a  lot of liquid; polysaccharides make the “gel”). iii. Integrins are glycoproteins that extend from the cell cytoskeleton and bind to the extracellular matrix.  2. Functions of integrins i. Impart a polarity to the cells ii. Affect adhesion and motility – migration and movement of cells iii. Affect proliferation (cell division) D. Plasma membrane transport 1. Plasma membrane permeability  i. The plasma membrane is selectively permeable, meaning it allows some  molecules to cross but not others ii. Generally not permeable to proteins, nucleic acids, or other large  molecules – RNA, DNA, parger molecules, proteins. iii. Generally permeable to ions, nutrients and wastes small gases 2. Categories of membrane transport i. Noncarrier­mediated 1. Simple diffusion of lipid­soluble molecules 2. Simple diffusion of ions through channel proteins (this uses a  protein, so some consider it facilitated diffusion)   3. Simple diffusion of water = osmosis via aquaporins ii. Carrier mediated uses proteins 1. Facilitated diffusion (diffusion of ions through channel proteins is  often categorized as facilitated diffusion) – diffusion DOWN the  concentration gradient.  2. Active transport – diffusion from low to high concentrations. 3. Energy Involvement in Membrane Transport i. Passive transport: Molecules move from higher to lower concentration  without using metabolic energy (e.g. ATP). ii. Active transport: molecules move from lower to higher concentration  using ATP and specific carrier pumps.  II. Diffusion and Osmosis A. Introduction 1. Solution: consists of solvent (water) and a solute (molecules dissolved in water) a. Molecules in a solution are in a constant state of motion b. If there is a concentration difference between two regions, random motion  will establish equilibrium via diffusion. c. Obeys the 2  Law of Thermodynamics – diffusion increase entropy 2. Diffusion will occur without a physical separation or across a permeable  membrane 3. Net diffusion – due to random movement, the net direction of diffusion is from  high to low solute concentration. 4. Mean diffusion time – the average time it takes for a solute to diffuse a. Increases with the square of the distance the solute must travel (less  distance, faster) b. Distances beyond 100 micrometers, diffusion time is too long to be  effective.  c. Diffusion rate increases with temperature, surface area of membrane,  difference in concentration gradients. B. Diffusion through the plasma membrane 1. Small, nonpolar (or uncharged) lipid­soluble molecules pass easily through the  lipid portion of the membrane. Includes: a. Oxygen, carbon dioxide, and steroid hormones (Cortisol and lipids) 2. Gas exchange: net diffusion of O2 into cells and CO2 out of cells due to  concentration gradients. (opposite in lungs.) 3. Water can pass through using special channels called aquaporins in a process  called osmosis.  4. Charged ions can pass through ion channels that span the plasma membrane tat  may always be open or gated 5. Larger polar molecules cannot pass through the membrane by simple diffusion,  but need special carrier proteins  C. Rate of Diffusion 1. Measured by the number of diffusion particles per unit of time 2. Depends on: a. Magnitude of concentration difference – the driving force for diffusion b. Permeability of the membrane to the molecules c. Temperature of the solution; higher temperature increases the rate d. Surface area of the membrane; increased by microvilli D. Osmosis – diffusion of a solvent (not a solute!) 1. Water molecules do not carry a charge, so they can pass through the plasma  membrane slowly. 2. This is the diffusion of solvent instead of solute, it is unique a. Given by a special name – osmosis b. Aided by channels in the membrane called aquaporins. c. Many aquaporins are found in the kidneys, eyes, lungs, salivary glands,  and the brain.  3. Requirements of Osmosis a. There must be a solute concentration difference on either side of the  membrane permeable to water. b. The membrane must be impermeable to the solute, or the concentration  difference will not be maintained. i. Solutes that cannot cross and permit osmosis are called osmotically active.  4. Water movement in Osmosis a. The net movement of water is from the side with more water (more dilute) to the side with less water (less dilute). Water must move from the side  with less moles of solute to the sidewith more solute (“high water” to “low water”) b. However, when osmosis is discussed, we say that water moves from the  area of low solute concentration to the area of high solute concentration.   (water moves toward the side with the higher solute concentration.) 5. Osmotic pressure a. Osmotic pressure is the force surrounding a cell required to stop osmosis.  Directly proportional to solute concentration. b. Can be used to describe the osmotic pull of a solution.  A higher solute  concentration would require a higher osmotic pressure. i. Pure water has an osmotic pressure of zero.  ii. Isotonic (equal), hypotonic (lower water pressure – less  concentrated solution), hypertonic (more concentrated, higher  osmotic pressure).  6. Molarity and molality a. Moles i. A mole of a compound can be measured as its molecular weight in  grams. ii. The number of atoms in 1 mole is always the same no matter the  substance: 6.02 *10^23 particles iii. You can make molar solutions (1M) or molal solutions (1m). b. Molarity – moles solute/L solution irrespective of molecular weight i. Glucose has a molecular weight of 180/  To make 1 molar solution  of glucose, dissolve 180 g glucose in water to make 1 L solution.   NaCl hasa molecular weight of 58.5.  To make a 1 molar solution  of NaCl, dissolve 58.5 G NaCl in water to total 1 L. ii. Not useful for a discussion of osmosis, since the solute  concentration is different depending on the solute.  More water is  used to make the 1 molar solution of NaCl.  c. Molality – moles solute/liter solvent ADD  one liter – not bring up to one  liter. i. 1 molal solutions take the molecular weight in grams dissolved in  exactly 1 L water.  