Curso 2019-2020 POTENCIALES BIOELECTRICOS...

Curso 2019-2020 POTENCIALES BIOELECTRICOS 1

MECANISMO SUBSTRATO CINETICA OBSERVACIONESDIFUSION Subs. Lipo-

solubles(O2 CO2 EtOH)

JS = ???? [S] · PS TamañoAcidos y bases

débilesCANALES Iones:

Na+, K+, Cl-,Ca2+

Ji = Pi (???? [I] , Em) ProteínasSelectivosRegulables

DIFUSIONFACILITADA

Azúcares,Aminoácidos,Metabolitos

TransportadoresSelectivosRegulables

BOMBAS Na+/K+, Ca2+,H+

TransportadoresTransp. Activo 1º

???? G = ATPCO- y CONTRA-TRANSPORTE

Azúcares,Aminoácidos,Metabolitos,

Iones

Saturación yCompetición


???? G = ???? [ion](Na+, K+, H+)

Vm · [S]Km + [S]

JS =

MECANISMO SUBSTRATO CINETICA OBSERVACIONESDIFUSION Subs. Lipo-

solubles(O2 CO2 EtOH)

JS = ??? [S] · PS TamañoAcidos y bases

débilesCANALES Iones:

Na+, K+, Cl-,Ca2+

Ji = Pi (???? [I] , Em) ProteínasSelectivosRegulables

DIFUSIONFACILITADA

Azúcares,Aminoácidos,Metabolitos

TransportadoresSelectivosRegulables

BOMBAS Na+/K+, Ca2+,H+


???? G = ATPCO- y CONTRA-TRANSPORTE

Azúcares,Aminoácidos,Metabolitos,

Iones

Saturación yCompetición


???? G = ???? [ion](Na+, K+, H+)

Vm · [S]Km + [S]

JS =

???????

Saturación yCompeticiónSaturación yCompetición

?

?

? ?

?

POTENCIALES BIOELECTRICOS 2

10 110Ca2+ 0,0001 1

COMPOSICION CELULAR (mM)

IONINTRA-

CELULAREXTRA-

CELULARNa+ 10 140K+ 140 5Cl-

- +

Microelectrodode Registro

Medio salino

Célula

Electrodo de Referencia

AmplificadorMedidor de

Voltaje

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

Pot

enci

al d

e m

embr

ana

(mV

)

[K+] extracelular, mM

10 1002 5 50 15020

V=60*log ([K+]e/[K+]i)

Músculo sartorio de ranaConway, 1957

Vm = -72 mV

8 120


IONINTRA-

CELULAREXTRA-

CELULAR+

+

Cl-

Ei

-71Na 15 150 +60K 150 5 -89

Cl-K+ K+

Cl-

S

+-

X

µA = µ0 + RT*ln(aA) + z*F*V

1µK = µK0 + RT*ln[K]1 + z*F*V1

2µK = µK0 + RT*ln[K]2 + z*F*V2

En Equilibrio, 1µK = 2µK

RT*ln[K]1 + z*F*V1 = RT*ln[K]2 + z*F*V2

zF*(V1-V2) = RT*ln[K]2/[K]1

(V1-V2) = (RT/zF)*ln[K]2/[K]1

(V1-V2) = 60*log [K]2/[K]1

[K+]i/[K+]e = 10, Vm = -60 mV ;

[Cl-]i/[Cl-]e = 10, Vm = + 60 mV

Potencial de Equilibrio. Ecuación de Nernst


Potencial de Difusión. Ecuación de Goldmann

(V1-V2) = (RT/F)*lnK2*PK + Na2*PNa +Cl1*PCl

K1*PK + Na1*PNa +Cl2*PCl

((V1-V2) = -60*logKi*PK + Nai*PNa +Cle*PCl

Ke*PK + Nae*PNa +Cli*PCl

8 120


IONINTRA-

CELULAREXTRA-

CELULAR+

+

Cl-

Ei

-71Na 15 150 +60K 150 5 -89

Para PK:PNa:PCl = 1:0,03:0,05 Vm = -72 mV

ENa = +60

K+K+

Na+ Na+

Cl-

Cl-

Vm = -72 mVEK = -89

ECl = -71

Cl-K+ K+

Cl-

S

+-

Na+ Na+

ENa = +60

Cl-

Cl-

Vm = -70 mV

EK = -90

ECl = -70

Na+

K+

ATP

Na+

K+ K+

Na+


IONINTRA-

CELULAREXTRA-

CELULAR Ei+Na 15 150 +60

+K 150 5 -90

Vm = -70 mV

Vm = -60*logKi*PK + Nai*PNa +Cle*PCl


PK >> PNa and PCl





PNa >> PK and PCl

EK

ENa

0

Vm

EK

ENa

0

Vm

gKgK

gNagNa

Time

gm

Time

gm

+60

-90

Vm próximo a EK

(-90)

