1 / 24

Studio della cinetica delle correnti di Na e di K voltaggio-dipendenti

Studio della cinetica delle correnti di Na e di K voltaggio-dipendenti. Allo stato stazionario (equilibrio) sarà: quindi,. a. C. O. Il modello della gate di H&H assume una reazione cinetica del 1 o ordine tra gli stati aperto e chiuso della particella di gating. b.

lemuel
Download Presentation

Studio della cinetica delle correnti di Na e di K voltaggio-dipendenti

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Studio della cinetica delle correnti di Na e di K voltaggio-dipendenti

  2. Allo stato stazionario (equilibrio) sarà: quindi, a C O Il modello della gate di H&H assume una reazione cinetica del 1o ordine tra gli stati aperto e chiuso della particella di gating b Quindi, la probabilità della particella di trovarsi nello stato aperto può essere descritta da: a (1-Po) Po b Trattandosi di una cinetica del 1o ordine, sarà: Tempo-dipendenza del gating

  3. Po(t) Se p particelle di gating indipendenti sono coinvolte nel gating del canale, allora il canale seguirà il seguente andamento temporale: [Po(t)]p Prob. Di Attivaz. Tempo Risolvendo l’equazione differenziale del 1o ordine e applicando la condizione al contorno , si ottiene: che si può anche scrivere così: oppure così: 1/(a+b)=t rappresenta la costante di tempo dell’attivazione ed è un indice della velocità di attivazione della particella di gating.

  4. Ipotesi: quattro gates identiche Po= n∙n∙n∙n = n4 n4(t)=[n∞-(n∞-n0)∙exp(-t/τ)]4 60 Voltaggio (mV) 160 140 -70 0 10 20 30 40 120 Tempo (ms) 100 chiuso -70mV aperto +60mV 80 I(K) Ipotesi: una sola gate Po=n(t)=n∞-(n∞-n0)∙exp(-t/τ) 60 40 20 0 -20 0 10 20 30 40 Tempo (ms) 1.0 0.8 0.6 Prob. di apertura (Po) 0.4 0.2 chiuso aperto 0.0 0 10 20 30 40 Tempo (ms) Cinetica delle correnti di K+ del canale Kv I=g∙(V-E) ; gPo I(t)n(t)∙(V-E) I=g∙(V-E) ; gPo=n4I(t)n4(t)∙(V-E) 1 gate 4 gates

  5. ) A ) p S ( ) n e t Gmax=4.5 nS Ipotesi: una sola gate ( ( t n n g e r Po=n(t) =n∞-(n∞-n0)∙exp(-t/t) g=n(t)*Gmax r o C tempo (ms) tempo (ms) tempo (ms) 5 Ipotesi: due gates ) 600 Gmax=4.5 nS A 4 I=g*(V-EK) p 500 ) ( Po=[n(t)]2 2 S ] g=[n(t)]2*Gmax ) e 3 400 t n t ( ( n n e 300 g [ 2 r r 200 o C 1 100 0 0 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 tempo (ms) tempo (ms) tempo (ms) Ipotesi: tre gates 5 ) Gmax=4.5 nS 600 A Po=[n(t)]3 I=g*(V-EK) 4 p ) 500 ( S g=[n(t)]3*Gmax 3 ] e 3 ) n 400 t t ( ( n n g e 300 2 [ r r 200 o 1 C 100 0 0 5 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 tempo (ms) tempo (ms) tempo (ms) Ipotesi: quattro gates ) A Gmax=4.5 nS 4 p ) I=g*(V-EK) ( S 4 Po=[n(t)]4 ] e 3 ) n t g=[n(t)]4*Gmax t ( ( n n g e [ 2 r r o 1 C 0 0 2 4 6 8 tempo (ms) tempo (ms) tempo (ms) I=g*(V-EK)

  6. Ipotesi: tre gates identiche Po=m3(t)=[m∞-(m∞-m0)∙exp(-t/τ)]3 20 Volt. (mV) -70 0 10 20 30 40 Tempo (ms) Chiuso -70mV Aperto +20mV Ipotesi: tre gates identiche di attivazione + una gate di inattivazione Po=m3(t)∙h(t) Chiuso -70mV Aperto +20mV Inattivato +20mV 0 -5 -10 I(Na) 1.0 -15 0.8 0.6 -20 Prob. di apertura (Po) 0.4 -25 0.2 0 10 20 30 40 0.0 Tempo (ms) 0 10 20 30 40 Tempo (ms) Cinetica delle correnti di Na+ voltaggio-dipendenti Vedi esempio di analisi m(t) h(t) m3(t) m3*h

