AB I (presentación)

FISIOLOGÍA ANIMAL COMPARADA
SEMINARIO 1
ACTIVIDAD BIOELÉCTRICA 1
Comprender las bases iónicas de los potenciales de reposo y
de acción
Paper Takeuchi & Takeuchi
How ionic movements produce electrical signals
Distribución asimétrica de iones
Permeabilidad selectiva
Canales y transportadores son los responsables de los
movimientos de iones a traves de membrana
Electrical potentials are generated across the membranes of neurons—and,
indeed, all cells—because (1) there are differences in the concentrations of
specific ions across nerve cell membranes, and (2) the membranes are
selectively permeable to some of these ions.
Equilibrio electroquímico
At this electrochemical equilibrium, there is an exact balance between two opposing
forces: (1) the concentration gradient that causes K+ to move from compartment 1 to
compartment 2, taking along positive charge, and (2) an opposing electrical gradient that
increasingly tends to stop K+ from moving across the membrane.
Ecuación de Nernst
(potencial de equilibrio de un ión)
RT [ion]out
Eion =
ln
zF
[ion]in
R = constante de gas
T = temperatura (kelvin)
R = 8.314 J/K mol
T= 273 + T°C
F = constante de Faraday F = 96,487 J/mV.mol
z = carga del ión
Ecuación de Nernst
(potencial de equilibrio de un ión)
A 25°C
[
K ]out
EK = 58 log
[K ]in
Distribución asimétrica de iones
Eion = 58. log (iono/ioni)
ENa = +62mV
EK = -90mV
ECl = -65mV
R = 1/g
I= V/R Ley Ohm
Ix = gx (Vm – Ex)
Driving force (fuerza electromotriz)
I= current
g = conductance
V = voltage
R= resistance
Convención signo de
corrientes
-corriente negativa:
entran cationes o salen aniones
-corriente positiva:
entran aniones o salen cationes
Potencial de reposo
Primer intento de explicar potencial de reposo: Ec Nerst para K
Permeabilidades
PK : PNa: PCl = 1 : 0.03 : 0.1
El potencial de reposo es por lo tanto mejor descripto por la
Ec de Goldman-Hodgkin-Katz.
Supuesto principal: en estado estacionario la sumatoria de
corrientes iónicas a través de la membrana es cero.
pk [K ]o + pNa[Na ]o + pCl [Cl ]i
Vreposo = 58 log
pk [K ]i + pNa[Na ]i + pCl [Cl ]o
Canales iónicos
La placa neuromuscular
Para un receptor que permea más de un ión:
IR = gR (Vm – ER)
El receptor de Ach de la placa neuromuscular con ER=-15, que iones permea? Na+? K+?
Cl-?
Erev
Itot= 0
0= gNa (Vm – ENa) + gK (Vm – EK) + gCl (Vm – ECl)
In the present experiment, the end plate current equilibrium potential was measured
in solutions of various ionic composition and the ions which contributed to the epc
were determined.
Aproximación experimental
Modificar secuencialmente las concentraciones de Na+ K+ Cl- (y por lo tanto modificar
ENa EK ECl respectivamente) y observar que ocurre con ER medido via voltage clamp
Corriente que uno debe inyectar para que no haya cambios en el potencial de
la membrana
Para un receptor que permea más de un ión:
IR = gR (Vm – ER)
Pregunta del trabajo
El receptor de Ach de la placa
neurmuscular con ER=-15, que
iones permea? Na+? K+? Cl-?
Erev
Itot= 0
0= gNa (Vm – ENa) + gK (Vm – EK) + gCl (Vm – ECl)
Aproximación experimental
Modificar secuencialmente las
concentraciones de Na+ K+ Cl- (y
por lo tanto modificar ENa EK ECl
respectivamente)
y observar que ocurre con ER
Figure 1. End plate currents and clamped
membrane potentials recorded from a curarized end
plate.
tubocurarine 3x10-6 g/ml
curare bloquea receptores nicotinicos ACh.
A.End plate membrane was depolarized
B.End plate current obtained while membrane
clamped at resting
C.D. E. End plate membrane hyperpolarized at
different values.
La amplitud de epc varia con el valor al que se
camplea la membrana.
El potencial de membrana al que la epc es cero se
llama potencial de equilibrio de epc
Figure 2. Relationship between
amplitude of epc and membrane
potential in different concentrations
of tubocurarine
3x10-6 g/ml
4x10-6 g/ml
La pendiente de la I-V curve
representa la conductancia.
Curarine afecta la conductancia, a
todos los iones.
El potencial de membrane no fue
afectado.
nota: los potenciales de equilibrio del epc
fueron estimados por extrapolacion
113,6 Na+ (normal levels)
33,6 mM Na+
Figure 3. Relationship between
amplitude of epc and membrane
potential in two different
concentrations of sodium in outside
solution
Hay un cambio en el potencial de
reversion, hay un menor corriente
de sodio.
Ix = gx (Vm – Ex)
El cambio en el potencial de
membrana es atribuido a el cambio
en las concentracion del ion sodio.
Figure 4 shows that there is a tendency for the epc equilibrium potential to increase
in sodium deficient solutions.
Figure 5. Effect of electrophoretic
sodium injection into muscle fiber at
the end plate on the epc-membrane
potential relation
External sodium was low (33,6 mM)
Injection in A: 5x10-8 A for 7 min
Injection in B: 4.7x10-8 A for 11 min
La idea es cambiar la concentracion
interna mediante la injeccion de iones
sodio.
Disminuir la concentracion exterior o
aumentar la concentracion interior
tiene el mismo efecto sobre el
potencial del sodio, y por ende del Vm
Before current injection
After current injection
Figure 6. Effect of potassium
concentration
on
epc-membrane
potential relation at the end plate
Cuando la concentracion externa de
potasio es alterada, el potencial de
reversion cambia y es un cambio
reversible
0,5 mM K+
4,5 mM K+
X return to 0,5 mM K+
Figure 7. The epc equilibrium potential obtained at
different potassium concentrations
Normal ringers
Glutamate 2-3 min
X Glutamate 15 min
equilibrium in GLU
Normal ringers 2-3 min
X Normal ringers 10 min
Figure 8. Effect of chloride concentration on epc-membrane potential relation.
Reemplazando el cloruro por glutamato no genera cambios en el potencial de
reversion.
Estos resultados sugieren que los iones cloruro tienen una contribucion menor que
sodio y potasio
The potential at which the epc-membrane potential line crosses the membrane
potential axis is the potential at which the ionic fluxes caused by the transmitter
convey no net charge across the membrane. In normal conditions this value is -15
mV.
Diagrama electrico de la membrana de la placa
neuromuscular.
Las conductancias de los dos iones estan
acopladas, el ratio se mantiene constante.
Las conductancias de sodio y potasio aumentan, el ratio se mantiene
constante
El nivel de cambio en la conductancia es independiente del potencial de
membrana
Curarine cambia la sumatoria de las conductancias