Vm próximo a ENa

(+60)

---+++ ---

+++

La apertura de un canal de Na+ despolariza la membrana


I=V/R=V*g

Ix=(Vm-Ex)/Rx

Modelo de Hodgkin&Katz

•Condensador = 1 µF/cm2 (C=Q/V)•Resistencias + Baterias en paralelo•Flujo = Corriente (EMF=Ei)

Em =gK*EK +gNa*ENa +gCl*ECl

gK+gNa+gCl

I = V/R = V*g

Ii = gi * (Em – Ei)

INa = gNa * (Em – ENa); IK = gK * (Em – EK); ICl = gCl * (Em – ECl)

At equilibrium, ITotal = INa + IK + ICl = 0

gNa * (Em – ENa) + gK * (Em – EK) + gCl * (Em – ECl) =0

Em * (gNa + gK + gCl) = ENa*gNa + EK* gK + ECl*gCl

Em = (ENa*gNa + EK* gK + ECl*gCl)/ (gNa + gK + gCl)

Em = (Ei*gi)/gTotal (Eq. Hodgkin & Huxley)

1

Estímulo Respuesta

Vm Músculo

Contracción

EVm Nervio

E

+++ +++

- - - - - -

Est.Registro

PROPIEDADES DE CABLE

Propagación con decremento

Potenciales electrotónicos (locales, lentos)

10 ms

5 m

V

PA

1

0,9

0,4

0,2

10,9

0,4

0,2


RESPUESTA GRADUADA A PULSOSDESPOLARIZANTES E HIPERPOLA-RIZANTES DE AMPLITUD CRECIENTE

A

B

A B A+B

A A'

Sumación espacial

Sumación temporal


1 2 3 4 5Time (ms)

Est

ímu

lo

+50

Vm, m

V 0

-80

Umbral

Potencial invertido

Estímulo umbral

1. Ley del todo o nada

2. Propagación sindecremento (Auto-regenerativo)

+++++- - - - - - - - - - - - - - - - - -++++++ ++++++++++++- - - - -

Potencial de acción Periodos refractarios

PeriodoRefract.

Absoluto

PeriodoRefract.Relativo

Potenciales2_ 1

2

Bases iónicas del potencial de acción

PA

Conductancia

•1902, Bernstein: Permeabilidad inespecífica Colapso de Vm

1939, Curtis & Cole: gm durante PAP. Iónica tanto durante la despolarizacióncomo durante la repolarización

•1939, Hogkin & Huxley: Potencialpositivo durante el pico: ENa es el únicopotencial de equilibrio adecuado.

Vm 40

20

-40

-20

0

-60

0 1 2 3t (ms)

½ Na+

0 Na+

•1949, Hodkin, Huxley & Katz: Efectos del Na+ extracelular sobre el PA Entrada de Na durante el pico. Entrada de 22Na durante el PA

•1952, Hodkin & Huxley: Pinzamiento de potencial.

Pinzamiento de potencial

Hodgkin, Huxley & Katz, 1952

Vm

ms0 2 4 6 8 10

Im

dent

rofu

era

-65

+65

Im dentro

fuer

a

IKIi

INa

Sin Na+

Na+ K+

Ii = (Vm-Ei)·gi

gi= (Vm-Ei)/Ii·

Im dentro

fuer

a Ii

IK+TTX

INa+TEA

Separación de canales por toxinas

30

20

10

0

0,6

0,4

0,2

0

0 2 4

Tiempo (ms)

