Iones y potenciales eléctricos 5 de abril de 2010 CURSOS_2010/FISIOLOGIA GENERAL.

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1 Iones y potenciales eléctricos 5 de abril de 2010 http://einstein.ciencias.uchile.cl/ CURSOS_2010/FISIOLOGIA GENERAL

2 Proyecto escolar Telégrafo

3 -60 mV 0 mV Medio extracelular Medio intracelular Potencial eléctrico intracelular, axón de jibia ¿Cómo se mide el potencial eléctrico intracelular? Osciloscopio MultitesterAdaptador computador

4 ¿Cómo hacer contacto eléctrico entre los cables metálicos del instrumento y las soluciones de electrolitos? Las soluciones se conectan a los cables mediante electrodos.

5 Las soluciones se conectan a los cables mediante electrodos La reacción en los electrodos: Ag AgNO 3 Para que la reacción curse se necesita agregar o retirar electrones de los alambres de plata, es decir hacer circular una corriente eléctrica. Las cargas eléctricas la llevan los electrones en los alambres y los iones Ag + en la solución.

6 Potencial químico R = Constante universal de los gases = 8.314472 J·mol −1 ·K −1 T = Temperatura = 298 K @ 25°C RT = 2.47 kJ mol -1 @ 25°C [X] = Concentración del componente x, dividida por la concentración del estado de referencia. Adimensional z x = Valencia del ion x. e 0 = Carga elemental = 1.60217646 × 10 -19 coulomb N = Número de Avogadro = 6.022 x 10 23 mol -1 V = Potencial eléctrico, joule coulomb -1 F = Constante de Faraday = Ne 0 = 96 485.3415 coulomb mol -1

7 En ausencia de corriente, la reacción no cursa, por lo tanto estamos en un equilibrio, en que el potencial químico de la plata en el metal es igual al de la plata en la solución. http://en.wikipedia.org/wiki/Electrode_potential http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_hydrogen_electrode http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_electrode_potential_%28data_page%29

8 En ausencia de corriente, la reacción no cursa, por lo tanto estamos en un equilibrio, en que el potencial químico de la plata en el metal es igual al de la plata en la solución. RT/F = 25,6 mV@ 25°C

9 Ag AgCl KCl El electrodo de plata clorurada. Ag cubierta de AgCl. El AgCl es insoluble, la concentración de Ag en solución es Kps / [Cl] El potencial metal/solución depende de [Cl] Kps = Constante del producto de solubilidad ¿Unidades de Kps?

10 ¿Cómo hacer contacto eléctrico con el medio intracelular? Se usa micro pipetas de vidrio rellenas de una solución de electrolitos.

11 Estirador de pipetas (puller)

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13 K.T. Brown and D.G. Flaming Advanced micopipette techniques for cell physiology. IBRO Handbook series Methods in neurosciences. Volumen 9 1992. John Wiley and Sons.

14 Capilar de vidrio Aire Filamento

15 Micro pipetas Aire

16 K.T. Brown and D.G. Flaming Advanced micopipette techniques for cell physiology. IBRO Handbook series Methods in neurosciences. Volumen 9 1992. John Wiley and Sons.

17 A) Pipeta para patch. 0.8  m, 3 M  B) Micro pipeta intracelular, 100 M  C) Macro patch 8  m, 200 k  Antes y después de pulir ABC

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19 ¿Cómo medir potencial eléctrico de una fuente de alta resistencia interna?

20 Vv? Re 100M  Rv 1 M  Vm i

21 Necesitamos medir medir potencial eléctrico sin tomar corriente: Para eliminar la caída de voltaje en la resistencia del electrodo. Para poder calcular los potenciales de los electrodos usando ecuaciones derivadas para el equilibrio

22 Silicio (Si) puro es muy poco conductor http://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor

23 Silicio (Si) puro es muy poco conductor http://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor

24 P, As, Sb Si con impurezas es buen conductor http://en.wikipedia.org/wiki/N-type_semiconductor

25 B, Ga, In, Al Si con impurazas es buen conductor http://en.wikipedia.org/wiki/P-type_semiconductor

26 http://en.wikipedia.org/wiki/N-type_semiconductor#The_p-n_junction

27 E de los electrones E de los huecos 0 P + - N - + http://en.wikipedia.org/wiki/Diode

28 Transistor de efecto de campo, FET http://en.wikipedia.org/wiki/Field-effect_transistor

29 Transistor de efecto de campo, FET

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31 00 V GS, volts

32 V G -V S

33 Vv? Re 100M  Rv 1 M  Vm

34 Re 100M  Vm

35 8 de abril 2010 Problemas para la medida de potencial eléctrico intracelular ¿Cómo hacer contacto eléctrico entre los conductores metálicos y las soluciones de electrolitos? ¿Cómo hacer contacto con el medio intracelular sin dañar la célula? ¿Cómo medir el potencial eléctrico de una fuente de alta resistencia interna? ¿Por qué necesitamos medir el potencial eléctrico con un vóltmetro que no tome corriente?

