Canales de sodio del axón de jibia 9 de abril de 2007 Clases/VoltageClampNaII.ppt 08/04/2007...
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Canales de sodio del axón de jibia 9 de abril de 2007 http://einstein.ciencias.uchile.cl/ Fisiologia2006/ Clases/VoltageClampNaII.ppt 08/04/2007 06:27:47 p.m.
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Canales de sodio del axón de jibia
9 de abril de 2007
http://einstein.ciencias.uchile.cl/Fisiologia2006/Clases/VoltageClampNaII.ppt
08/04/2007 06:27:47 p.m.
I, mA/cm2
t, ms
Voltage clamp de un axón de jibia
-60,8mV0mV
)()( NamNaKmKm VVGVVGI
I, mA/cm2
t, ms
-60,8mV0mV
Voltage clamp de un axón de jibia en presencia de TTX, bloqueador de los canales de Na
)()( NamNaKmKm VVGVVGI
I, mA/cm2
t, ms
-60,8mV0mV
La corriente de Na es la diferencia de la corriente control – corriente con TTX.
)()( NamNaKmKm VVGVVGI )( KmKm VVGI )( NamNam VVGI
La corriente de Na presenta inactivación
Vm
Experimento destinado a 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
Topología de un canal de sodio membrana
http://nerve.bsd.uchicago.edu/Na_chan.htm
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
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
Para Vm > 20 mV pNa es constante = 1.La conductancia de todos los canales abiertos es 120 mScm-2
¿Cómo medir la conductancia a otros potenciales?
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 independiente de Vm, pNa es función de Vm
?
NaI
Nam VV
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 1952 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
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
todos los canales han salido de la inactivación @-80 mV y t∞
Vm
h @-80 mV = 5 ms
htt ehhhh /
0 )(
00 h 1h11 eh
h
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.