Cam

bio

de

co

ndu

ctan

cia

(m

mh

o&

cm2 )

h

hgNa

gK

Vm

0

ENa

EK

Umbral

CERRADODESPOL. INICIAL

ABIERTOINACTIVADO

CERRADO

ABIERTOINACTIVADO

Despola-rización

Tiempo

Repola-rización

Potenciales2_ 2

3

1 2 3 4 5 6

++

1 2 3 4 5 6

++

El canal de Na+

Neher & Sakmann

Nobel Prize 1991

Estímulo

9 respuestas individuales

Promedio de 300 respuestas

Potenciales2_ 3

4

Voltage-dependent potassium channelSeizure

Voltage-dependent calcium channelTimothy syndrome

various potassium channels suspectedShort QT syndrome

Ligand-gated non-specific ion channelsRetinitis pigmentosa (some forms)

Voltage-gated sodium channelParamyotonia congenita

variousNonsyndromic deafness

Voltage-gated potassium channelNeuromyotonia

Voltage-dependent chloride channelMyotonia congenita

Ligand-gated sodium channelMyasthenia Gravis

Non-selective cation channelMucolipidosis type IV

Ligand-gated calcium channelMalignant hyperthermia

VariousLong QT syndrome

Voltage-gated sodium or calcium channelHypokalemic periodic paralysis

Voltage-gated sodium channelHyperkalemic periodic paralysis

Voltage-gated sodium channelFibromyalgia

VariousFamilial hemiplegic migraine

Voltage-gated sodium channelGeneralized epilepsy with febrile seizures

Voltage-gated sodium channelErythromelalgia

Voltage-gated potassium channelEpisodic Ataxia

Voltage-gated sodium channelDravet Syndrome

Chloride channelCystic fibrosis

Inward-rectifier potassium ion channelCongenital hyperinsulinism

various, by typeBrugada syndrome

various by typeBartter syndrome (limb of Henle)

Channel typeCondition

Channelopathies

+++++++

- - - - - -

+++++++

- - - - - -

+++++++

- - - - - -

+++++++

------

+++- - -

+++- - -

+++- - -+++

- - -+++- - -

+++- - -

CONDUCCIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN

10 100 100010

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Con

duc

tion

velo

city

in m

/s

Diameter in µm

MielínicasAmielínicas

A B C

LLOYDTIPO DIAMETRO (µm) V. Conduccion (m/s) Subtipo Tipo

A 2 a 20 12 a 120 I II III

B <3 3 a 15 --C 0,4 a 1,2 0,2 a 2,5 IV

CLASIFICACION DE ERLANGER Y GASSER

Tipos de fibras nerviosas

PRESION: A>B>C

COCAINA : C>B>A

HIPOXIA: B>A>C

Potenciales2_ 4

PIEL DE RANAA gua du lce (A p ica l) M ed io in te rno (B asa l)

N a +N a +

∼N a +

ATPADP

K+ K +

Na+

∼∼N a +

ATPADP

ATPADP

K+ K +

Na+

PK>>PNaPNa»PK PK>>PNaPNa»PK

EA

EBEBETET

++--

(T ransC )(T ransC )

C l- C l- (P araC )C l- C l- (P araC )

H2OH2O

Lado B aso-la te ra l oS eroso

Lado A p ica l, Lum ina lo M ucoso

ABSORCION

SECRECION

EPITELIOS

Filamentos de actinaFilamentos de actina

TIPO ALTA RESISTENCIA

(TIGHT)

BAJA RESISTENCIA

(LEAKY)RESISTENCIA ALTA

>108 ΩΩΩΩ/cm2BAJA

<100 ΩΩΩΩ/cm2

POTENCIAL TRANSEPITELIAL

ALTO>40 mV

BAJO<5 mV

TRANSPORTE HipertónicoAlto gradiente

IsotónicoBajo gradiente

TASA DE TRANSPORTE

BAJA ALTA

EJEMPLOS Túbulo distalColon

Piel de ranaVejiga de sapo

Túbulo proximalIntestino

Vesícula biliar

Tipos de Epitelios

Apical Basal

C l- C l-

∼Na+

+-

N a +

H2O

C l- C l-C l- C l-

∼Na+

+-

N a +

H2O∼

Na+

∼∼Na+

+- ++--

N a +N a +

H2OH2O

K +

∼Na+N a +

C l- C l-

Ca2+++K +

∼Na+N a +

C l- C l-

Ca2++++

Apical Basal

∼Na+Na+

H+ ∼Na+

∼∼Na+Na+

H+

Na+

H+

∼Na+Na+

SS

∼Na+Na+

SS

SS


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