Canales de sodio del axón de jibia 10 de abril de 2008 Fisiologia General 2008, Clases,

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1 Canales de sodio del axón de jibia 10 de abril de 2008 http://einstein.ciencias.uchile.cl http://einstein.ciencias.uchile.cl Fisiologia General 2008, Clases, VoltageClampNa.ppt 09/04/2008 02:53 p.m.

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

3 I, mA/cm 2 t, ms -60,8mV 0mV Voltage clamp de un axón de jibia en presencia de TTX, bloqueador de los canales de Na

4 I, mA/cm 2 t, ms -60,8mV 0mV La corriente de Na es la diferencia de la corriente control – corriente con TTX.

5 -60 mV 0 mV Vm La corriente de Na presenta inactivación Con el uso de TTX se ouede aislar la fracción de la corriente llevada por los canales de sodio.

6 -60 mV 0 mV Vm La corriente de Na presenta inactivación 30 mV Procedimiento para demostrar que los canales de sodio cumplen la ley de Ohm y encontrar el potencial de inversión de la corriente

7 V Na = 41.2 mV Los canales de sodio cumplen la ley de Ohm

8 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.] El modelo de bola y cadena para la inactivación de los canales de sodio

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

10 -60 mV 0 mV Tratando los axones con pronasa se puede estudiar la activaciòn sin interferenciua de la inactivaciòn

11 -60 mV 0 mV -40 mV Procedimiento para determinar la conducjtacia de los canales.

12 I Na,max = -9.38 mAcm -2 a -40 mV G Na,max = 116 mS cm -2 V Na = 41.2 mV

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14 -40 mV 0 mV Vm -60 mV Cinética de la activación

15 x = 1 Suma 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.

16 x = 2 Suma 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.

17 x = 3 Suma 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.

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

19  m (0 mV) = 0.27 ms

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

21 Tau m en función del voltaje

22 Como ya sabemos la relación entre p Na y m podemos calular de m(∞)

23 m(  )

24 Como ya sabemos m y tau podemos calular alfa y beta

25  m y  m a diferentes voltajes Demostrar que  m = 1 para el límite V m  -35 mV

26 La inactivación. La variable h representa probabilidad de que los canales NO estén inactivados. Para h = 1 los canales no están inactivados. Para h = 0 los canales etàn inactivados La probabilidad de encontar un canal conduciendo es m3h

27 -60 mV 0 mV Procedimiento para determinar h infinito en función del voltaje- Prepulso variable Pulso variablede pruena fijo Medir la corriente en el mínimo.

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29 h(  )

30 -100 mV -60 mV -40 mV -60 mV Determinación de tau h mediante ajuste de curvas al curso temporal de la corriente de sodio

31 -100 mV -60 mV -40 mV -60 mV

32  h = 3.4 ms

33 -60 mV 0 mV Procedimiento para determinar tau h midiendo el curso tempooral del escape de la inactivación

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35  h = 8.2 ms Procedimiento para determinar tau h midiendo el curso tempooral del escape de la inactivación

36 Tau h en función del voltaje

37 Como ya sabemos m y tau en función de Vm, podemos calcular alfa y beta

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39 N Na g Na = 120 mS/cm 2 hh mm  h, ms  m, ms V Na = 41,1 mV Vm, mV

40 Calcular la fracción de canales de sodio abiertos después de 0.6 ms de despolarizar desde -60 mV a 0 mV. Calcular la fracción de canales de sodio inactivados si se mantiene la membrana por mucho tiempo a -60 m. Calcular la fracción de canales de sodio inactivados después de 0.6 ms de despolarizar desde -60 mV a 0 mV. Calcular la fracción de canales de sodio cerrados después de 0.6 ms de despolarizar desde -60 mV a 0 mV.

41 Potencial de reposo, segunda visita

42 VmVm IKIK I Na ILIL ICIC ImIm En el potencial de reposo I m = 0 e I C = 0

43 VmVm IKIK I Na ILIL ICIC ImIm

44 VmVm IKIK ILIL ICIC ImIm Con esta ecuación podría calcular el potencial de reposo si yo supiera n, m y h para el potencial de reposo.

45 VmVm IKIK I Na ILIL ICIC ImIm El problema tiene solución porque yo conozco n , m  y h  en función del potencial de la membrana. La tarea ahora es buscar un V r se satisfaga esta ecuación.

46 N K g K =36 mS/cm 2 V K =-73,3 mV N Na g Na =120 mS/cm 2 V Na = 41,1 mV N L g L =0,3 mS/cm 2 V L = -50,1 mV

47 Vm,(mV) hh mm nn Celda Objetivo Celda a ajustar para que la celda objetivo sea cero Solver : Buscar que potencial hace que la intensidad de la corriente sea cero.

48 Solver : Buscar que potencial hace que la intensidad de la corriente sea cero. Este es el Potencial de Reposo.

49 El potencial de acción de membrana

50 Computación de la trayectoria V m, n, m y h son los valores iniciales de la trayectoria. Con estas corrientes se calcula la derivada dV m /dt Ahora calculo el nuevo V m Ahora calculo los nuevos valores de n, m y h para en cambio de voltaje desde Vm a Vm(  t) por  t unidades de tiempo.

51 Computación de lo nuevos valores de n,m y h. n, m y h infinitoTau de n, m y h (ms) n (t+  t) es el nuevo valor de n n  es el valor esperado para el nuevo V m.(se lee del gráfico A) n (t) es el valor anterior de n.  n es el valor de la constante de tiempo para el nuevo V m. (se lee del gráfico B) Vm A B hh mm nn hh nn mm

52 Computación de lo nuevos valores de n,m y h. n, m y h infinitoTau de n, m y h (ms) m (t+  t) es el nuevo valor de m m  es el valor esperado para el nuevo V m.(se lee del gráfico A) m (t) es el valor anterior de m.  m es el valor de la constante de tiempo para el nuevo V m. (se lee del gráfico B) Vm A B hh mm nn hh nn mm

53 Computación de lo nuevos valores de n,m y h. n, m y h infinitoTau de n, m y h (ms) h (t+  t) es el nuevo valor de h h  es el valor esperado para el nuevo V m.(se lee del gráfico A) h (t) es el valor anterior de h.  h es el valor de la constante de tiempo para el nuevo V m. (se lee del gráfico B) Vm A B hh mm nn hh nn mm

54 Computación de la trayectoria V m, n, m y h son los valores actualizados. Con estas corrientes se calcula la derivada dV m /dt Ahora calculo el nuevo V m Ahora calculo los nuevos valores de n, m y h para en cambio de voltaje desde Vm(  t) a Vm(2  t) por  t unidades de tiempo.

55 Computación de la trayectoria V m, n, m y h son los valores actualizados. Con estas corrientes se calcula la derivada dV m /dt Ahora calculo el nuevo V m Ahora calculo los nuevos valores de n, m y h para en cambio de voltaje desde Vm(2  t) a Vm(3  t) por  t unidades de tiempo. Así se continúa por toda la trayectoria...

56 Potencial de acción de membrana. Tiempo, (ms) Vm, (mV) I m, (mAcm -2 )

57 Tiempo, milisegundos Potencial de acción de membrana. Tiempo, (ms) Vm, (mV) I Na, (mAcm -2 )

58 Potencial de acción de membrana. Tiempo, (ms) Vm, (mV) I K, (mAcm -2 )