ii. The amount of water never changes, so you can compare solute  concentrations to predict the direction of osmosis. iii. Does not depend on the chemistry of the solute, but on how many  particles are present in the solution.  7. Osmolality – The number of particles in moles/ L H2O.) a. Osmolality is the total molality of a solution when you combine all of the  molecules within it.   b. A 360 g (2m) glucose solution and a 180 g fructose (1m) solution would  hae the same osmolality. c. These are both 2 Osm solutions d. Electrolytes that dissociate in water have to be assessed differently. i. NaCl dissociates into Na+ and Cl­ in water and must be counted as separate particles. ii. A 1m NaCl solution would actually be a 2 Osm solution. e. Osmolality can be measured by freezing point depression – how much the  freezing point is lowered depends on the number of particles present in the solution. 8. Tonicity a. Plasma has the same osmolality as a 0.3m glucose or a 0.15m NaCl  solution. i. These solutions are considered isosmotic to plasma ii. Made as 0.9g NaCl/100mL water – normal saline iii. 5% dextrose – 5g glucose/100ml water b. Tonicity is the effect of a solute concentration on the osmosis of water. i. If a membrane separates a 0.3m glucose solution and a 0.15m  NaCl solution, there will be no net movement of water (isotonic).  c. Tonicity takes into account the permeability of the membrane to the  solutes.  If the solutes can cross the membrane, the tonicity will change. i. If you place RBCs in a 0.3m solution of urea, the tonicity will not  be isotonic.  Urea can cross into the RBCs and draw water with it. ii. These cells will eventually burst (lyse). d. Solutions with a lower solute concentration than the cell are hypoosmotic  and hypotonic. i. Will pull water into the cell; cell will swell and could lyse. e. Solutions with a higher solute concentration than the cell are hyper­ osmotic and hypertonic. i. Will pull water out of the cell; cell will shrivel up and could  crenate.  E. Regulation of Blood Osmolality 1. Constant osmolality must be maintained, or neurons will be damaged. 2. Osmoreceptors in the hypothalamus detect increases in osmolality (due to  dehydration). This triggers: a. Thirst b. Decreased excretion of water in urine 3. With a lower plasma osmolality, osmoreceptors are not stimulated, so more  water is excreted in urine.  III. Carrier­Mediated Transport A. Introduction 1. Molecules that are large or polar cannot diffuse across the membrane. 2. Includes amino acids, glucose, and other organic molecules. 3. Carrier proteins within the plasma membrane move these molecules across. 4. Characteristics of the carriers a. They are specific to a given molecule. b. There may be the competition for similar carriers or molecules c. Saturation – number of carriers is limited  5. Some proteins can transport more than one molecule, but then there is a competition  effect. 6. Transport rates increase with increased molecules concentration until saturation is  met; this is transport maximum where all carriers are in use.  B. Facilitated Diffusion 1. Powered by the random movement of molecules (no ATP used) 2. Net movement from high to low concentration 3. Requires specific carrier­mediated proteins 4. Transport proteins may always exist in the plasma membrane or be inserted when  needed. 5. Facilitated diffusion – glucose a. Transport carriers for glucose are designated GLUT followed by the number  of the isoform b. GLUT1 – CNS c. GLUT2 – pancreatic beta cells and hepatocytes d. GLUT3 – neurons e. GLUT4 – adipose tissue and skeletal muscles; can be inserted into the plasma  membrane of skeletal muscle when stimulated. C. Active Transport 1. Sometimes molecules must be moved from an area of low concentration to an area of  high concentration (move uphill) a. This requires the expenditure of ATP. b. Often, these carrier­mediated proteins are called pumps.  2. Primary active transport a. Occurs when the hydrolysis of ATP is directly responsible for the carrier  protein function. b. The transport protein is also an ATPase enzyme that will hydrolyze ATP c. Pump is activated by phosphorylation using a Pi from ATP. 3. The Ca2+ Pump a. Located on all cells and in the endoplasmic reticulum of striated muscle cells b. Removes Ca2+ from the cytoplasm by pumping it into the extracellular fluid  or cisternae of the ER c. Creates a strong concentration gradient for rapid movement of Ca2+ back into the cell d. Aids in the release of neurotransmitters in neurons and in muscle contraction 4. Na+/K+ pump a. Found in all body cells b. ATPase enzyme pumps 3 Na+ out of the cell and 2 K+ into the cell c. Serves 3 functions: i. Provides energy for coupled transport of other molecules ii. Helps to maintain membrane potentials iii. Maintains osmolality d. Steps of the Na+/K+ pump i. 3 Na+ from the cytoplasm move into the pump and bind ii. ATPase activated to hydrolyze ATP to ADP and Pi which blocks both  openings iii. ADP released causing a shape change that allows 3 Na+ to exit pump  to outside cell iv. 2K+ enter carrier from the outside, releasing the Pi v. Pump returns to original shape and releases 2K+ to the inside. 5. Secondary active transport a. Also called coupled transport b. The energy needed to move molecules across their concentration gradient is  acquired by moving sodium back into the cell. c. Since the sodium was originally pumped out of the cell using ATP, this is  considered active transport.  d. Cotransport or symport – the other molecule is moved with sodium.  