Iones y potenciales eléctricos http://einstein.ciencias.uchile.cl/ Clases_2009 Fisiologia General, Clases, IonesyPotenciales.ppt 23 de marzo de 2009

Proyecto escolar Telégrafo

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

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

Las soluciones se conectan a los cables mediante electrodos Ag AgNO3 La reacción en los electrodos: 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.

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 zx = Valencia del ion x. e0 = Carga elemental = 1.60217646 × 10-19 coulomb N = Número de Avogadro = 6.022 x 1023 mol-1 V = Potencial eléctrico, joule coulomb-1 F = Constante de Faraday = Ne0 = 96 485.3415 coulomb mol-1

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

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

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

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

Estirador de pipetas (puller)

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.

Capilar de vidrio Filamento Aire

Aire Filamento Micro pipetas

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.

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

patch [pætʃ] Inombre 1   (en la ropa, un ojo) parche 2   (de color, aceite, humedad) mancha 3   (terreno) pequeña parcela 4   a bad patch, una mala racha

AVISO: La asistencia al trabajo de laboratorio se controla por la entrega del informe en oalvarez@uchile.cl antes de las 23:59 del lunes siguiente a la fecha del trabajo. Mandar archivo *.zip y poner “informe” en el asunto de la carta. Máximo 1MB. No es obligación hacerlo en el laboratorio. El trabajo lo pueden en cualquiewr momento y lugar casa usando la guía.doc y el programa *.xls disponibles en einstein.ciencias.uchile.cl.

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

Vm Re 100M Vv? i Rv 1 M 

Necesitamos medir medir potencial eléctrico son 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

Silicio (Si) puro es muy poco conductor

Silicio (Si) puro es muy poco conductor

Si con impurezas es buen conductor P, As, Sb

Si con impurazas es buen conductor B, Ga, In, Al

P + - N E de los electrones E de los huecos

Transistor de efecto de campo, FET

Transistor de efecto de campo, FET

Transistor de efecto de campo, FET

0

VG-VS

Vm Re 100M Vv? Rv 1 M 

Vm Re 100M

Amplificador operacional VCC - o + VDD

- o + Amplificador de ganancia 1. Adaptador de impedancia. Voltage follower.

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

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

Una lámpara para cada elemento

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

I(0) I(0) x 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) http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_absorption_spectroscopy http://en.wikipedia.org/wiki/Beer-Lambert_law

AVISO: Para completar la lista de correo mande una carta a oalvarez@uchile.cl con la palabra informe en el campo asunto.

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

Potencial químico del sodio -60 mV [Na] 50mM 0 mV [Na] 440mM

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

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

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

JC-1 Unidades?

La ecuación de Nernst vale sólo para el equilibrio. Membrana selectiva para Na+ Condición de equilibrio ? mV 54 mV [Na] 50mM Ecuación de Nernst [Na] 440mM 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?.

- o + Amplificador de ganancia 1. Adaptador de impedancia. Voltage follower.

Ecuación de Nernst Ecuación de Nernst

Vm, mV Corriente de salida de Na Corriente de entrada de Na -94 -60 54 54 Corriente de salida de K Corriente de entrada de K

suposición Conductancia, G, se mide en Siemens, S

Potencial de reposo -60 mV IK IL INa A potencial de reposo, a todo lo largo del axón se cumple que dVm/dt = 0, dVm/dx = 0 Im = 0.

Potencial de reposo -60 mV IK Vr = -60 mV VK = -94 mV VNa = 54 mV VL = ? IL INa

Potencial de reposo -60 mV IK Vr = -60 mV VK = -94 mV VNa = 54 mV VL = ? IL INa La conductancia de los canales de sodio es mucho menos que la de los canales de potasio y de fuga al potencial de reposo.

Potencial de reposo -50 mV IK Vr = -50 mV VK = -94 mV VNa = 54 mV VL = IL INa -50 mV El potencial de inversión de la corriente de fuga es -50 mV.

Potencial de reposo -60 mV IK Vr = -60 mV VK = -94 mV VNa = 54 mV VL = -50 mV IL INa 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.

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

Relación de las conductancias en el pico del potencial de acción En el pico del potencial de acción se cumple que: dVm/dt = ?, Im = ? En este gráfico no está la respuesta porque no aparece el tiempo! 33 mV

Relación de las conductancias en el pico del potencial de acción En el pico del potencial de acción se cumple que: dVm/dt = ?, Im = ? 33 mV 33 mV

Relación de las conductancias en el pico del potencial de acción En el pico del potencial de acción se cumple que: dVm/dt = 0 Im = ? Im  0 Im es igual a la suma de las corrienets axiales que van hacia la izquierda y hacia la derecha

Im  0 Im es igual a la suma de las corrientes axiales que van hacia la izquierda y hacia la derecha Alambre axial Ri = 0  = ? Im = 0 La constante de espacio es tan larga que el potencial intracelular es igual en todas partes. Todo el axón se excita simultáneamnete. El potencial no se propaga. Este es un potencial de acción de membrana. No hay correntes axiales Entonces en el pico del potencial de acción de membrana se cumple que: dVm/dt = 0 Im = 0

Potencial de acción de membrana Potencial de acción de membrana. Un alambre colocado en el interior del axón hace la Ri = 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. 33 mV Im = 0 Tiempo, ms

Potencial eléctrico en el pico de un potencial de acción de membrana. 33 mV En el pico dVm/dt = 0 y la suma de las corrientes iónicas es cero IL IK INa

Potencial eléctrico en el pico de un potencial de acción de membrana. 33 mV En el pico dVm/dt = 0 y la suma de las corrientes iónicas es cero Vpico = 33 mV VK = -94 mV VNa = 54 mV VL = -50 mV VKL= -60mV IL IK INa La conductancia de los canales de sodio es la mayor de todas en el pico del potencial de acción.

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

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

Potencial eléctrico en el mínimo después de terminar de un potencial de acción de membrana. IK -72 mV En el mínimo dVm/dt = 0 y la suma de las corrientes iónicas es cero IL INa Vmin = -72 mV VK = -94 mV VNa = 54 mV VL = -50 mV GK/GL= ? 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.

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

Potencial de reposo GL>GK>>GNa I, UA Vm, mV -60 mV

Potencial en el pico GNa >> GKL I, UA I, UA Vm, mV 33 mV

Potencial en el mínimo GK=GL>>GNa I, UA I, UA Vm, mV -72 mV