sesión 21 martes 16 de octubre: fundamentos de la neurobiología i. dr. osvaldo alvarez. 2ª parte

Sesión 21 martes 16 de Octubre:

Fundamentos de la Neurobiología I. Dr. Osvaldo Alvarez.

2ª parte

Na+ 50 mMK+ 440 mMCl- ?

in -60 mV

Na+ 440 mMK+ 10 mMCl- 450 mM

ex 0 mV

Iones en una célula de jibia.

Si la membrana es permeable al ion cloruro y no hay una bomba de cloruro, esperamos que el cloruro esté en equilibrio. La concentración la podemos calcular usando la ecuación de Nernst. Cl = m

'''

ln'''cc

zFRT

ex

inm c

c

FRT

ln

ex

in

c

clog5860

exin cc 092.0

mM 41inc

El experimento confirma que la concentración intracelular de cloruro es efectivamente 41 mM.

Na+ 50 mMK+ 440 mMCl- 41 mM

in -60 mV

Na+ 440 mMK+ 10 mMCl- 450 mM

ex 0 mV

Iones en una célula de jibia.

ex

inm c

c

FRT

ln

ex

in

c

clog5860

exin cc 092.0

mM 41inc

Na+ 50 mMK+ 440 mMCl- 41 mMA- 449 mM

A- =Aniones orgánicos no difusibles.

Na+ 50 mMK+ 440 mMCl- 41 mM

in -60 mV

Na+ 440 mMK+ 10 mMCl- 450 mM

ex 0 mV

Iones en una célula de jibia.

ex

inNa Na

NaFRT

ln

mV 55Na ex

inK K

KFRT

ln

mV 95K NersntmGI

0dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

En el potencial de reposo

0 KmKNamNa GG

En el potencial de reposo

0 KmKNamNa GG

0 KmNa

KNam G

G

Km

Nam

Na

K

GG

3.335

11595605560

Na

K

GG

Medición del potencial de reposo

1

23 0

)( mO A)( OmO A

AAO 1 A=105

mO

0ex

m

Esto se cumple para todos los circuitos con realimentación negativa

Inyectando corriente

1

23 m

Im

Mostrar MapShow

0ex

m

Im

Electrodo de tierra es muy grande. La densidad de corriente (A/cm2) en la superficie del electrodo es pequeña porque el área es grande. La reacción redox del electrodo se puede suponer muy cerca del equilibrio

Midiendo la corriente

1

23 m

Im

Mostrar MapShow

Mostrar MapShow

0ex

m

Im

fmRI

fREl amplificador mantiene el electrodo de tierra activamente a potencial cero. La intensidad de la corriente se puede calcular del potencial eléctrico medido a la salida del amplificador.

Im = 0 t < 0.01 msIm = -50 Acm-2 0.1 < t < 0.25 ms

Im = 0 t > 0.25 ms

m Im

dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

Im = 0 t < 0.01 msIm = -99 Acm-2 0.1 < t < 0.25 ms

Im = 0 t > 0.25 ms

m Im

dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

Im = 0 t < 0.01 msIm = 10 Acm-2 0.1 < t < 0.25 ms

Im = 0 t > 0.25 ms

m Im

dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

Im = 0 t < 0.01 msIm = 20 Acm-2 0.1 < t < 0.25 ms

Im = 0 t > 0.25 ms

m Im

dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

Im = 0 t < 0.01 msIm = 35 Acm-2 0.1 < t < 0.25 ms

Im = 0 t > 0.25 ms

m Im

dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

Im = 0 t < 0.01 msIm = 36 Acm-2 0.1 < t < 0.25 ms

Im = 0 t > 0.25 ms

m Im

dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

Imponiendo un voltaje

m

dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

m

mI

mI

Voltage clamp

m

dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

m

mI

mI

fmRI

fR

m

Imponiendo un voltaje y midiendo la corriente con un solo amplificador.

m

m + ImR1

dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

Mostrar VClampShow

1

23

R1

m

m

Este electrodo tiene m sólo para corrientes muy pequeñas

mI

mI

V1

1

23

R1

m

m + ImR1

dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

Mostrar VClampShow

Imponiendo un voltaje y midiendo la corriente con un solo amplificador y un solo electrodo. Patch clamp.