This is  the common way to transport glucose. e. Countertransport or antiport – the other molecule is moved in the opposite  direction from sodium. i. An example is the uphill extrusion of Ca2+ from a cell. 6. Transport across Epithelial membranes a. Absorption – transport of digestive products across intestinal epithelium into  the blood b. Reabsorption – transport of molecules out of the urinary filtrate back into the  blood c. Involves transcellular transport: movement of molecules through the  cytoplasm of the epithelial cells d. May also involve paracellular transport: movement across the tiny gaps  between cells e. Involves many different types of carrier – mediated proteins at both ends of  the epithelial cells such as the Na+/K+ pump or the Na+/H+ pump.  f. Paracellular transport is limited by junctional complexes: i. Tight junctions: do not allow easy diffusion ii. Adherens junctions iii. desmosomes D. Bulk transport 1. Large molecules such as proteins, hormones, and neurotransmitters are secreted via  exocytosis. a. Involves fusion of a vesicle with the plasma membrane b. Requires ATP 2. Movement of large molecules such as cholesterol into the cell requires endocytosis. a. Usually a transport protein interacts with plasma membrane proteins to trigger endocytosis.  IV. The Membrane Potential  A. Introduction 1. There is a difference in charge on each side of the plasma membrane due to: a. Permeability of the membrane b. Action of Na+/K+ pump c. Negatively charged molecules inside the cell 2. This difference in charge is called a potential difference 3. The potential difference makes the inside of the cell is negative compared to  the outside.  4. Membrane Potential: K+ a. K+ accumulates at high concentrations in the cell because: b. The K+ concentration inside is 150 mM and outside it is 5mM. B. Equilibrium Potentials 1. Even with all the K+ inside the cell, the negative molecules inside and all of the  sodium outside, the cell is more negative inside compared to outside. i. This potential difference can be measured as a voltage ii. Because the membrane is so permeable to K+, this difference is often  maintained by K+, concentration gradient.  2. K+ Equilibrium a. Addressing just K+, the electrical attraction would pull K+ into the cell until it reaches a point where the concentration gradient drawing K+ out matches this  pull in. i. K+ would reach an equilibrium, with more K+ inside than outside. ii. Normal cells have 150 mM K+ inside and 5mM K+ outside.  b. The resulting potential difference measured in voltage would be the  equilibrium potential (Ek) for K+; measured at ­90 mV. i. This means the inside has a voltage 90mV lower than the outside. ii. This is the voltage needed to maintain 150 mM K+inside and 5mM K+ outside.  3. Na+ equilibrium a. Sodium is also an important ion for establishing membrane potential b. The concentration of sodium in a normal cell is 12mM inside and 145mM  outside. c. To keep so much sodium out, the inside would hae to be positive to repel the  sodium ions.  d. The equilibrium potential for sodium is +66mV.  e. The membrane is less permeable to Na+, so the actual membrane potential is  closer to that of the more permeable K+. 4. Nerst equationv a. Used to calculate equilibrium potentials b. Based on ion concentrations c. Ex=61/z log [X0]/[Xi] i. Ex = equilibrium potential in mV for ion X ii. X0 = concentration of ion outside the cell iii. Xi = concentration of ion inside the cell iv. Z = valence of ion (+1 for sodium or potassium) C. Resting Membrane Potentials 1. Membrane potential of a cell not producing any impulses.  Depends on: a. Ratio of concentrations of each ion on either side of the membrane b. Specific permeability to each ion 2. K+, Na+, Ca2+, and Cl­ contribute to the resting potential.  3. Membrane potential of a cell not producing any impulses a. Because the membrane is most permeable to K+, it has the greatest influence.  b. A change in the permeability of the membrane for any ion will change the  resting potential. c. A change in concentration of any ion inside or outside the cell will change the  resting potential. d. Key to how neurons work! 4. In most cells, the resting potential is between ­65mV and ­85mV. a. Neurons are usually at ­70mV. b. Close to K+ equilibrium potential.  5. When a neuron sends an impulse, it changes the permeability of Na+, driving the  membrane potential closer to the equilibrium potential for Na+. 6. Role of Na/K pump a. Acts to counter K+ leaking out b. It transports 2 K+ in for every 3 Na+ out to maintain the voltage difference. c. Keeps both the resting potential and the concentration differences stable –  electrogenic effect.  V. Cell Signaling A. Introduction 1. Cells communicate using chemical signals. 2. Types: a. Gap junctions: allow adjacent cells to pass ions and regulatory molecules  through a channel between the cells direct electrical coupling between cells  (heart and muscle cells) b. Paracrine signaling: cells within an organ secrete molecules that diffuse across the extracellular space to nearby target cells; often called local signaling  (histamines in mast cells and blood vessels) c. Synaptic signaling: involves neurons secreting neurotransmitters across a  synapse to target cells very very specific (just one cell) d. Endocrine signaling: involves glands that secrete hormones into the  bloodstream; these can reach multiple target cells throughout the body.  (insulin after a meal) 3. Receptor proteins a. A target cell receives a signal because it has receptor proteins specific to it on  the plasma membrane or inside the cell i. Nonpolar signal molecules (hydrophobic) such as steroid hormones,  thyroid hormone, and nitric oxide gas can penetrate the plasma  membrane and interact with receptors inside the cell. – often are  transcription factors (some have membrane receptors as well) ii. Large, polar signal molecules (hydrophilic) such as epinephrine,  acetylcholine, and insulin bond to receptors on the plasma membrane.  B. Second messengers the intermediate factor 1. Polar or large signal molecules bind to receptors on the cell surface. 2. For many of these, intermediaries called second messengers are activated inside the  cell to affect change; may be ions (Ca2+) or other molecules. Calcium is common  because it has a high concentration outside in comparison to the inside, and a small  change can be significant.  