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Estructura y propiedades de los canales de iones
Jueves 17 de junio: 14.30-17.30
Esta presentación está disponible en http://einstein.ciencias.uchile.cl
Canales de iones dependientes de potencial eléctrico.
Artículos para el seminario del martes 22 de junio:•DoyleEtal1998Science280_69.pdf•JiangEtal2002Nature417_515.pdf•JiangEtal2002Nature417_523.pdf•JiangEtal2003Nature423_42.pdf•JiangEtal2003Nature423_33.pdf•LongEtal2005Science309_897.pdf•LongEtal2005Science309_903.pdf•LongEtal2007Nature450_376.pdf•TaoEtal2010Science328_67.pdf
Los archivos pdf están en http://einstein.ciencias.uchile.cl
Axón de jibiaElectrodo que inyecta corriente Electrodos para medir
el potencial
Con este sistema podemos observar la propagación del impulso nervioso a lo largo del axón.
Vx(t)
Estímulo en de 25 microamperes en x = 0. Dura 0,5 milisegundos y empieza a t = 0 milisegundo.
Registro del potencial eléctrico intracelular a lo largo del nervio.
0.00 ms
0.04 ms0.12 ms0.52 ms1.24 ms1.88 ms2.28 ms2.92 ms3.72 ms4.60 ms5.48 ms6.44 ms8.04 ms8.84 ms9.80 ms10.76 ms15.12 ms
Arreglo experimental para controlar el potencial eléctrico de la membrana. (voltage clamp)
Vcomando
El potencial de la membrana es igual al potencial de comando en todos los puntos a lo largo del axón. El amplificador se encarga de pasar tanta corriente como sea necesario para mantener esta igualdad.
Voltage clamp
Vm
1x 105x
Arreglo experimental para controlar el potencial eléctrico de la membrana. (voltage clamp)
El potencial de la membrana es igual al comando.
El ampérmetro A mide la corriente que pasa por la membrana contenida en 1 cm lineal de axón.
A
Voltage clamp
Vcomando
Vm
1x 105x
Hodgkin y Huxley 1952 J. Physiol (London) 117:500-544Latorre et al Biofísica y Fisiología Celular. Sevilla,1996
Voltage clamp de un axón de jibia
Curso temporal de la corriente iónica bajo voltage clamp
Voltage clamp de un axón de jibia en presencia de TTX, bloqueador de los canales de Na. La corriente que queda es la llevada por los canales de potasio
Curso temporal de la corriente iónica bajo voltage clamp
La corriente de llevada por los canales de sodio es la diferencia de la corriente total – corriente de potasio.
Curso temporal de la corriente iónica bajo voltage clamp
IK
INa
IL
IC
Im
LNaKm
mm IIIdt
dVCI
LmLNamNaKmKm
mm VVGVVGVVGdt
dVCI
Con voltage clamp:
Vm
Gi es la conductancia de cada vía de paso y Vi es el potencial al cual la corriente de esta vía es cero
Cm es la capacidad eléctrica e la membrana
IK
INa
IL
IC
Im=0
LmLNamNaKmKm
m VVGVVGVVGdt
dVC 0
LLNaNaKKLNaKr VGVGVGGGGV
LNaK
LLNaNaKKr GGG
VGVGVGV
Sin voltage clamp:
Vm
En reposo Vm = Vr y dV/dt = 0:
LrLNarNaKrK VVGVVGVVG 0
INa
IK
http://nerve.bsd.uchicago.edu/nerve1.html
LmLNamNaKmKm
m VVGVVGVVGdt
dVC
Iiones
Curso temporal de las corrientes iónicas durante un potencial de acción de membrana
Vm
Potencial de acción de membrana.
Tiempo, (ms)
Vm
, (m
V)
Im, (
mA
cm-2)
LNaK
LLNaNaKK
dt
dVm GGGVGVGVG
V
0
VNa
VL
VK
NaLK GGG http://nerve.bsd.uchicago.edu/nerve1.html
Potencial de acción de membrana.
Tiempo, (ms)
Vm
, (m
V)
Im, (
mA
cm-2)
LNaK
LLNaNaKK
dt
dVm GGGVGVGVG
V
0
VNa
VL
VK
LKNa GGG http://nerve.bsd.uchicago.edu/nerve1.html
Potencial de acción de membrana.
