Axón de jibia

1. Axón de jibia http://einstein.ciencias.uchile.clFisiología General 2009, Clases, AxondeJibia.ppt 9 de abril de 2009

2. Voltage clamp de un axón de jibia I, mA/cm2 t, ms 0mV -60,8mV

3. Voltage clamp de un axón de jibia en presencia de TTX, bloqueador de los canales de Na t, ms 0mV -60,8mV TTX I, mA/cm2 I, mA/cm2 Control

4. El curso temporal del desarrollo de la corriente de potasio no sigue un curso exponencial. Pulso -120 a 100 mV Para estudiar la relación entre la intensidad de la corriente de potasio y el potencial de la membrana se mide a diferentes potenciales. Vm

5. Relación entre la intensidad de la corriente de potasio y el potencial de la membrana. Conductancia GK? IK, mA cm-2 Potencial de inversión, VK? Vm, mV

6. IK, mA/cm2 Vm, mV Estrategia para buscar el potencial de inversión VK. Sospecha: VK= -94 mV Problema: alrededor de -94 mV no se registra inversión de la corriente. ¿Por qué? Porque los canales están cerrados a -94 mV. Solución: 1) Abrir los canales, despolarizando la membrana 2) Cambiar el potencial en forma instantánea y 3) Medir la corriente antes de que los canales se cierren 4) Explorar la superficie I/V.

7. 1) Abrir los canales, despolarizando la membrana 2) Cambiar el potencial en forma instantánea y 3) Medir la corriente antes de que los canales se cierren 4) Explorar la superficie I/V. Prepulso constante Pulso de prueba variable Vm

8. VK= -73,4 mV Los canales de K cumplen la ley de Ohm.

9. Sorpresa: El valor encontrado, -74 mV es menos negativo que el esperado según Nernst (-94mV). Una explicación posible: los canales de K no son idealmente selectivos: pasa algo de Na. VK= -73,4 mV Tarea: Calcular GK/GNa para estos canales El potencial de reposo es -60 mV, los potenciales de inversión de las corrientes de potasio y leak son -73 y -50 mV respectivamente. Calcule la razón GK/GLeak para el potencial de reposo.

10. IK, mA/cm2 Vm, mV VK=-73.4 mV

11. IK, mA/cm2 Vm, mV VK=-73.4 mV

12. Conductancia estandarizada en estado estacionario GK/GK,max Vm, mV

13. Los canales de K son tetrámeros. Cada monómero tiene su propio sensor de potencial: es el segmento S4 que tiene varios residuos de arginina. Los sensores de potencial tiene dos estados: reposo y activo Los sensores de potencial operan en forma independiente. El canal se abre sólo cuando los cuatro sensores de potencial están activos. Sea n la probabilidad de encontrar un sensor activo La probabilidad de encontrar un canal abierto es... n4

14. GK/GK,max Vm, mV

15. Vm, mV

16. V0 = -46 mVz = 1.4 Vm, mV

17. V0 = -47 mVz = 1.8 Errores pesados por 1/n Vm, mV

18. V0 = -48 mVz = 1.2 Errores pesados por n Vm, mV La curva nvsVm no se ajusta bien a una función de Boltzmann.

19. Cinética Caso n(0)=0, el curso temporal de la corriente es sigmoideo Caso n(∞)=0, el curso temporal de la corriente es exponencial

20. Vm 0 mV -100mV -140mV

22.  = 1.8 ms

23.  = 1.8 ms  = 4.7 ms

25.  n   ms-1 Ecuaciones empíricas de Hodkin y Huxley 1952. Ver “El impulso nervioso” por F. Bezanilla en libro Biofísica y Fisiología Celular. Eds. R.Latorre et al.

