Centro Científico y Tecnológico de Excelencia

Centro de Envejecimiento y Regeneración, CARE

Laboratorio de Neurobiología Molecular

Facultad de Ciencias Biológicas

Pontificia Universidad Católica de Chile

Bases iónicas del potencial de membrana

Musschenbroeck "botella de Leyden”Abad Nollet

SwammerdamFranklinGalvani

Galvani-VoltaHermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz

Nobili, galvanometroOhm

FaradayBerstein, potencial de accion

Tschagovetz- Potassium*Overton- sodium

Neher y Sakmann, Nobel 1991

Ligandos

Efectos

Ca+2

Ca+2

quinasas

Proteínas

Proteínas

CNQX + Bic

CNQX + Bic

+ TTX

Centro Científico y Tecnológico de Excelencia

Centro de Envejecimiento y Regeneración, CARE

Laboratorio de Neurobiología Molecular

Facultad de Ciencias Biológicas

Pontificia Universidad Católica de Chile

Electrónica, electricidad y células

Trabajo, Desplazamiento resultante de la aplicación de una fuerza. Su unidad Joule, que son Newton por metro

Por ende, obtenemos Peso que seria Masa por Aceleración

Peso es Masa x 9.8 m/s2

Coulomb, carga que se mueve en un segundo, por la sección transversal de un conductorDe donde obtenemos que F=KQq/r2

en donde K es el medio donde se mueve la carga y Q son las cargas.

C es Coulomb y corresponde a 6.25x1018 electrones

e es electrones y corresponde a -1.5x10-19 C

K es una constante que vale 9x109 N x m2/C2

Campo eléctrico, se define el lugar donde un carga eléctrica sufre un fuerza eléctrica

E =F/Q, pero F=QERedefiniendo F, nos queda que E=KQ/r2

Volt, será la relación entre la energía potencial del campo y la cargaSera entonces Joules x CPor ende nos queda V=KQ/r

Una unidad gigante, para los electronicos, que la remplazan por eVolt = -1.6x10-19 Joules

Capacitancia = Q/V

Capacitor. Dos conductores que transportan cargas iguales pero opuestas en signo

Corriente, definido como el movimiento de cargas por unidad de tiempo I=Q/t1 amperio = 1Coulomb/1 seg

EjercicioPasa una corriente de 1 amperios por 5 segundo, en un conductor. Cuanta masa de electrones se movió ( 9x10-31Kg)

0,28 pG

RIV

QcapQionQlQt

dT

dVCme

V

RQ

La corriente que circula por un conductor, es directamente proporcional a la diferencia de potencial en sus puntos extremos

Capacitancis y resistencia, son propiedades independientes de un conductorDonde resistencia es = ρ(I/A) Donde I es la longitud y A el area del conductor.

Resistividad, ρ = RA/I o sea Ωm

Dendritas: canales pasivos permeables a K+

K+

V

QCm

Corriente del condensador

dt

dVC

dt

dQI m

Corriente del ion (supongamos un solo ion)

Dos componentes para el potencial debido al paso de iones:

1. Potencial de Nerst (debido a la diferencia de concentraciones

del ion en el exterior y el interior de la neurona)

int][

][

ion

ionLn

zF

RTV extNerst

2. Potencial debido a corriente eléctrica (asumimos Ley de Ohm)

ionOhm RIV

ionNerstOhmNerst RIVVVV

Potencial total del ion

)( NerstNerst

ion VVgR

VVI

Corriente del ion

Masa……. No es importanteMovimiento de Cargas

Potencial de equilibrio o nerst, define “la fuerza” de un ion, o energía potencial del mismo

Goldman, incluye “varios” iones y introduce permeabilidad

Hodkin-Huxley introduce el “gating” en un modelo complejo de relaciones de cambio en el tiempo. Modela el Potencial de acción

Si ves que algo gira – ¡¡¡necesitas vacaciones!!!Mira detenidamente cada circulo separadamente y veras que ellos estan

¡quietos!

Canales, responsables de propiedades eléctricas

Membrana neuronal como circuito

Ley de Kirchoff (conservación de la carga)

0 ionC II

V

QCm

Corriente del condensador

dt

dVC

dt

dQI m

Corriente del ion (supongamos un solo ion)

Dos componentes para el potencial debido al paso de iones:

1. Potencial de Nerst (debido a la diferencia de concentraciones

del ion en el exterior y el interior de la neurona)

int][

][

ion

ionLn

zF

RTV extNerst

2. Potencial debido a corriente eléctrica (asumimos Ley de Ohm)

ionOhm RIV

ionNerstOhmNerst RIVVVV

Potencial total del ion

)( NerstNerst

ion VVgR

VVI

Corriente del ion

Nature 1963, Rojas & Luxoro

Demostración de la naturaleza, péptidica de los canales iónicos.

