Canales de sodio del axón de jibia

5 de abril de 2007

http://einstein.ciencias.uchile.cl/Fisiologia2006/Clases/VoltageClampNa.ppt

05/04/2007 02:35:02 p.m..

I, mA/cm2

t, ms

Voltage clamp de un axón de jibia

NaNaNaKKKm gpNgpNI 5494

NatVNaNaKtVKKm gpNgpNI ),(),( 5494

-60,8mV0mV

)0()0( NaNaKKm VGVGI

I, mA/cm2

t, ms

-60,8mV0mV

Voltage clamp de un axón de jibia en presencia de TTX, bloqueador de los canales de Na

NatVNaNaKtVKKm gpNgpNI ),(),( 5494 KtVKKK gpNI ),(94

I, mA/cm2

t, ms

-60,8mV0mV

NatVNaNaKtVKKm gpNgpNI ),(),( 5494

La corriente de Na es la diferencia de la corriente control – corriente con TTX.

KtVKKK gpNI ),(94NatVNaNaNa gpNI ),(54

La corriente de Na presenta inactivación

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Densidad de corriente registrada en el pico, mA/cm2

VNa = 41 mV

VNa es menor que 54 mV, el potencial de Nernst.

Calcular GNa/GK para los canales de Na.

Modelo de canal que permite el paso de iones Na y K

41 mV

Al potencial de inversión Vi (41 mV) la corriente es cero.

)()( NamNaKmKm VVGVVGI

)()(0 NaiNaKiK VVGVVG

)()(0 NaiK

NaKi VV

G

GVV

Nai

Ki

K

Na

VV

VV

G

G

4.105441

9441

K

Na

G

G

Demostrar que:

Los canales de Na obedecen a la ley de Ohm

)( NamNaNaNaNa VVpgNI Para la demostración mediremos INa a diferentes voltajes manteniendo fija pNa.

pNa será la probabilidad de encontrar el canal abierto a los 0.6mS de despolarizar la membrana desde -60.8 mV a 0 mV.

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

VNa = 41,1 mV

Demostramos que los canales de Na obedecen a la ley de Ohm

)( NamNaNaNaNa VVpgNI pNa es la probabilidad de encontrar abiertos los canales de sodio a los 0,6 ms de despolarizar la membrana desde -60,8 mV a 0 mV.

Quitando la inactivación

La corriente de Na presenta inactivación

Vm

0.6 ms

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

Topología de un canal de sodio membrana

http://nerve.bsd.uchicago.edu/Na_chan.htm

La inactivación se puede eliminar tratando el axón con enzimas proteolíticas. ( Tripsina, Pronasa )Eduardo Rojas, Mario Luxoro (1963) Nature 199:78-79.

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

Vm, mV

INa, mA cm-2

)( NamNaNaNaNa VVpgNI

y = 0.12x - 4.88

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

Vm, mV

INa, mA cm-2

)( NamNaNaNaNa VVpgNI

NNagNa = 120 mScm-2

Vm, mV

INa, mA cm-2

)( NamNaNaNaNa VVpgNI

NNagNa = 120 mScm-2

Vm, mV

INa, mA cm-2

)( NamNaNaNaNa VVpgNI

NNagNa = 120 mScm-2

Vm, mV

INa, mA cm-2

)( NamNaNaNaNa VVpgNI

NNagNa = 120 mScm-2

Vm, mV

INa, mA cm-2

)( NamNaNaNaNa VVpgNI

NNagNa = 120 mScm-2

Vm, mV

INa, mA cm-2

)( NamNaNaNaNa VVpgNI

NNagNa = 120 mScm-2

Vm, mV

INa, mA cm-2

)( NamNaNaNaNa VVpgNI

NNagNa = 120 mScm-2

Vm, mV

INa, mA cm-2

)( NamNaNaNaNa VVpgNI

NNagNa = 120 mScm-2

Vm, mV

INa, mA cm-2

)( NamNaNaNaNa VVpgNI

NNagNa = 120 mScm-2

Vm, mV

INa, mA cm-2

)( NamNaNaNaNa VVpgNI

NNagNa = 120 mScm-2

Vm, mV

INa, mA cm-2

)( NamNaNaNaNa VVpgNI

NNagNa = 120 mScm-2

0

20

40

60

80

100

120

140

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

)( NamNaNaNaNa VVpgNI

Nam

NaNaNaNaNa VV

IGpgN

Vm, mV

GNa, mS cm-2

)1/(1 )/)(( 0 RTVVzFNa

mep ?

0

20

40

60

80

100

120

140

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

)( NamNaNaNaNa VVpgNI

Nam

NaNaNaNaNa VV

IGpgN

Vm, mV

GNa, mS cm-2

2)/)(( )1/(1 0 RTVVzFNa

mep

0

20

40

60

80

100

120

140

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

)( NamNaNaNaNa VVpgNI

Nam

NaNaNaNaNa VV

IGpgN

Vm, mV

GNa, mS cm-2

3)/)(( )1/(1 0 RTVVzFNa

mep

Modelo de Hodgkin y Huxley para la activación de los canales de sodio del axón de jibia.

