ELECTRODIFUSION LIBRE

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ELECTRODIFUSION LIBRE CANALES IONICOS

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ELECTRODIFUSION LIBRE

  1. 1. Electrodifusión libre Canales iónicos
  2. 2. Electrodifusión libre <ul><li>Transporte pasivo (a favor de gradiente electroquímico </li></ul><ul><li>Especie transportada: pequeños iones inorgánicos (Na + , K + , Ca ++ , Cl - ) </li></ul><ul><li>A través de canales iónicos (gran mayoría: alta especificidad) </li></ul><ul><li>Participan en múltiples funciones : </li></ul>Excitabilidad Proliferación celular Comunicación intercelular Fecundación Acoplamientos excito-contractor y excito-secretor Mantenimiento y regulación del volumen celular Transducción sensorial Aprendizaje y memoria Procesos de absorción y excreción Balance hidroelectrolítico Secreción de hormonas
  3. 3. Energía de un soluto en solución tiene dos componentes: químico y eléctrico:   Energía potencial química: Epq = RTlnC   Energía potencial eléctrica: Epe = zFV   Energía potencial total: Ept = Epq + Epe   Condición de equilibrio para un soluto (en célula): Ept i = Ept e Epq i + Epe i = Epq e + Epe e Leyes que rigen la Electrodifusión libre
  4. 4. V i -V e = RT/zF. ln (C e /C i ) = Ex Por propiedad logarítmica: LEY DE NERNST (Ex: Potencial de equilibrio del ion X) Epq i + Epe i = Epq e + Epe e Sustituyo por sus componentes: RTlnC i + zFV i = RTlnC e + zFV e Reordenando: zFV i - zFV e = RTlnC e - RTlnC i Sacando factor común: zF (V i -V e ) = RT (lnC e – lnC i ) Reordenando: V i -V e = RT/zF. (lnC e – lnC i )
  5. 5. Epq i + Epe i = Epq e + Epe e Sustituyendo por sus componentes: RTlnC i + zFV i = RTlnC e + zFV e Operando y reordenando: V i -V e = RT/zF. ln (C e /C i ) = E x LEY DE NERNST (Condición de equilibrio para un ion)
  6. 6. Dado que cada ion tiene sus propias condiciones de concentración y carga: (Datos para iones más relevantes en fibra muscular esquelética)   (Utilizando: R = 8,3 J/mol.K; t = 25°C y F = 96500 C/mol) E Na+ = +64 mV E K+ = -94mV E Cl- = -89 mV   Concentración extracelular Concentración intracelular Na + 145 mM 12 mM K + 4 mM 155 mM Cl - 120 mM 3,8 mM
  7. 7. Condición de equilibrio para un ion: Vm = E, ¿En qué situación el ión poseerá cierta energía potencial electroquímica que le dé “tendencia al escape”? I X z = g X z . (Vm – E X z ) LEY de OHM para canales iónicos I Na + = g Na + . (V m – E Na + ) I K + = g K + . (V m – E K + ) Ó ¿Cuál será la fuerza impulsora para un ión? I Cl - = g Cl - . (V m – E Cl - ) V m – E X z
  8. 8. ¿Cómo modifica al Vm, una corriente iónica transportada por...? un catión (+) que ingresa a la célula? que egresa de la célula? un anión (-) que ingresa a la célula? que egresa de la célula? En la gran mayoría de células, cuando la membrana está en reposo : -       El Na + tiende a ingresar y depolarizar la membrana -       El K + tiende a egresar e hipoerpolarizar la membrana - El Cl - está en equilibrio (no tiene tendencia al escape)
  9. 9. Vm 0 E Na E K Vr I entrante de Na+ I saliente de K+
  10. 10. Vm 0 E Na E K Vr (2) La técnica de fijación de voltaje permite modificar el Vm y eventualmente invertir las corrientes iónicas Vr (1) I saliente de Na+ I entrante de K+ Vr anterior
  11. 11. ¿De qué otra forma se podría experimentalmente invertir una corriente iónica? ¿En qué condiciones la corriente iónica será nula? Recordemos las ecuaciones de flujo pasivo que estudiamos y la ley general del transporte: I X z = g X z . (Vm – E X z ) Ley de Ohm para canales iónicos J/á = - L. dY/dx Ley general del transporte M = P. dC Primera ley de Fick  J = L. (  P  )  Ecuación de flujo de agua
