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