36 - + o V CC V DD Amplificador operacional http://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier

37 + - o Amplificador de ganancia 1. Adaptador de impedancia. Voltage follower. http://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier

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41 -60 mV 0 mV Medio extracelular Medio intracelular Potencial eléctrico intracelular, axón de jibia

42 [K] 440mM [Na] 50mM [Na] 440mM[K] 10mM Análisis cuantitativo de Na y K en axones gigantes de jibia. Medio extracelular Medio intracelular ¿Cómo se puede determinar las concentraciones de Na y K? Espectrometría de absorción atómica. http://www.chemsoc.org/pdf/LearnNet/rsc/AA_txt.pdf

43 Una lámpara para cada elemento

44 Concentración http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_absorption_spectroscopy http://en.wikipedia.org/wiki/Beer-Lambert_law

45 x 0b I(0) I(b) I (x) = Intensidad de la luz en x c = concentración (M) a = coeficiente de absorción molar (M -1  m -1 ) b = largo del paso de la luz (m)

46 [K] 440mM [Na] 50mM [Na] 440mM[K] 10mM Análisis cuantitativo de Na y K en axones gigantes de jibia. Medio extracelular Medio intracelular

47 -60 mV [Na] 50mM [Na] 440mM0 mV Potencial químico del sodio

48 -60 mV [Na] 50mM [Na] 440mM Potencial químico del sodio R = 8.3 J mol -1 K -1 T = 293 K z = 1 F = 95600 C mol -1

49 [K] 440mM [K] 10mM -60 mV Potencial químico del potasio

50 ¿Qué pasará si abro una vía de paso para los iones Na + ? -60 mV [Na] 50mM [Na] 440mM Debe existir un potencial eléctrico, V Na, al cual el sodio esté en equilibrio. Condición de equilibrio ?

51 Unidades? JC -1

52 ? mV [Na] 50mM [Na] 440mM Condición de equilibrio Membrana selectiva para Na + Ecuación de Nernst La ecuación de Nernst vale sólo para el equilibrio. En el equilibrio no hay transporte de iones por lo tanto la corriente es cero. ¿Cómo se puede medir el potencial eléctrico a corriente igual a cero?. 54 mV

53 Ecuación de Nernst

54 054-94 Corriente de entrada de Na Corriente de salida de Na Corriente de entrada de K Corriente de salida de K V m, mV -60

55 Conductancia, G, se mide en Siemens, S suposición

56 Proyecto escolar Telégrafo

57 Alambre axial R i = 0 = ? La constante de espacio es tan larga que el potencial intracelular es igual en todas partes. Si inyecto corriente por el alambre todo el axón se excita simultáneamente. El potencial no se propaga. El resultado es un potencial de acción de membrana. No hay corrientes axiales. Potencial de acción de membrana.

58 V Na VKVK VrVr

59 Al potencial de reposo se cumple que dV m /dt = 0, dV m /dx = 0 I m = 0. -60 mV Potencial de reposo IKIK I Na ¿Qué pasará si hago G Na = 0?

60 -60 mV Potencial de reposo IKIK I Na Vr = -60 mV V K = -94 mV V Na = 54 mV

61 -60 mV Potencial de reposo IKIK I Na Vr = -60 mV V K = -94 mV V Na = 54 mV La conductancia de los canales de sodio es mucho menos que la de los canales de potasio. Hace falta agregar una nueva conductancia G L.

62 -60 mV Potencial de reposo IKIK I Na Vr = -60 mV V K = -94 mV V Na = 54 mV V L = ? ILIL Apagamos la conductancia del potasio para conocer V L ¿Qué pasará si hago G K = 0?

63 -50 mV Potencial de reposo IKIK I Na ILIL Vr = -50 mV V K = -94 mV V Na = 54 mV V L = -50 mV El potencial de inversión de la corriente de fuga es -50 mV. Apagamos la conductancia del potasio para conocer V L

64 -60 mV Potencial de reposo IKIK I Na ILIL Vr = -60 mV V K = -94 mV V Na = 54 mV V L = -50 mV El potencial de reposo depende principalmente de las corrientes de potasio y de fuga. Al potencial de reposo la conductancia de la corriente de potasio es un 0.3 veces la conductancia de la corriente de fuga.

65 Vm, mV I, UA Potencial de reposo -60 mV

66 Potencial de acción de membrana. Un alambre colocado en el interior del axón hace la R i = 0, por lo tanto la constante de espacio es infinitamente larga. El potencial no se propaga, el potencial es el mismo en todos los puntos del axón. Tiempo, ms 33 mV I m = 0

67 33 mV Potencial eléctrico en el pico de un potencial de acción de membrana. IKIK I Na ILIL En el pico dVm/dt = 0 y la suma de las corrientes iónicas es cero La conductancia de los canales de sodio es la mayor de todas en el pico del potencial de acción.

68 Vm, mV I, UA Potencial en el pico 33 mV I, UA G Na >> G KL

69 Potencial eléctrico en el mínimo después de terminar de un potencial de acción de membrana.

70 -72 mV Potencial eléctrico en el mínimo después de terminar de un potencial de acción de membrana. IKIK I Na ILIL En el mínimo dVm/dt = 0 y la suma de las corrientes iónicas es cero V min = -72 mV V K = -94 mV V Na = 54 mV V L = -50 mV G K /G L = ? Al final del potencial de acción de membrana la conductancia de los canales de potasio iguala a la conductancia de la corriente de fuga. Es el triple de la conductancia antes de potencial de acción.

71 Vm, mV I, UA Potencial en el mínimo -72 mV I, UA

72 Vm, mV I, UA Potencial de reposo -60 mV G L >G K >>G Na

73 Vm, mV I, UA Potencial en el pico 33 mV I, UA G Na >> G KL

74 Vm, mV I, UA Potencial en el mínimo -72 mV I, UA G K =G L >>G Na

75 Fin