  12. 12. Ecuación de Goldmann-Hodking y Katz Retomamos ley de Ohm para canales iónicos: I X z = g X z . (Vm – E X z ) El voltaje de membrana es afectado por la conductancia (“permeabilidad”) a los diferentes iones y sus correspondientes potenciales de equilibrio V reposo = R.T zF ln P Na + . [Na] e + P K + . [K] e + P Cl - . [Cl - ] i P Na + . [Na] i + P K + . [K] i + P Cl - . [Cl - ] e
  13. 13. El voltaje de membrana de reposo se acerca al potencial de equilibrio del ión más permeante “ Caso extremo”: la membrana es permisiva a un solo ion Ej: al Na+: V reposo = R.T zF ln P Na + . [Na] e + P K + . [K] e + P Cl - . [Cl - ] i P Na + . [Na] i + P K + . [K] i + P Cl - . [Cl - ] e V reposo = R.T zF ln P Na + . [Na] e P Na + . [Na] i = E Na
  14. 14. La bomba de sodio y potasio sólo es relevante en la determinación del potencial de membrana de reposo indirectamente , manteniendo los gradientes electroquímicos de sodio y potasio En la mayoría de las células la ecuación de GHK es apropiada para calcular el Vm de reposo . (Hay excepciones, ej: células del órgano de Corti). El principal determinente del potencial de membrana de reposo es una alta permeabilidad al potasio, respecto al sodio: P K > P Na (cambios en K+e importantes efectos en Vm y actividad eléctrica de células excitables) También participa la diferente distribución iónica a ambos lados de la membrana celular
  15. 15. <ul><li>- Estructura proteica, pueden tener una sóla o más subunidades (forman: dímeros, trímeros, tetrámeros, pentámeros) ó seudounidades. </li></ul><ul><li>Cada subunidad (o seudounidad) presenta varios segmentos transmembrana. </li></ul><ul><li>Especificidad: “filtro de selectividad” </li></ul><ul><li>Adoptan diferentes conformaciones: estados del canal </li></ul>Canales iónicos
  16. 16. Clasificación de canales : - voltaje-dependientes - ligando-dependientes (ionotrópicos y metabotrópicos) - mecanosensibles Algunas variantes estructurales dependiendo del tipo de canal : - Presencia de segmento S4 (sensor de voltaje): grupo aminoacídico cargado que se mueve dependiendo del voltaje de membrana. - Presencia de zonas de unión a ligandos. - Mecanosensibles: mecanismo no bien comprendido
  17. 17. Canales ligando-dependientes Ejemplo: canales dependientes de receptores de acetilcolina (permiten el paso de sodio y potasio) Nicotínicos: el receptor está en el propio canal (ionotrópico) Muscarínicos: el receptor está en otra molécula proteica distinta del canal (metabotrópico) Dentro de metabotrópicos hay: - dependientes de proteína G y - dependientes de tirosinquinasa
  18. 18. “ Caricatura” de canal iónico voltaje-dependiente
  19. 19. <ul><li>Proteínas “transportadoras” </li></ul><ul><li>Acuaporinas (t. pasivo) (cinética lineal) </li></ul><ul><li>Canales iónicos (t. pasivo) (cinética con saturación) </li></ul><ul><li>Bombas (t. activo primario) (saturación) </li></ul><ul><li>“ Carriers” o “proteínas transportadoras” propiamente dichas (diversos tipos): </li></ul><ul><li>“ simple”: transporta un único soluto (t.pasivo) (saturación) ; o </li></ul><ul><li>“ transportes acoplados”: simporte (cotransporte) o antiporte (contratransporte) (t. activo secundario) (saturación) </li></ul>
  20. 20. Transporte de iones a través de proteínas de diversa naturaleza: 10 2 iones/seg BOMBAS CARRIER < 10 3 iones/seg 10 6 iones/seg Todos ellos presentan cinéticas con saturación (puede dificultar la diferenciación experimental entre un canal y un “ carrier ”)
  21. 21. Parámetros: - J máx : flujo máximo - Km : relación inversa con la afinidad “aparente” del transportador por el soluto Función doble inversa permite estimación más precisa de parámetros. [ ] [ ] J J max 1 / J [soluto] 1 / [soluto] J max J max

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