3. Second messengers – cAMP a. Cyclic adenosine monophosphate (cyclic AMP or cAMP) is a common second messenger. b. Steps to activate i. A signaling molecule binds to a receptor. ii. This activates an enzyme that produces cAMP from ATP iii. cAMP activates other enzymes. iv. Cell activities change in response C. G­Proteins  1. Receptor proteins that bind to a single and enzyme proteins that produce a second  messenger are rarely together.  They require something to shuttle between them. 2. G­proteins are made up of 3 subunits – alpha, beta, and gamma 3. Subunits dissociate when a signal molecule binds to the receptor and travel to the  enzyme or ion channel. More active than not, the alpha is the active subunit.  To  inactive, they dissociate from their effectors and wait for the next signal molecule to  come by Human Physiology – Chapter 7 Study Guide Notes from powerpoint, notes from in class,  Important vocabulary, important molecules and  compounds (such as proteins, lipids, neurotransmitters, etc.), Specific body part (cellular level  and up). Disease The Nervous System: neurons and Synapses I. Neurons and Supporting Cells A. Introduction to the Nervous System 1. Divided into: a. Central nervous system: brain and spinal cord everything encased  in bone b. Peripheral nervous system: cranial and spinal nerves 2. Tissue is composed of two types of cells: a. Neurons that conduct impulses excitable, command motor  responses b. Glial cells (neuroglia) that support the neurons. “glue” that holds  the brain together.  Some astrocytes are a bit more active than  people thought….  B. Neurons 1. Structural and functional units of the nervous system 2. General functions: a. Respond to chemical and physical stimuli b. Conduct electrochemical impulses – the electro part is due to the  movement of ions, aka action potentials.  Similar to electrons in  wires, but moves via ions.  We will get to this more later.  c. Release chemical regulators d. Enable perception of sensory stimuli, learning, memory, and  control of muscles and glands – responsible for everything we do.  3. Most cannot divide, but may be able to be repaired some places in the  brain (e.g. the hippocampus) have been shown to generate new neurons.  4. General structure of neurons a. Neurons vary in size and shape, but they all have: 1) A cell body that contains the nucleus and other organelles;  cluster in groups called nuclei in the CNS and ganglia in  the PNS 2) Dendrites: receive impulses and conducts a graded impulse  toward the cell body 3) Axon: conducts action potentials away from the cell body b. Axons 1) Vary in length from a few millimeters to a meter 2) Connected to the cell body by the axon hillock where  action potentials are generated at the initial segment of the  axon. High concentration of ion channels.  3) Can form many branches called axon collaterals 4) Covered in myelin with open spots called nodes of Ranvier. Wrapping of glial cells creates these nodes.  Myelination  helps action potentials move faster.   5. Axonal transport a. An active process needed to move organelles and proteins from the cell body to axon terminals b. Fast component moves membranous vesicles c. Slow components move microfilaments, microtubules and proteins d. Anterograde transport – from cell body to dendrites and axon; uses kinesin molecular motors e. Retrograde transport from dendrites and axon to the cell body; uses dynein molecular motors. How viruses infect the brain.  Picked up  by synaptic terminals and used to change the genetic properties of  neurons.  C. Classification of Neurons and Axons 1. Functional classification of neurons – based on direction impulses are  conducted a. Sensory neurons: conduct impulses from sensory receptors to the  CNS (e.g. rotational acceleration, blood pressure, etc.) these pick  up information and transfer it to association neurons.  b. Motor neurons: conduct impulses from the CNS to target organs  (muscles or glands)  c. Association/interneurons: located completely within the CNS and  integrate functions of the nervous system 2. Motor neurons a. Somatic motor neurons: responsible for reflexes and voluntary  control of skeletal muscles b. Autonomic motor neurons: innervate involuntary targets such as  smooth muscle, cardiac muscle, and glands – these are things you  do not usually think about (e.g. Peristalsis in GI system, changes in vasodilation, etc.) 1) Sympathetic – emergency situations; “fight or flight” (or  freeze); activation of epinephrine – tends to activate the  whole system.  2) Parasymphathetic – normal functions; “rest and digest”;  decreases activity of most systems, except for GI activity. 3. Structural classification of neurons a. Based on the number of processes that extend from the cell body. b. Pseudounipolar: single short process that branches like a T to form  2 longer processes; sensory neurons c. Bipolar neurons: have two processes, one on either end; found in  retina of eye d. Multipolar neurons: several dendrites and one axon; most common type. 4. Classification of axons a. Nerves are bundles of axons located outside the CNS b. Most are composed of both sensory and motor neurons and are  called mixed nerves. c. Some of the cranial nerves have sensory fibers only (e.g. olfactory, optic). d. A bundle of axons in the CNS is called a tract.  D. Neuroglia (glial cells) 1. Cells that are non­conducting (mostly) but support neurons 2. Two types are found in the PNS: a. Schwann cells (neurolemocytes): form myelin sheaths around  peripheral axons – only influences one axon at a time. b. Satellite cells (ganglionic gliocytes): support cell bodies within the  ganglia of the PNS 3. Four types are found in the CNS: a. Oligodendrocytes: form myelin sheaths around the axons of CNS  neurons – analogous to Schwann cells.  Can wrap around multiple  axons at once.  b. Microglia: migrate around CNS tissue and phagocytize foreign and degenerated material. 5­10% of brain cells. Important for  immuoprotection of the brain, and engulfs dying neurons and other glial cells, as well as pathogens.  