26. Descripción completa de los canales de K del axón de jibia n n Ngk = 35.3 mS/cm2VK = -73,4 mV

27. Calcular la fracción de canales de potasio abiertos si se mantiene la membrana por mucho tiempo a -60 mV. Calcular la fracción de canales de potasio abiertos después de 5 ms de despolarizar desde -60 mV a 0 mV. Calcular la fracción de canales de potasio abiertos después de 1 ms de repolarizar desde 0 mV a -60 mV. Calcular la probabilidad de encontrar canales con 0, 1, 2, 3, y 4 sensores activos, si se mantiene la membrana por mucho tiempo a -60 mV. Para una membrana con un solo canal, calcule el tiempo que tarda en abrirse el canal por primera vez al cambiar el potencial desde -60 mV a 0 mV. Para una membrana con un solo canal, calcule el tiempo que tarda en abrirse el canal por primera vez al cambiar el potencial desde -160 mV a 0 mV.

28. Canales de sodio del axón de jibia

29. La corriente de Na es la diferencia de la corriente control – corriente con TTX. 0mV -60,8mV t, ms I, mA/cm2

30. Con el uso de TTX se puede aislar la fracción de la corriente llevada por los canales de sodio. La corriente de Na presentainactivación Vm 0 mV -60 mV

31. Procedimiento para demostrar que los canales de sodio cumplen la ley de Ohm y encontrar el potencial de inversión de la corriente La corriente de Na presentainactivación 30 mV Vm 0 mV -60 mV

32. Los canales de sodio cumplen la ley de Ohm VNa = 41.2 mV

33. El modelo de bola y cadena para la inactivación de los canales de sodio Figure 13.29. Ball-and-Chain Model for Channel Inactivation. The inactivation domain, or "ball" (red), is tethered to the channel by a flexible "chain" (green). In the closed state, the ball is located in the cytosol. Depolarization opens the channel and creates a negatively charged binding site for the positively charged ball near the mouth of the pore. Movement of the ball into this site inactivates the channel by occluding it. [After C. M. Armstrong and F. Bezanilla. J. Gen. Physiol. 70(1977):567.]

34. Topología de un canal de sodio membrana http://nerve.bsd.uchicago.edu/Na_chan.htm

35. Tratando los axones con pronasa se puede estudiar la activación sin interferencia de la inactivación 0 mV -60 mV

36. Procedimiento para determinar la conductancia de los canales tratados con pronasa. 0 mV -40 mV -60 mV

37. Corriente inicial de cola en los axones tratados con pronasa INa,max = -9.38 mAcm-2 a -40 mV VNa = 41.2 mV GNa,max = 116 mS cm-2

39. Cinética de la activación Vm 0 mV -40 mV -60 mV

40. x = 1Suma de cuadrados = 8.0 La activación de los canales de sodio tiene un curso temporal sigmoidal. En el caso de los canales de potasio lo simulamos usando una función exponencial elevada a la cuarta potencia.

41. x = 2Suma de cuadrados = 0.14 La activación de los canales de sodio tiene un curso temporal sigmoidal. En el caso de los canales de potasio lo simulamos usando una función exponencial elevada a la cuarta potencia.

42. x = 3Suma de cuadrados = 0.00 La activación de los canales de sodio tiene un curso temporal sigmoidal. Lo simulamos usando una función exponencial elevada a la tercera potencia.

43. Con buenas estimaciones de m inicial y final para cada transición se puede encontrar tau m usando Solver.

44. m (0 mV) = 0.27 ms Con buenas estimaciones de m inicial y final para cada transición se puede encontrar tau m usando Solver.

45. m (0 mV) = 0.27 ms m (-40mV) = 0.48 ms Con buenas estimaciones de m inicial y final para cada transición se puede encontrar tau m usando Solver.

46. Tau m en función del voltaje

47. Como ya sabemos la relación entre pNa y m podemos calular de m(∞)

48. m()

49. Como ya sabemos m y tau podemos calular alfa y beta

50. m y m a diferentes voltajes Demostrar que m = 1 para el límite Vm  -35 mV