Tipos de canales iónicos. La clasificación de canales iónicos se ha realizado tradicionalmente siguiendo un criterio genético, No obstante, el campo de la cristalografía aplicada a los canales ha avanzado y está avanzando enormemente (y prueba de ello es el reciente Premio Nobel en el año 2003 concedido a Roderick McKinnon por su importante contribución).

Los canales iónicos se pueden clasificar en las siguientes familias o superfamilias

a) La superfamilia de canales iónicos sensibles al voltaje.

a.1) Canales de potasio•  Subunidades de 6 helices transmembrana (6TM). “delayed

rectifiers” (Shaker y sus homólogos) y los “slow delayed rectifiers” (KCNQ), los canales de potasio dependientes de Calcio y voltaje (BK, SK e IK), los canales ether-a-go-go (eag o KCNH). Asimismo, pertenecen a esta subfamilia los canales de cationes no selectivos HCN y CNG. •  Subunidades de dos hélices transmembrana (2TM) o KCNH. Son

canales rectificadores anómalos o hacia dentro, divididos a su vez en “clásicos” y sensibles a ATP (Kir 6.1) o acoplados a proteínas G (Kir 8.1). •  Subunidades de 4 segmentos transmembrana (4TM) , TWIK o

KCNK. También conocidos como canales “de leak”, que presentan dos poros en lugar de uno.

a.2) Canales de calcio . Los componentes de esta familia se diferencian en su dependencia de voltaje, velocidad de inactivación, selectividad iónica y sensibilidad a determinados fármacos. Estos canales se clasifican en: •  Canales tipo L. Deben su nombre a que presentan una gran (“Large”) conductancia de canal.

Su función es mediar la entrada de calcio en las células que se contraen o secretan en respuesta a largas o constantes despolarizaciones. •  Canales tipo T. Denominados así porque producen una corriente Transitoria y una

conductancia muy pequeña (“Tiny”). Inactivan muy rápido y sólo se observan al principio de pulsos relativamente negativos. •  Canales de calcio neuronales (tipo N). Presentan características intermedias entre los tipos L

y T. Dentro de este grupo, canales tipo P/Q sensibles a w-Aga IVA; y canales tipo R que son Resistentes a estas toxinas. Son los canales que se expresan de forma dominante en terminales presinápticas que secretan neurotransmisores en respuesta a potenciales de acción presinápticos.

a. 3) Canales de Na + . Este canal es uno de los principales responsables de la transmisión del potencial de acción. La familia de canales de Na + dependientes de voltaje es la que presenta menor diversidad, y todos sus miembros muestran propiedades netamente voltaje-dependientes muy similares en todos los tejidos en los que se expresa.

a.4) Canales de Cloro dependientes de voltaje. Los canales de cloruro son permeables a bastantes aniones de pequeño tamaño, como

Br-, I-, NO3-, HCO3- y SCN-, así como a varios ácidos inorgánicos. Por lo tanto podría generalizarse su denominación a “ canales aniónicos ”. Los canales de Cloruro dependientes de voltaje se dividen en cuatro clases

dependiendo de si son activados por Ca 2+ intracelular, hiperpolarización de la membrana, disminución del volumen celular o fosforilación dependiente de ATP. ClC y el CFTR, responsable de la secreción en epitelio, regulado por fosforilación. El

primer gen en mamíferos fue el ClC-1, en el músculo liso.

c) Canales operados por ligando. Este grupo engloba a una serie de canales que están especializados en la mediación de

respuestas químicas rápidas en la transmisión sináptica. El receptor de acetilcolina (AchR), el receptor de glutamato (GluR), receptor de glicina (GlyR), el receptor del acido g -aminobutírico (GABA A R), serotonina (5HT 3 R)

Los receptores de Glutamato se clasifican a su vez en tres grandes grupos: N-metil-D aspartato (NMDA), kainato y AMPA (ácido a -amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxalon propiónico). En general, los canales operados por ligando se expresan en la membrana postsinaptica de forma

concentrada y se abren rápidamente después de la unión de varias moléculas de agonista. La mayoría de estos canales poseen una amplia selectividad iónica, preferentemente a cationes monovalentes o aniones, y por lo tanto su función es estimular o inhibir la excitación eléctrica de la célula postsináptica. El receptor de NMDA es una excepción: es más permeable a calcio que a cationes monovalentes, y parece que su papel en el control de la concentración de calcio intracelular es mucho más importante que el electrogénico.

Ligandos

Efectos

Ca+2

Ca+2

quinasas

Proteínas

Proteínas

Patch-Clamp, célula completa

V clamp

I célula

+

–

R f

Neurona