c. Astrocytes: regulate the external environment of the neurons cell  body with projections and end feet that associate with neurons and  blood vessels. d. Ependymal cells: line the ventricles and secrete cerebrospinal  fluid. (via cilia like projections) E. Neurilemma and Myelin 1. Myelin sheath in the PNS a. All axons in the PNS are surrounded by a sheath of Schwann cells  called the neurilemma, or sheath of Schwann. b. These cells wrap around the axon to form the myelin sheath in the  PNS. c. Gaps between Schwann cells, called nodes of Ranvier, are left  open. d. Small axons (2 micrometers in diameter) are usually unmyelinated. e. Even unmyelinated axons in the PNS have a neurilemma but lack  the multiple wrappings of the Schwann cell plasma membrane f. Myelinated axons conduct impulses more rapidly.  2. Myelin Sheath in CNS a. In the CNS, the myelin sheath is produced by oligodendrocytes. b. One oligodendrocyte sends extensions to several axons and each  wraps around a section of an axon. c. Produces the myelin sheath but not a neurilemma d. Myelin gives these tissues (axons) a white color = white matter. e. Gray matter is cell bodies and dendrites which lack myelin sheaths  small axons are usually unmyelinated.  3. Regeneration of a cut neuron a. When an axon in the PNS is cut, the severed part degenerates, and  a regeneration tube is reformed by Schwann cells; normal regrowth occurs.  Initially schwann factors produce factors that inhibit  growth.  When there is damage to the cell, neurotrophic factors are  released to help cause the cell to grow.  1) Growth factors are released that stimulate growth of axon  sprouts within the tube. 2) New axon eventually connects to the undamaged axon or  the effector.  b. CNS axons are not as able to regenerate. 1) Death receptors form that promote apoptosis of  oligodendrocytes. 2) Inhibitory proteins in the myelin sheath prevents  regeneration. 3) Glial scars from astrocytes form that also prevent  regeneration.  4) Demyelination diseases: multiple sclerosis – motor control  problems, visual impairment, etc.  4. Neurotrophins a. Promote neuronal growth in the fetal brain 1) Nerve growth factor (NGF) 2) Brain­derived neurotrophic factor (BDNF) 3) Glial­derived neurotrophic factor (GDNF) 4) Neurotrophin­3, neurotrophin­4/5 b. In adults, neurotrophins aid in the maintenance of sympathetic  ganglia and the regeneration of sensory neurons.  F. Astrocytes 1. Most abundant glial cell 2. Processes with end­feet associate with blood capillaries and axon  terminals. 3. Influences interactions between neurons and between neurons and blood  – influences the amount of transmitter, or releases other cofactors.  4. Astrocyte functions a. Take up K+ from the extracellular environment to maintain ionic  environment for neurons. b. Take up extra neurotransmitter released from axon terminals,  particularly glutamate. Chemicals are recycled. (can affect the  duration of a synaptic event). c. End­feet around capillaries take up glucose from blood for use by  neurons to make ATP; converted first to lactic acid d. Can store glycogen and produce lactate for neurons to use.  e. Needed for the formation of synapses in the CNS. f. Regulate neurogenesis in regions of the adult brain g. Form the blood­brain barrier h. Release transmitter molecules (gliotransmitters) that can stimulate  or inhibit neurons; includes glutamate, ATP, adenosine, D­serine.  (interacts with glutamate to enhance glutamate receptors).   Regulates receptors that can change the function of ion channels.  5. Astrocytes and neural activity a. Although astrocytes do not produce action potentials, they can be  excited by neurons via release of ATP. b. This causes a rise intracellular Ca2+, which can cause the astrocyte to release prostaglandin E2, from the end­feet on the blood  capillary, increasing blood flow. (prostaglandin release)  6. Blood­brain barrier a. Capillaries in the brain do not have pores between adjacent cells,  but are joined by tight junctions.   b. Substances can only be moved by very selective processes of  diffusion through endothelial ells, active transport, and bulk  transport. c. Movement is transcellular not paracellular.  d. Astrocytes influence the production of ion channels and enzymes  that can destroy toxic substance by secreting glial­derived  neurotrophic factor. e. Creates problems with chemotherapy of brain diseases because  many drugs cannot penetrate the blood­brain barrier. E.g.  Parkinson’s disease treatments (L­dopa is used in place of  dopamine).  II. Electrical Activity in Axons A. Resting membrane potential 1. Neurons have a resting potential of ­70mV. a. Established by large negative molecules inside the cell b. Na/K pumps  c. Permeability of the membrane to positively charged, inorganic  ions.  2. At rest, there is a high concentration of K+ inside the cell and Na+  outside the cell.  3. Altering membrane potential a. Neurons and muscle cells can change their membrane potentials. b. Called excitability c. Caused by changes in permeability to certain ions d. Ions will follow their electrochemical gradient = combination of  concentration gradient and attraction to opposite charges. e. Flow of ions are called ionic currents which occur in limited areas  where ion channels are located (hydration shell).  4. Changes in membrane potential a. At rest, a neuron is considered polarized when the inside is more  negative than the outside. b. When the membrane potential inside the cell increases (becomes  more positive), this is called depolarization. c. A return to resting potential is called repolarization. d. When the membrane potential inside the cell decreases (becomes  more negative), this is called hyperpolarization.  e. Depolarization occurs when positive ions enter the cell (usually  Na+). f. Hyperpolarization occurs when positive ions leave the cell (K+) or  negative ions (Cl­) enters the cell. g. Depolarization of the cell is excitatory. (stimulation) h. Hyperpolarization is inhibitory.   