Tiempo, (ms)
Vm
, (m
V)
Im, (
mA
cm-2)
LNaK
LLNaNaKK
dt
dVm GGGVGVGVG
V
0
VNa
VL
VK
NaLK GGG http://nerve.bsd.uchicago.edu/nerve1.html
GNa
GK
http://nerve.bsd.uchicago.edu/nerve1.html
Curso temporal de las conductancias durante un potencial de acción de membrana.
The Nerve Impulse. This is a brief Textbook that covers the basics of the initiation and propagation of the nerve impulse using equivalent circuits with reference to ionic conductances. Voltage dependent conductances are explained on the basis of single channel properties. The text contains links to the simulation programs.
http://nerve.bsd.uchicago.edu/med98a.htm
Para saber más sobre impulso nervioso consulte el libro de texto del Dr. Francisco Bezanilla:
Bezanilla
Los canales responsables del potencial de acción en el axón gigante de jibia tienen dos atributos importantes.
•Selectividad. Conducen Na+ o K+ en forma excluyente.
•Excitabilidad. Capacidad de cambiar su capacidad de conducir iones en función del voltaje.
Los canales responsables del potencial de acción en el axón gigante de jibia tienen dos atributos importantes.
•Selectividad. Conducen Na+ o K+ en forma excluyente.
•Excitabilidad. Capacidad de cambiar su capacidad de conducir iones en función del voltaje.
Movimiento en un medio viscosoVelocidad = movilidad · fuerza (m s-1)
La “fuerza” que impulsa el movimiento de los iones es el gradiante de potencial químico . En una sola dimensión:
dx
dfuerza
J mol-1m-1
movilidad = velocidad por unidad de fuerza ( ms-1 N-1mol)
N mol-1
velocidad = movilidad · fuerza (m s-1)
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 vt atraviesan la pared de la izquierda en un tiempo t
v
vt
A
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
v
vt
A
c
cvJ mol m-2s-1
El número de moles que atraviesa cada unidad de área por unidad de tiempo se llama Flujo, J.
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 que sale de la caja en un intervalo de tiempo t es c A v t.
fuerzamovilidadcJ
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.
fuerzamovilidadcJ
J = concentración • movilidad • fuerza
Movilidades relativas a la del K en el agua
H+ 4.76Li+ 0.53Na+ 0.68K+ 1.00Rb+ 1.06Cs+ 1.05
F- 0.75Cl- 1.04Br- 1.06I- 1.04
En un poro acuoso las diferencias de movilidades entre Na y K son pequeñas
Examinemos entonces las concentraciones
R. A. Robinson and R. H. Stokes. Electrolyte solutions. 2ndedition Butterworths, London 1959.
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)
soluciónmembrana CC
¿Cuál es la concentración dentro de una membrana?
fuerzamovilidadcJ solucion
RTe
0
)ln(0memmemmem CRT
)ln(0solsolsol CRT
eqsol
memsolmem C
CRT
ln0 00
ln)( 000 RTsolmem
En el equilibrio ( J = 0 ) los potenciales químicos son iguales
Ver artículo de Armstrong en: Hille Armstrong MacKinnon 1999 NatureMedicine 5:1105-1119
La posición de mínima energía para el ion en el canal es la equidistante de los grupos C=O.La energía de interacción en la membrana es igual para todos los iones
En la solución las moléculas de agua se acomodan al tamaño del ion. Las interacciones son más fuertes para los iones más pequeños
Interacciones de los iones en agua y en un sitio en de un canal hipotético hecho de grupos carbonilo.
Estados de referencia: 1 mol por litro de ion en fase gaseosaSolución 1 molal de iones en agua Grandes diferencias de
coeficiente de partición entre fase acuosa y gaseosa.
Robinson and Stokes “Electrolyte Solutions” Butterworths,London 1959.
RTe
0
Los radios de los iones están en angstrom
Grandes diferencias de coeficiente de partición entre fase acuosa y gaseosa, implican grandes diferencias de coeficiente de partición entre fase acuosa y una membrana que no interactúe con los iones.
Pregunta: ¿Cual será la selectividad de una membrana que interactúa por igual con todos los iones?
fuerzamovilidadcJ solucion
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
Esta es una teoría elemental de la selectividad.
