Selectividad 12 de abril de 2007 Fisiologia2007/Clases/Selectividad.ppt.

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1 Selectividad 12 de abril de 2007 http://einstein.ciencias.uchile.cl/ Fisiologia2007/Clases/Selectividad.ppt

2 Los canales responsables del potencial de acción en el axón gigante de jibia tienen dos atributos importantes. Selectividad. Conducen principalmente Na o K. Excitabilidad. Capacidad de cambiar de conductancia en función del voltaje.

3 Movimiento en un medio viscoso Velocidad = movilidad · fuerza (m s -1 ) La “fuerza” que impulsa el movimiento de los iones es su gradiante de potencial químico. J mol -1 m -1 movilidad = velocidad por unidad de fuerza ( m s -1 N -1 mol) N mol -1 Velocidad = movilidad · fuerza (m s -1 )

4 Esta caja es un elemento de volumen de un sistema más grande. En la caja hay moléculas que se están moviendo impulsadas por un gradiente de potencial químico. La velocidad de las moléculas es v ms -1 Todas las moléculas que están a una distancia v  t atraviesan la pared de la izquierda en un tiempo  t v vtvt A Todas las moléculas que estaban en la caja a tiempo t han atravesado la pared al tiempo t +  t. El número de moles del soluto presente en la caja es igual a su concentración c multiplicada por el volumen de la caja. c A v  t. c

5 Todas las moléculas que están a una distancia v  t atraviesan la pared de la izquierda en un tiempo  t v vtvt A Todas las moléculas que estaban en la caja a tiempo t han atravesado la pared al tiempo t +  t. c A v  t El número de moles presentes en la caja es igual a su concentración c multiplicada por el volumen de la caja. c A v  t. c El número de moles que atraviesa cada unidad de área por unidad de tiempo se llama Flujo, J. mol m -2 s -1

6 v vtvt A Todas las moléculas que estaban en la caja a tiempo t han atravesado la pared al tiempo t +  t. c A v  t El número de moles presentes en la caja es igual a su concentración c multiplicada por el volumen de la caja. c A v  t. c El número de moles que atraviesa cada unidad de área por unidad de tiempo se llama Flujo, J. mol m -2 s -1 J = c movilidad fuerza

7 Para estudiar la selectividad de los canales compararemos los flujos de los iones medidos al aplicar la misma fuerza a todos. Los factores que gobiernan la selectividad son entonces la concentración y la movilidad.

8 J = concentración movilidad fuerza Movilidades relativas a la del K en el agua En un poro acuoso las diferencias de movilidades entre Na y K son pequeñas Examinemos entonces las concentraciones

9 Suponiendo que el flujo es pequeño, se puede usar el coeficiente de partición, , para expresar la concentración en el borde de la membrana en función de la concentración en el seno de la solución. C (membrana) C (solución) ¿Cuál es la concentración dentro de una membrana? J = c sol  movilidad fuerza

10 En el equilibrio ( J = 0 ) los potenciales químicos son iguales

11 Estados de referencia: 1 mol por litro de ion en fase gaseosa Solución 1 molal de iones en agua Gran diferencia de coeficiente de partición entre fase acuosa y gaseosa.

12 Gran diferencia de coeficiente de partición entre fase acuosa y una membrana que no interactúe con los iones. Gran diferencia de coeficiente de partición entre fase acuosa y gaseosa. J = c sol  movilidad fuerza Pregunta: ¿Cual será la selectividad de una membrana que interactúa por igual con todos los iones?

13 J = c sol  movilidad fuerza Pregunta: ¿Cual será la selectividad de una membrana que interactúa por igual con todos los iones? Muy bien: la selectividad será Cs > Rb > K > Na > Li Agreguemos ahora un efecto de tamiz: discriminación por tamaño.

14 Por la energía de hidratación: la selectividad es Cs > Rb > K > Na > Li ¿Cuál será el ion preferido si se excluye el Cs y el Rb por tamaño?. ¿Cuál será el ion preferido si se excluye el Cs, Rb y K por tamaño?. El potasio El sodio

15 En los canales de K + dependientes de potencial el segmento S4 y el poro (P) están muy conservados

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17 Doyle et al 1998 Science 280:69-77

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21 Zhou et al 2001 Nature 414:43-48

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24 La teoría de selectividad de Eisenman

25 Ion Oxígeno Carbono Ion Oxígeno Hidrógeno El modelo de selectividad de Eisenman Kcal/mol

26 Energía de Coulomb ion-agua Ion Oxígeno Hidrógeno 1Å1Å cos57° sen57° Distancias: O=1.4 O-H=1.0 ángulo= 114° Cargas O=-0.82 H=0.41

27 Energía de Coulomb ion-agua

28 Ion Oxígeno Carbono Distancias: O=1.4 O-C=1.2 Cargas O = -0.56 a -0.62 C = 0.56 a 0.62 Energía de Coulomb ion-carbonilo

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30 Diferencia de Energía de Coulomb ion-agua vs ion - carbonilo El ion preferido esta en rojo

31 Las series de selectividad de Eiseman I Li Na K Rb Cs Campo Débil I Li Na K Cs Rb III Li Na Cs K Rb IV Li Na Cs Rb K V Li Cs Na Rb K VI Li Cs Rb Na K VII Cs Li Rb Na K VIII Cs Li Rb K Na IX Cs Rb Li K Na X Cs Rb K Li Na XI Cs Rb K Na Li Campo Fuerte