i. Usually it is sodium, but sometimes potassium and chloride can be  used to alter the electrochemical gradient. B. Ion gating in axons 1. Changes in membrane potential are controlled by changes in the flow of  ions through channels. a. K+ has two types of channels: 1) Not gated (always open); sometimes called K+ leakage  channels help to maintain the resting membrane potential. 2) Voltage­gated K+ channels; open when a particular  membrane potential is reached; closed at resting potential  At least 12 different families.  b. Na+ has only voltage­gated channels that are closed at rest; the  membrane is less permeable to Na+ than K+ at rest.  c. Nerst equation for K and Na 1) E(K) = ­90mV 2) E(Na) = +66 mV 2. Voltage­Gated Na+ Channels a. Na+ channels open if the membrane potential depolarizes to  ­55mV (threshold potential). 1) The protein is made of 1 long string of amino acids.  It  changes due to a binding of the positively charged side  change.  When the inside is negative, it holds the sides  down.  When it becomes positive, the side chains pop open. 2) Ball and chain model. 3) Closed (deactivated) – open – inactivated: MUST GO IN  THIS ORDER! b. Sodium rushes in due to the electrochemical gradient. c. Membrane potential climbs toward sodium equilibrium potential. d. These channels are deactivated at +30mV.  3. Voltage­Gated K+ Channels a. At around +30mV, voltage­gated K+ channels open, and K+  rushes out of the cell following the electrochemical gradient. b. This makes the cell repolarize back toward the potassium  equilibrium potential. C. Action potentials 1. At threshold membrane potential (­55mV), voltage­gated Na+ channels  open, and Na+ rushes in.  As the cell depolarizes, more Na+ channels  are open, and the cell becomes more and more permeable to Na+. a. This is a positive feedback loop. b. Causes an overshoot of the membrane potential (overshoots 0 mV). Cell tries to get up to the sodium potential (+66). c. Membrane potential reaches +30mV. Sodium channels are  deactivated.  d. This is called depolarization.  2. At +30mV, Na+ channels close, and K+ channels open. a. Results in repolarization of the membrane potential. b. This is a negative feedback loop.  3. After­Hyperpolarization a. Repolarization actually overshoots resting potential and gets down  to ­85mV. b. This does not reach potassium equilibrium potential because  voltage­gated K+ channels are deactivated as the membrane  potential falls. Important: channels become DEACTIVATED, not  inactivated. (mistake in slides) c. Na/K pumps quickly reestabilish resting potential.  4. All­or­None Law a. Once threshold has been reached, an action potential will happen. b. The size of the stimulus will not affect the size of the action  potential; it will always reach +30mV. c. The size of the stimulus will not affect action potential duration 5. Coding for Stimulus Intensity a. A stronger stimulus will make action potentials occur more  frequently. (frequency modulated) b. A stronger stimulus may also activate more neurons in a nerve.   This is called recruitment.  6. Refractory Periods a. Action potentials can only increase in frequency to a certain point.  There is a refractory period after an action potential when the  neuron cannot become excited again. b. The absolute refractory period occurs during the action potential.   Na+ channels are inactive (not just closed). c. The relative refractory period is when K+ channels are still open.   Only a very strong stimulus can overcome this. d. Each action potential remains a separate, all­or­none event.  7. Cable properties of neurons a. Cable properties refer to the ability of neurons to conduct charges  through their cytoplasm b. Poor due to high internal resistance to the spread of charges and  leaking of charges through the membrane c. Neurons could not depend on cable properties to move an impulse  down the length of an axon.  D. Conduction of Nerve Impulses 1. When an action potential occurs at a given point on a neuron membrane, voltage­gated Na+ channels open as a wave down the length of the axon. 2. The action potential at one location serves as the depolarization stimulus for the next region of the axon.  3. Conduction in an unmyelinated neuron a. Action potentials are produced down the entire length of the axon  at every patch of membrane.  b. This makes the conduction rate slow c. The amplitude of the action potential in each patch of membrane is the same – conducted without decrement 4. Conduction in a myelinated neuron a. Myelin provides insulation, improving the speed of action potential conduction. Myelin acts like duct tape on a water hose, blocking  leakage of the current up through the sides of the membrane.  b. Nodes of Ranvier allow Na+ and K+ to cross the membrane every  1­2 mm. c. Na+ ion channels are concentrated at the nodes. d. Action potentials “leap” from node to node. e. This is called salutatory conduction. 5. Action Potential Conduction Speed a. Increased by 1) Increased diameter of the neuron.  This reduces resistance  to the spread of charges via cable properties 2) Myelination because of salutatory conduction. b. Examples 1) Thin, unmyelinated neuron speed – 1.0 m/sec 2) Thick, myelinated neuron speed 100 m/sec III. The synapse A. Introduction 1. A synapse is a functional connection between a neuron and the cell it is  signaling. a. In the CNS, this second cell will be another neuron. b. In the PNS, the second cell will be in a gland or muscle  (neuromuscular junctions) 2. If one neuron is signaling another neuron, the first is called the  presynaptic neuron, and the second is called the postsynaptic neuron. a. A presynaptic neuron can signal the dendrite, cell body, or axon of  a second neuron b. There are axodendritic (axon makes contact with dendrite),  axosomatic (axon to body), and axoaxonic (axon to axon)  synapses. c. Most synapses are axodendritic and are 1 direction. B. Electrical synapses: electrical synapses occur in smooth muscle and cardiac  muscle (think of organized contractions), between some neurons of the brain  (especially during development) , and between glial cells. 