Estructura molecular
Topología de los canales de Ca2+, Na+ y K+ sugerida de sus perfilesde hidrofobicidad
x4
x4
x2
x2
Los canales pueden formarse a partir de una sola molécula de proteína, pueden ser tetrámeros o dímeros
En los canales de K+ dependientes de potencial el segmento S4 y el poro (P)están muy conservados
Sensor de potencial Filtro de selectividad
Doyle et al 1998 Science 280:69-77
KCsA, canal de dos segmentos de trasmembrana, cristalizado por MacKinnon en 1998
Doyle et al 1998 Science 280:69-77
KCsA de Streptomyces lividans
Tema de seminario martes 22
Doyle et al 1998 Science 280:69-77
KCsA de Streptomyces lividans
Doyle et al 1998 Science 280:69-77
KCsA de Streptomyces lividans
Doyle et al 1998 Science 280:69-77
Zhou et al 2001 Nature 414:43-48
KCsA de Streptomyces lividans
Potasio hidratado con ocho moléculas de agua en la cavidad del vestíbulo interno
Potasio coordinado con ocho grupos carbonilo en el filtro de selectividad.
Estructura rígida que coordina perfectamente al ion potasio con ocho grupos carbonilo, igual que en el agua. Tiene un gran costo energético reacomodarlo para coordinar sodio
Para el Seminario:Revisar la discusión sobre la importancia de la tirosina en determinar la selectividad de KCsA en Doyle et al 1998 Science 280:69-77
Los canales responsables del potencial de acción en el axón gigante de jibia tienen dos atributos importantes.
•Selectividad. Conducen Na+ o K+ en forma excluyente.
•Excitabilidad. Capacidad de cambiar su capacidad de conducir iones en función del voltaje.
Además de selectivo, el canal debe ser un buen conductor.
¿Cómo se puede ser muy selectivo y al mismo tiempo muy buen conductor?
-+
-+
El ion + es atraído por la carga negativa.
El ion + es atrapado por la carga negativa.
¿Cómo se puede ser muy selectivo y al mismo tiempo muy buen conductor?
-+ +
-+ +
El ion + se acerca a un par con carga neta cero
El ion + se aleja de un par con carga neta cero.
¿Cómo se puede ser muy selectivo y al mismo tiempo muy buen conductor?
Morais-Cabral et al 2001 Nature 413:37-42
Ion K+Molécula de H2O
Potenciales de flujo
Corrientes de flujo
Un canal en que el agua y los iones se mueven en fila india
Pongo igual concentración de potasio a ambos lados del canal
Pongo igual potencial eléctrico a ambos lados del canal
Que flujo neto de K se espera?
Agrego un no electrolito a un lado del la membrana,
Que flujo neto de K se espera?
Esta es la corriente de flujo. A que potencial el flujo se hace cero?
Este es el potencial de flujo.
Corriente de K a través de un canal de potasio en presencia de un gradiente osmótico.
Las concentraciones de K a ambos lados de la membrana son iguales por lo que el potencial de Nernst para el K es 0 mV..
El gradiente osmótico lleva el potencial de inversión de la corriente a 4 mV.
El flujo de agua por los canales arrastra potasio.
Hay entre 2 y 4 moléculas de agua en el canal. Su longitud es de 6 a 12 Ångström.
Alcayaga et al 1989 Biophysical J. 55:367-371
Doyle et al 1998 Science 280:69-77
12Å
6 a 12 AAlcayaga et al 1989
Morais-Cabral et al 2001 Nature 413:37-42
2-4 aguas/canalAlcayaga et al 1989
Los canales responsables del potencial de acción en el axón gigante de jibia tienen dos atributos importantes.
•Selectividad. Conducen Na+ o K+ en forma excluyente.
•Excitabilidad. Capacidad de cambiar su capacidad de conducir iones en función del voltaje.
Los canales responsables del potencial de acción en el axón gigante de jibia tienen dos atributos importantes.
•Selectividad. Conducen Na+ o K+ en forma excluyente.
•Excitabilidad. Capacidad de cambiar su capacidad de conducir iones en función del voltaje.
Un poco de historia: 1971 Moltemar, Chile
CH3
N
CH2
CH3
CH2
CH2 CH3CH2CH3
Tetra Etil AmonioTEA
El TEA bloquea los canales de K con una cinética muy rápida
CH3
N
CH2
CH3
(CH2)8
CH2 CH3CH2CH3
C9
C9 también bloquea pero su cinética es lenta.
