PABases ionicasH H2016.pdf

Potencial de Acción
Características
Bases Iónicas:
Hipótesis del Na+ (Hodgkin y Katz, 1949)
Técnica de Fijación de Voltaje (“Voltage-clamp”)
Modelo de Hodgkin y Huxley (1952)
FSN 2016
Eleonora Katz
Respuestas de las membranas biológicas a estímulos de corriente
Curva I-V (corriente versus voltaje)
Qué ocurre en el reposo?
despolarización
Se abren canales de
Na+
Influjo de Na+
Se abren canales de K+
repolarización
despolarización
El PA se produce porque los flujos de Na y K
cambian la carga sobre la membrana celular y
no
porque
los
flujos
cambien
las
concentraciones iónicas del citoplasma.
Movimiento aproximado calculado por métodos
radioactivos es de aproximadamente 10-12 moles
(Na entrando y K saliendo) por cm de axon por
impulso. La concentración en esa longitud de
axon es de aproximadamente 4 x 10-7 moles de
Na
Young 1936
Registro Histórico. Primer registro intracelular de un potencial de acción
realizado por Hodgkin y Huxley en el axón gigante de calamar en 1939
Vm
+
-
0 mV
Vm
El efecto del Na+ en la actividad eléctrica del axon gigante del calamar
(Hodgkin y Katz, J. Physiol. 1949, 108: 37-77)
•
Hipótesis de Bernstein 1902: la membrana en reposo es permeable al K+, pero casi
impermeable al Na+
Selectividad. Esto implica que debe haber una diferencia de
potencial a través de la membrana celular. Según Bernstein, la excitación llevaba a una
pérdida transitoria de esa permeabilidad selectiva (breakdown of the membrane),y por
consiguiente el Vm tendería a 0.
•
Sin embargo, había evidencias que no coincidían con esa teoría (Hodkin y Huxley y
Curtis y Cole, haciendo registros intracelulares veían una reversión del Vm; 1939-1945).
Si se asume que la membrana no pierde su selectividad y que se vuelve mucho más
permeable al Na, se puede obtener una gran reversión del Vm. (Nernst: valor limite de
+58 mV si la [Na] interna es 1/10 de la externa).
•
La relación entre la composición iónica del axoplasma y del agua de mar era coherente
con la posibilidad de una reversión del signo del Vm durante la actividad.
•
El punto importante es que la permeabilidad al Na debe aumentar rápidamente a un
valor mucho más elevado que la del K y la del Cl. Esto presupone la existencia de un
mecanismo especial que le permita al Na+ atravesar rápidamente la membrana.
•
Cuáles son las consecuencias de esta hipótesis? Qué características del PA evaluarían y
cómo?
Efecto de sumergir al axón en dextrosa isotónica
Soluciones deficientes en Na+
33% sw
50% sw
71% sw
Soluciones con elevada concentración de Na+
1.56x
Hodgkin y Katz, 1949
Evaluación del efecto de variar el K extracelular
A: K = 0 mM; Na = 463 mM;
B: K = 10 mM; Na = 453 mM
C: K = 20 mM; Na = 443 mM
¿Qué significa fijar el voltaje “voltage clamp”?
¿Por qué razón se debe fijar el voltaje de la célula para estudiar las
corrientes iónicas subyacentes al potencial de acción?
¿Cómo se hace para fijar el voltaje de una célula?
I = I capacitiva + I resistiva
Imembrana = Cdv/dt + Iónica
V(t) = Vi (1 - e –t/τ)
Vinf = IR (ya no depende de C)
Si le aplicamos un pulso de corriente (I) al
circuito, la I primero carga al capacitor,
luego cambia el voltaje.
Modelo de Hodgkin y Huxley (1952)
Alan Hodgkin
Nobel Prize 1963
Andrew Huxley
Nobel Prize 1963
Modelo de Hodgkin y Huxley (1952)
Fijación de voltaje : dV/dt = 0
Fijación espacial: no hay
variaciones del Vm a lo largo
del axón = cortocircuito
Separación de las corrientes (Trabajo del Seminario 2)
Conductancias del Na y del K calculadas a partir de los registros de corrientes
I = G (Vm –Eión)
G max para cada ión
Modelo Eléctrico de la membrana según H&H
Im = C dV/dt + IK + INa + Ileak
Inactivación versus desactivación
gK(v,t) = gKmaxn4
gNa(v,t) = gNamaxm3h
IK = gKmaxn4 (V-EK)
INa = gNamaxm3h (V-ENa)
Activación
Activación
Inactivación
tn = 1/ αn +βn
n∞ = αn/ αn +βn
Modelo de Hodgkin y Huxley completo
Si la corriente de fuga se debe a varios canales:
El modelo de H y H predice los potenciales de acción
Imembrana según HyH; ecuación de
cable para un cilindro hueco.
X =0 se inyecta una I por 200 µseg, supraumbral ,
se observa que el PA se propaga a velocidad
constante de 18.7 m/s
Umbral
Período Refractario (relativo y absoluto)
Acomodación
Anode Break excitation
Conducción del impulso nervioso
Umbral
Período Refractario: Absoluto y Relativo
Acomodación
A
B
Amplitud A
Tiempo T
Anode Break Excitation? (Se genera un PA
al hiperpolarizar)
Cómo estudiaron H&H la inactivación de la INa? (seminario 2)
An estimate of the inactivation time constant at -44 mV.
may be obtained by extrapolating the curve in Fig. 7 to zero
time. This indicates that the available fraction of the sodium
carrying system was reduced to 0.37 at the end of a pulse of
amplitude -44 mV and duration 1.8 msec. Hence the