1. Cells are joined by gap junctions.   2. Stimulation causes phosphorylation of connexin proteins to open or  close the channels  C. Chemical synapses 1. Most synapses involve the release of a chemical called a  neurotransmitter from the axon’s terminal buttons. 2. The synaptic cleft is very small, and the presynaptic and postsynaptic  cells are held together by cell adhesion molecules.  3. Release of neurotransmitters a. Neurotransmitters are enclosed in synaptic vesicles in the axon  terminal. 1) When the action potential reaches the end of the axon,  voltage­gated Ca2+ channels open. 2) Ca2+ stimulates the fusing of synaptic vesicles to the  plasma membrane and exocytosis of neurotransmitter. 3) A greater frequency of action potential results in more  stimulation of the postsynaptic neuron.  b. Ca2+ and synaptic vesicles 1) When Ca2+ enters the cell, it binds to a protein called  synaptotagmin that serves as a Ca2+ sensor. 2) Vesicles containing neurotransmitter are docked at the  plasma membrane by three SNARE proteins. 3) The Ca2+ synaptotagmin complex displaces part of  SNARE, and the vesicle fuses. 4) Forms a pore to release the neurotransmitter.  4. Actions of Neurotransmitter a. Neurotransmitter diffuses across the synapse, where it binds to a  specific receptor protein. 1) The neurotransmitter is referred to as the ligand. 2) This results in the opening of chemically regulated ion  channels (also called ligand­gated ion channels) many  receptors are ion channels in themselves; therefore, when  the transmitter binds, it causes a pore to form allowing ions  in or out.  b. Graded potential 1) When ligand­gated ion channels open, the membrane  potential changes depending on which ion channel is open. i. Opening Na+ or Ca2+ channels results in a graded  depolarization called an excitatory postsynaptic signal  (EPSP). ii. Opening K+ or Cl­ channels results in a graded  hyperpolarization called inhibitory postsynaptic potential  (IPSP). 2) EPSPs and IPSPs i. EPSPs move the membrane potential closer to threshold;  may require EPSPs from several neurons to actually  produce an action potential. 1. IPSPs move the membrane potential farther from  threshold. 2. IPSPs can counter EPSPs from other neurons so  summation of EPSPs and IPSPs at the initial  segment of the axon (next to the axon hillock)  determines whether the action potential occurs.  IV. Acetylcholine – CAN’T FIND MY NOTES ON ACETYLCHOLINE.  A. Acetylcholine (Ach) 1. introduction a.  In some chases, Ach is excitatory, and in other cases it is  inhibitory, depending on the organ involved. b. Excitatory in some areas of the CNS, in some autonomic motor  neurons, and in all somatic motor neurons c. Inhibitory in some autonomic motor neurons.  2. Two types of Acetylcholine receptors a. Nicotinic ACh receptors 1) Can be stimulated by nicotine 2) Found on the motor end plate of skeletal muscle cells, in  autonomic ganglia, and in some parts of the CNS. b. Muscarinic Ach receptors 1) Can be stimulated by muscarine (From poisonous  mushrooms) 2) Found in CNS and plasma membrane of smooth and  cardiac muscles and glands innervated by autonomic motor  neurons.  c. Agonists and antagonists 1) Agonists: drugs that can stimulate the receptor i. Nicotine for nicotinic ACh receptors ii. Muscarine for muscarinic ACh receptors 2) Antagonists: drugs that inhibit the receptor i. Curare is an antagonist for nicotinic receptors. ii. Atropine for muscarinic receptors. B. Chemically regulated channels 1. Binding of a neurotransmitter to a receptor can open an ion channel in  one of two ways: a. Ligand­gated channels b. G­protein coupled channels 2. Ligand­gated channels a. The receptor protein is also an ion channel; binding of the  neurotransmitter directly opens the ion channel. b. Nicotinic ACh receptors are ligand­gated channels with two  receptor sites for two ACh molecules. c. Binding of 2 acetylcholine molecules opens a channel that allows  both Na+ and K+ passage. 1) Na+ flows in, and K+ flows out. 2) Due to electrochemical gradient, more Na+ flows in than  K+ out creating an EPSP.  3. G­Protein Coupled channels a. The neurotransmitter receptor is separate from the protein that  serves as the ion channel. 1) Binding at the receptor opens ion channels indirectly by  using a G­protein 2) Muscarinic ACh receptors interact with ion channels in this way as well as many other neurotransmitter receptors.  b. Associated with a G­protein 1) G­proteins have three subunits (alpha, beta, and gamma) 2) Binding of one acetylcholine results in the dissociation of  the alpha subunit. 3) Either the alpha or beta­gamma diffuses through the  membrane to the ion channel. 4) This opens or closes the channel for a short period of time. 5) The G­protein subunits dissociate from the channel and it  closes.  c. Binding of acetylcholine opens K+ channels in some tissues (IPSP) or closes K+ channels in others (EPSP). 1) In the heart, K+ channels are opened by the beta­gamma  complex, creating IPSPs (hyperpolarization) that slows the  heart rate. 2) In smooth muscle of the stomach, K+ channels are closed  by the alpha subunit, producing EPSPs (Depolarization)  and the contraction of these muscles.  C. Acetylcholinesterase (AchE) 1. AChE is an enzyme that inactivates ACh activity shortly after it binds to  the receptor.  2. Hydrolyzes ACh into acetate and choline, which are taken back into the  presynaptic cell for reuse.  D. Ach in the PNS 1. Somatic motor neurons form interactions called neuromuscular junctions with muscle cells. 2. The area on the muscle cell with receptors for neurotransmitter is called  the motor end plate. a. EPSPs formed here are often called end plate potentials. b. End plate potentials open voltage­gated Na+ channels, which result in an action potential. c. This produces muscle contraction. 3. Interruption of Neuromuscular Transmission a. Certain drugs can block neuromuscular transmission. b. Curare is an antagonist of acetylcholine (Nicotinic). It blocks ACh  receptors so muscles do not contract. 1) Lea