+ +
Armstrong 1971 JGP 58:413
Armstrong 1971 JGP 58:413
Control
Armstrong 1971 JGP 58:413
+C9
Armstrong 1971 JGP 58:413
++C9
Armstrong 1971 JGP 58:413
+++C9
También en: Hille Armstrong MacKinnon 1999 NatureMedicine 5:1105-1119
Armstrong 1971 JGP 59:413
En: Hille Armstrong MacKinnon 1999 NatureMedicine 5:1105-1119
Armstrong 1971 JGP 59:413
En: Hille Armstrong MacKinnon 1999 NatureMedicine 5:1105-1119
Armstrong 1971 JGP 59:413
Los canales de potasio tienen un filtro de selectividad en la entrada extracelular y una compuerta en la entrada intracelular.
Hille Armstrong MacKinnon 1999 NatureMedicine 5:1105-1119
Conclusiones 1971:
El canal de K es un poro
La compuerta está por dentro
Hay un vestíbulo interno amplio capaz de alojar C9
Las paredes del vestíbulo son hidrófobas.
Salto en el tiempo al siglo XXI
El canal de K es un poro
Doyle et al 1998 Science 280:69-77
En rojo se muestra el volumen accesible a una esfera del porte de una molécula de agua.
Residuos accesibles sólo cuando el canal está abierto
Residuos accesibles para el canal cerrado o abierto
Doyle et al 1998 Science 280:69-77
La compuerta está por dentro
Doyle et al 1998 Science 280:69-77
El cristal de KcsA corresponde a un canal cerrado
Bicapa
Las paredes del vestíbulo son hidrófobas.
Pero el vestíbulo es estrecho. No caben iones orgánicos grandes.
KcsA MthK
Jiang et al 2002 Nature 417:515-522
El cristal de MthK corresponde a un canal abiertoMethanobacterium thermoautotrophicum
El cristal de MthK presenta un vestíbulo interno amplio capaz de alojar C9
Mecanismo de activación por ligandos intracelulares
MthK, canal de potasio activado por calcio intracelular de Methanobacterium thermoautotrophicum.
Jiang et al 2002 Nature 417:523-526
Jiang et al 2002 Nature 417:523-526
La compuerta se abre por una flexión del segmento TM6 que tiene una bisagra formada por un residuo conservado glicina en algunos canales o por los residuos prolina-valina-prolina en otros canales.
417515a-s2.mov417523a-s2.mov
Mostrar animaciones
+ +
+ +
Vm = +60 mV Vm = -60 mV
Movimiento hipotético del segmento S4 impulsado por las diferencias de potencial eléctrico.
Despolarizar
Hiperpolarizar
Compuerta abierta Compuerta cerrada
Filtro de selectividad ( Na+, K+, Ca2+ )
V0 = 0 V0 = 0
Identificación de las cargas del sensor de potencial
Un Condensador eléctrico consiste en dos placas conductoras separadas por un aislante.
Al cargar un condensador con una carga Q, se genera una diferencia de potencial eléctrico, V:
CVQ Un condensador de una capacidad de 1 Farad adquiere una diferencia de potencial de 1 Volt al cargarlo con 1 Coulomb.
La intensidad de una corriente eléctrica, I, se mide en Amperes.Una corriente de 1 Amper transporta 1 Coulomb por segundo. Un condensador de una capacidad de 1 Farad se demora un segundo al cargarlo con una corriente de 1 Amper.
CVtI
CVtI
t = 0s, V = 0 Volts
1A 1A
t = 1s, V = 1 Volt
Vacío entre las placas
CVtI
t = 0s, V = 0 Volts
1A 1A
t = 3s, V = 1 Volt
Un diléctrico entre las placas
CVtI
t = 0s, V = 0 Volts
+
+
+
+
1A 1A
t = 3s, V = 1 Volt
+
+
+
+
Un diléctrico entre las placas
V = 1.0 VoltV = 1.0 Volt
Las cargas del dieléctrico se mueven en el campo eléctrico produciendo una corriente de desplazamiento:
Las corriente de desplazamiento representa movimiento de cargas positivas desde el lado positivo hacia el lado negativo. Esta corriente transportó 2 coulomb . Representa la polarización del dieléctrico.
+
+
+
+ +
+
+
+
0 V 1V-1V
1 coulomb1 farad
1 coulomb1 farad
En el vacío la capacidad eléctrica es independiente del voltaje
0 V
+
+
+
+
1V
+
+
+
+
-1V
+
+
+
+
1 coulomb1 farad
5 coulomb5 farad
Si hay cargas movibles entre las placas la capacidad eléctrica pude depender del voltaje.
V
I
V
I
Salto de 0 a -1 volt Salto de 0 a +1 volt
tiempo tiempo
0
)( dttiQ
0
)( dttiQ
Determinación de la carga necesaria para cambiar el potencial por integración de la corriente de carga.