mI

mI

m

Este electrodo tiene m sólo para corrientes muy pequeñas

mI

dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

dtd

CGGGI mClmClKmKNamNam

KmtVKK GI ,,

KmtVKK GI ,,

IK a t

Medición de corrientes instantáneas

mV 74- K KmtVKK GI ,,

Corrientes instantáneas

KmKK GI max

2max mS/cm 35.6 KG

mV 74- K

GK para m

AbiertosCerrados

)(1)(

)(tptp

dttdp

Después de mucho tiempo dp/dt = 0

)(1)( pp

)(p

)()(

tpdttdp

)()()()(1

ptptp

dttdp

dtptptdp

)()()(

AbiertosCerrados

dtptptdp

)()()(

tt

t

tt

t

dtptpptpd

00 )()()()(

tppptp

)()0()()(

ln teppptp

)()0()()(

teppptp )()0()()(

/)()0()()( teppptp

AbiertosCerrados

/)()0()()( teppptp

)(p

AbiertosCerrados

/)()0()()( teppptp

)(p

KmKK GI KmKKK NtptI )()(

KmKKK NtptI )()(

KmKt

K GeppptI max/0)()(

KmKt

K GeppptI max/0)()(

p(0) = 0p() = 0.3 = 3 ms

SS = 29.4 2

observadocalculado IISS

p(0) = -0.048p() = 0.439 = 4.25 ms

SS = 0.500

KmKt

K GeppptI max/0)()(

KmKKt

K NeppptI /0)()(p(0) = 0p() = 0.449 = 4.97 ms

SS = 0.926

KmKt

K GeppptI max2/0)()(p(0) = 0.028p() = 0.651 = 2.90 ms

SS = 0.0278

KmKt

K GeppptI max4/0)()(p(0) = 0.309p() = 0.805 = 2.564 ms

SS = 7 10-10

KmKt

K GennntI n max4/0)()(

KmKt

K GennntI n max4/0)()(

RTG cae /* cteRTG ca /ln *

cteRTG /ln *

cteRT

Fz

RT

Gm

m

*

0,ln

1-mV 0125.0RT

Fz

312.0z

cteRTG /ln *

1-mV 0712.0RTFz 78.1z

31.0z

RTFz me /0

RTFz me /

0

)(n

RTFzRTFz

RTFz

mm

m

ee

en /

0/

0

/0)(

RTFzz men

/

0

01

1)(

09.2 zz

RTF men /09.2020.01

1)(

78.1z

31.0z

NamtVNaNa GI ,,

mV 0.41Na

Eliminando la inactivación con enzimas proteolíticas

NamNaNa GI max

2max mS/cm 119 NaG

mV 41.0 Na

m(0) = 0.0m() = 0.9112 = 0.512 ms

SS = 7.393

NamNat

Na GemmmtI m max /0)()(

m(0) = 0.0m() = 0.9507 = 0.321 ms

SS = 0.3281

NamNat

Na GeppptI max2 /0)()(

NamNat

Na GemmmtI m max3 /0)()(

m(0) = 0.112m() = 0.9656 = 0.277 ms

SS = 6 10-9

NamNat

Na GemmmtI m max3 /0)()(

NamNat

Na GemmmtI m max3 /0)()(

cteRTG mm /ln *

1-mV 0556.0RT

Fz m

cteRTG mm /ln *

1-mV 0783.0RTFz m

39.1mz 96.1mz

RTFz me /0

)(m

RTFzRTFz

RTFz

mm

m

ee

em /

0/

0

/0)(

RTFzz mem

/

0

01

1)(

35.3 zz

RTF mem /35.3107.01

1)(

96.1z

39.1z

Inactivación en función del potencial

Inactivación en función del potencial

Inactivación en función del potencial

Inactivación en función del potencial

Inactivación en función del potencial

Inactivación en función del potencial

Inactivación en función del potencial

NamNaNa hGmI max3

NamNatt

Na GehhhemmmtI hm max /3 / 0)(0)()(

Parámetro ajustablke

NamNatt

Na GehhhemmmtI hm max/3 / 0)(0)()(

cteRTG hh /ln *

1-mV 0978.0RT

Fz h

cteRTG hh /ln *

1-mV 050.0RTFz h

45.2hz 25.1hz

RTFz me /0

)(h

RTFzRTFz

RTFz

mm

m

ee

eh /

0/

0

/0)(

RTFzz meh

/

0

01

1)(

70.3 zz

RTF meh /70.3107.01

1)(

45.2hz

25.1hz

)(4KmKKK ngNI

)(3NamNaNaNa hmgNI

)( LmLL GI

NKgK=36 mS/cm2 VK=-73,3 mV

NNagNa=120 mS/cm2 VNa = 41,1 mV

NLgL=0,3 mS/cm2 VL = -50,1 mV

ntennntn /0)()(

mtemmmtm /0)()(

htehhhth /0)()(

nn

nn

)(nn

n

1

mm

mm

)(mm

m

1

hh

hh

)(hh

h

1

Ecuaciones de Hodgkin y Huxley 1952 J. Physiol.117:500-544.

F. Bezanilla “El Impulso Nervioso” En: Biofísica y Fisiología Celular, Latorre et al ed. Universidad de Sevilla, Sevilla 1996.

Ecuaciones empíricas basadas en Hodgking y Huxley 1952. Las constantes y están en ms-1 y V en mV.