Buy Material

Are you sure you want to buy this material for

75 Karma

Buy Material

BOOM! Enjoy Your Free Notes!

We've added these Notes to your profile, click here to view them now.


You're already Subscribed!

Looks like you've already subscribed to StudySoup, you won't need to purchase another subscription to get this material. To access this material simply click 'View Full Document'

Why people love StudySoup

Bentley McCaw University of Florida

"I was shooting for a perfect 4.0 GPA this semester. Having StudySoup as a study aid was critical to helping me achieve my goal...and I nailed it!"

Allison Fischer University of Alabama

"I signed up to be an Elite Notetaker with 2 of my sorority sisters this semester. We just posted our notes weekly and were each making over $600 per month. I LOVE StudySoup!"

Jim McGreen Ohio University

"Knowing I can count on the Elite Notetaker in my class allows me to focus on what the professor is saying instead of just scribbling notes the whole time and falling behind."


"Their 'Elite Notetakers' are making over $1,200/month in sales by creating high quality content that helps their classmates in a time of need."

Become an Elite Notetaker and start selling your notes online!

Refund Policy


All subscriptions to StudySoup are paid in full at the time of subscribing. To change your credit card information or to cancel your subscription, go to "Edit Settings". All credit card information will be available there. If you should decide to cancel your subscription, it will continue to be valid until the next payment period, as all payments for the current period were made in advance. For special circumstances, please email


StudySoup has more than 1 million course-specific study resources to help students study smarter. If you’re having trouble finding what you’re looking for, our customer support team can help you find what you need! Feel free to contact them here:

Recurring Subscriptions: If you have canceled your recurring subscription on the day of renewal and have not downloaded any documents, you may request a refund by submitting an email to

Satisfaction Guarantee: If you’re not satisfied with your subscription, you can contact us for further help. Contact must be made within 3 business days of your subscription purchase and your refund request will be subject for review.

Please Note: Refunds can never be provided more than 30 days after the initial purchase date regardless of your activity on the site.