V
I
tiempo
0
)( dttiQ
Determinación de la carga necesaria para cambiar el potencial por integración de la corriente de carga.
Salto de 0 a -1 volt
Salto de 0 a +1 volt
Oocitos sin Shaker
Oocitos con Shaker
Aggarwal y MacKinnon Neuron 16:1169-1177
Canal de potasio Shaker de Drosophila La corriente iónica está bloqueada por agitotoxina. AGTX
Oocito de Xenopus expresado el canal Shaker de Drosophyla bloquados por AGTX
Sin ShakerCon Shaker
Aggarwal y MacKinnon Neuron 16:1169-1177
Oocito de Xenopus expresado el canal Shaker de Drosophyla bloquados por AGTX
Sin ShakerCon Shaker
CerradosAbiertos
TransiciónCarga desplazada
Q = 40 nC, pero ¿de cuántos canales?Aggarwal y MacKinnon Neuron 16:1169-1177
El número de canales se determina con AGTX radiactiva de actividad específica conocida.
Resulta 13.6 cargas por canalAggarwal y MacKinnon Neuron 16:1169-1177
Nú
me
ro d
e c
arg
as e
lem
en
tale
s
Número de canales
>shaker 1234567890 1234567890 1234567890 1234567890 1234567890 1 MAAVAGLYGL GEDRQHRKKQ QQQQQHQKEQ LEQKEEQKKI AERKLQLREQ 50 51 QLQRNSLDGY GSLPKLSSQD EEGGAGHGFG GGPQHFEPIP HDHDFCERVV 100101 INVSGLRFET QLRTLNQFPD TLLGDPARRL RYFDPLRNEY FFDRSRPSFD 150151 AILYYYQSGG RLRRPVNVPL DVFSEEIKFY ELGDQAINKF REDEGFIKEE 200201 ERPLPDNEKQ RKVWLLFEYP ESSQAARVVA IISVFVILLS IVIFCLETLP 250251 EFKHYKVFNT TTNGTKIEED EVPDITDPFF LIETLCIIWF TFELTVRFLA 300301 CPNKLNFCRD VMNVIDIIAI IPYFITLATV VAEEEDTLNL PKAPVSPQDK 350351 SSNQAMSLAI LRVIRLVRVF RIFKLSRHSK GLQILGRTLK ASMRELGLLI 400401 FFLFIGVVLF SSAVYFAEAG SENSFFKSIP DAFWWAVVTM TTVGYGDMTP 450451 VGVWGKIVGS LCAIAGVLTI ALPVPVIVSN FNYFYHRETD QEEMQSQNFN 500501 HVTSCPYLPG TLGQHMKKSS LSESSSDMMD LDDGVESTPG LTETHPGRSA 550551 VAPFLGAQQQ QQQQPVASSL SMSIDKQLQH PLQHVTQTQL YQQQQQQQQQ 600601 QQNGFKQQQQ QTQQQLQQQQ SHTINASAAA ATSGSGSSGL TMRHNNALAV 650651 SIETDV
Estructura primaria del producto de expresión de un gen que le falta al mutante Shaker de Drosophila.
Hay 7 cargas positivas en el posible sensor de potencial
13.6 -9.7 = 3.9 cargas para R1
Aggarwal y MacKinnon Neuron 16:1169-1177
13.6 -9.7 = 3.9 cargas para R113.6 -8.8 = 4.8 cargas para R2 suman 8.1
Aggarwal y MacKinnon Neuron 16:1169-1177
13.6 -9.7 = 3.9 cargas para R113.6 -8.8 = 4.8 cargas para R2 suman 8.1
13.6 -10.0 = 3.6 cargas para R3 suman 11.7
Aggarwal y MacKinnon Neuron 16:1169-1177
13.6 -9.7 = 3.9 cargas para R113.6 -8.8 = 4.8 cargas para R2 suman 8.1
13.6 -10.0 = 3.6 cargas para R3 suman 11.7
13.6 -9.8 = 3.8 cargas para R14 suman 14.5
Aggarwal y MacKinnon Neuron 16:1169-1177
13.6 -9.7 = 3.9 cargas para R113.6 -8.8 = 4.8 cargas para R2 suman 8.1
13.6 -10.0 = 3.6 cargas para R3 suman 11.7
13.6 -9.8 = 3.8 cargas para R4 suman 14.5
13.6 -11.5 = 2.1 cargas para K5 suman 15.6
Aggarwal y MacKinnon Neuron 16:1169-1177
13.6 -9.7 = 3.9 cargas para R1
13.6 -8.8 = 4.8 cargas para R2 suman 8.1
13.6 -10.0 = 3.6 cargas para R3 suman 11.7
13.6 -9.8 = 3.8 cargas para R4 suman 14.5
13.6 -11.5 = 2.1 cargas para K5 suman 15.6
13.6 -13.5 = 0.1 cargas para K7 suman 15.6
Aggarwal y MacKinnon Neuron 16:1169-1177
Experimentos de reactivos de grupos SH.MTSET CH3-S02-S-CH2-CH2-N+-(CH3)3
Hacer una mutación puntual, por ejemplo R326C
Comparar la rapidez de la reacción de cisteína-MTSET para el canal abierto y el canal cerrado, poniendo MTSET ya sea por el interior o por el exterior.