Los sensores de potencial tienen dos estados: reposo y activo

Los sensores de potencial operan en forma independiente.

El canal se abre sólo cuando los tres sensores de potencial están activos.

Sea m la probabilidad de encontrar un sensor activo

La probabilidad de encontrar un canal abierto es... m3

)-V(VmgNI NamNaNaNa3

Los canales de Na funcionan como si tuvieran tres sensores de potencial.

)-V(VmgNI NamNaNaNa3

3mgNG NaNaNa

)1( mmdt

dmmm

mm

mm

mtt emmmm /

0 )(

mmm

1

)/),((

1

1RTmoVmVFmz

em

La probabilidad m es función de potencial eléctrico y del tiempo

GNamax = 120 mS/cm2

Vo,m = -35 mVzm =2,7

3

, )/),((

1

1

RTmoVmVFmz

egNG NaNaNa

3, mgNG NaNaNa

¿Cómo calcular m a partir de GNa,?

m medido a diferentes voltajes.

3.

NaNa

Na

gN

Gm

3, mgNG NaNaNa

La conductancia GNa, es la que se observa después de un tiempo muy largo, (en ausencia de inactivación).

NaNa

Na

gN

Gm

,3

mm

mm

Canales de sodio del axón de jibia

9 de abril de 2007

http://einstein.ciencias.uchile.cl/Fisiologia2006/Clases/VoltageClampNa.ppt

Vm, mV

INa, mA cm-2

)( NamNaNaNaNa VVpgNI NNagNa = 120 mScm-2

Na

m

NaNamNaNa

m

Na pdV

dpVVgN

dV

dI)(

NaNaNaNam

Na pgNVV

I

¿Conductancia cuerda? ¿Conductancia tangente?

Me piden calcular NNagNapNa en función de Vm. Como NNagNa es independiete de Vm, pNa es función de Vm

?

Cinética

mtt emmmm /

0 )(

3/0 )( mt

Na emmmp

mtNa emmmp /

03 )(

Vm

iNa=NNapNagNa(Vm-VNa)

Vm = 0 mV Vm = -60,8 mV

Nam

NaNaNaNaNa VV

IGpgN

GNa=NNapNagNa

NaNaNa gmNG 3 mgNG NaNaNa33

Vm = 0 mV

Vhold = -60,8 mV

Vm = Vhold

¿Cómo medir m?

))(( /0

3 max3 mtNaNa emmmGG

NaNaNa gmNG 3 mgNG NaNaNa33

Vm = 0 mV

Vhold = -60,8 mV

Vm = Vhold

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

-150 -100 -50 0 50 100 150

m medido a diferentes voltajes.

m, ms

mmm

1

Vm, mV

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

-150 -100 -50 0 50 100 150

m medido a diferentes voltajes.

mm

mm

mmm

1

mm

m

m

m

m

1

m

Vm, mV

m y m a diferentes voltajes

1

351.0

10

35

mV

mm

e

V

18

60

4mV

m e

Demostrar que m = 1 para el límite Vm -35 mV

La inactivación de los canales de Na

Estrategia: Medir la corriente de Na después de mantener la membrana a diferentes voltajes por mucho tiempo.

Con esto sabremos que fracción de los canales está disponible para abrirse ( es decir no inactivados)

Esta fracción la llamaremos h.

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

Vm

hmgNG NaNaNa3

Los valores de h son los correspondientes al voltaje condicionante. El valor de m corresponde al potencial del pulso de prueba, en el momento de pico de INa.

hmgNG NaNaNa3

)1( hhdt

dhhh

hh

hh

htt ehhhh /

0 )(

hhh

1

)/),((

1

1RThoVmVFhz

eh

hmgNG NaNaNa3

)/),((

1

1RThoVmVFhz

eh

NNagNam3 =34 mS/cm2

V0,h = -57 mV

zh = -3,4

Los valores de h son los correspondientes al voltaje condicionante. El valor de m corresponde al potencial del pulso de prueba, en el momento de pico de INa.

)/),((

1

1RThoVmVFhz

eh

V0,h = -57 mV

zh = -3,4

hh

hh

Cinética de la Inactivación, medidas de h.

Estrategia:

Inactivar todos los canales manteniendo la membrana despolarizada.

Repolarizar la membrana por un prepulso breve para rescatar algunos canales de la inactivación.

Medir la corriente de los canales rescatados con un pulso de prueba.

Repertir para prepulsos más largos para examinar la cinética de recuperación de la inactivación.

Potencial al cual se inactivan todos los canales de Na.

Prepulso que rescata canales de Na.

Pulso de prueba.

Vm

Vm

Vm

Vm

@-80 mV, todos los canales han salido de la inactivacióm

Vm

h @-80 mV = 5 ms

htt ehhhh /

0 )(

h medido a diferentes potenciales del prepulso

hhh

1

hh

hh

hh

h

h

h

h

1

hhh

1

20

60

07.0mV

h e

1

1

10

30

mVh

e

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

-150 -100 -50 0 50 100 150

)(3NamNaNaNa VVhmgNI

NNagNa = 120 mS/cm2

h

m

h, ms

m, ms

VNa = 41,1 mV

Vm, mV Vm, mV

Vm, mVVm, mV

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.