R1 R362R2 R365R3 R368R4 R371K5 K374
Esquema resumen de la accesibilidad de los residuos del segmento S4
Larsson et al 1996 Neuron 16:387-397
Estructura cristalina del canal de potasio activado por potencial eléctrico KvaPde Aeropyrum pernix.Vista desde el lado intracelular
Jiang et al 2003 Nature 423:33-41
Fragmento de anticuerpo
S4
Jiang et al 2003 Nature 423:33-41
Jiang et al 2003 Nature 423:33-41
La estructura cristalina difiere de la esperada.
Los segmentos de hélices alfa no están perpendiculares al plano de la membrana.
El segmento S4 está fuera de la membrana.
El segmento S3 está dividido en dos segmentos S3a y S3b.
El segmento S6 está quebrado: el canal está abierto
Esta estructura está distorsionada por la inmovilización del S3b-S4 por el Fab.
Estructura cristalina del sensor de potencial aislado de KvAP
Jiang et al 2003 Nature 423:33-41
Esta estructura del sensor de potencial no está distorsionada y permanece vigente hasta hoy como modelo de sensor de potencial.
El sensor de potencial es un DOMINIO. Se puede sintetizar y pelgar separado del poro
Jiang et al 2003 Nature 423:42-48
Cristal completo
Modelo 2003. Modelo de paddle o remo en que el sensor de potencial es periférico al poro se mueve en la bicapa de lípidos..
Modelo 2003. En este modelo es collage del cristal del el sensor de potencial y el cristal de KcsA para del poro cerrado y el MthK para el poro abierto. Se colocó el sensor de potencial en relación al poro moviendo mas imágenes como cuerpos rígidos.Fue muy criticado por el costo energético de mover cargas eléctricas en un medio apolar.
Jiang et al 2003 Nature 423:33-41
Las cargas + están blindadas de la bicapa por un canalículo formado por el resto de la estructura. (gating pore)
Las cargas + están metidas en la bicapa
Evolución del modelo de paddle desde 2003 a 2010.
O cómo convergen lentamente los modelos “convencional” y “nuevo” del año 2003.
Invitación a discutir esta evolución durante el seminario del próximo martes.
Copias de los archivos pdf de los artículos mencionados en esta clase se encuentran en http://einstein.ciencias.uchile.cl
Long et al Science 2005 309:897-903
Canal de potasio de mamífero Kv1.2
Este es un cristal de un canal de mamífero. Aquí aparecen bien separados los dominios del poro y del sensor de potencial. La estructura del sensor de potencial es la misma que en 2003, pero la posición con respecto al poro está impuesta por el cristal.
Long et al Science 2007 450:367-383
Quimera del Canal Kv1.2 con el sensor de potencial de Kv2.1 cristalizado con fosfolípidos y detergente
Long et al Science 2007 450:367-383
El linker S4-S5 une los dominios sensor de potencial con el dominio del poro
Long et al Science 2007 450:367-383
Modelo 2007
Las cargas positivas en el sensor activo están estabilizadas por estar en contacto con agua o cabezas polares de los fosfolípidos o con residuos con carga negativa
Las cargas positivas en el sensor en reposo están estabilizadas por estar en contacto con agua o residuos con carga negativa
Tao et al 2010 Science 328:67-73
Modelo 2010
Aparece un CENTRO DE TRANSFERENCA DE CARGAS formado por una fenil alanina y dos residuos con carga negativa: aspartato y glutamato
Aquí el sensor está activo, tal como se ve en el cristal. La lisina K5 está en el centro de transferencia de carga. En reposo la arginina R1 está en el sitio de transferencia de carga.