  7. 1.0 0.8 20 0.6 (mV) Conduttanza g 0.4 60 -70 0 10 20 30 40 0.2 40 Tempo (ms) 0.0 20 -60 -40 -20 0 20 40 60 Corrente ionica (nA) 0 V (mV) m -20 -40 -60 0 10 20 30 40 Tempo (ms) Confronto della voltaggio-dipendenza di gK e gNa allo stato stazionario e della loro tempo-dipendenza

  8. Quesito del giorno Depolarizzando un neurone dal potenziale di riposo Vo ad un certo potenziale Vf=+10 mV, la probabilita’ di apertura di una singola gate di attivazione “n” del canale del K+ varia nel tempo seguendo la seguente relazione temporale: n(t) = 0.8·[1- EXP(-t / 1.1) ], dove il tempo t e’ espresso in ms.  Sapendo che quel tipo di canale del K+ ha 4 gates “n” identiche e che la conduttanza massima GK e’ 25 nS: 1. calcolare e mettere in grafico i valori della conduttanza gK(t) ad intervalli di 1 ms per una durata totale di 12 ms; 2. calcolare il valore di IK allo stato stazionario (EK = -80 mV).

  9. n(t) = 0.8·[1- EXP(-t / 1.1) ] EK=-80 mV GK=25 mS g=G·n4 IK= g·(V-EK) = G·n4·(V-EK) 4 n t(ms) n g (nS) I (pA) K 0 0.000 0.000 0.00 0.0 1 0.478 0.052 1.30 117.2 2 0.670 0.202 5.04 453.8 3 0.748 0.313 7.81 703.2 4 0.779 0.368 9.20 828.2 5 0.792 0.392 9.81 883.1 6 0.797 0.403 10.07 905.9 7 0.799 0.407 10.17 915.3 8 0.799 0.408 10.21 919.0 9 0.800 0.409 10.23 920.6 10 0.800 0.409 10.24 921.2 11 0.800 0.410 10.24 921.4 12 0.800 0.410 10.24 921.5

  10. Caratterizzazione dei canali • Voltage clamp • É necessario clampare l’intera cellula altrimenti… • Blocco dei canali • La Tetrodotossina funziona bene per I canali del Na • Il tetraetilammonio funziona bene per I canali Kv • Applicazione di serie di potenziali • Si ottiene t, m se il canale è non-inattivante • Prepulsi per ottenere la cinetica di inattivazione

  11. Canali ionici voltaggio-dipententi:formulazione di HH • g = gmax . mx . hy • gmax è la conduttanza quando tutti i canali sono aperti • m,h sono le probabilità delle singole gates di trovarsi nello stato aperto • x, y sono il numero di gates • gNa = gNamax.m3h • gK = gKmax.n4

  12. Formulazione di HH:Canale del Na Due processi: m e h Chiuso Aperto Inattivo Se il canale rimane aperto troppo a lungo diventa inattivo am bh bm ah

  13. Formulazioni di am, bm vs tm, m a Chiuso Aperto 1-m m • a, b sono funzioni di V • a, b m , tm Allo stato-stazionario, Aperto/Chiuso = a/b (costante di equilibrio) Ad ogni istante: Fraz. aperta = aperti/totale = m(t) Allo stato-stazionario: Aperti/totale = m= a / (a + b) tm = 1/(a + b) a=m∞/tmb=(1-m∞)/tm b Vedi esempio di calcolo di tm

  14. Formulazioni di am, bm vs tm, m a Chiuso Aperto 1-m m b 1.2 a(1/msec) 0 -40 120 V (mV) 0.3 1 6 b(1/msec) m t (msec) 0 0 -40 120 0 V (mV) -40 120 -40 120 V (mV) V (mV)

  15. Formulazioni di ah, bh vs th, h a Inattivo Aperto 1-h h • a, b sono funzioni di V • a, b h , th Allo stato-stazionario, Aperto/Inattivo = a/b Ad ogni istante: Fraz. aperta = aperti/totale = h(t) Allo stato-stazionario: Aperti/totale = h= a / (a + b) th = 1/(a + b) a=h∞/thb=(1-h∞)/th b Vedi esempio di calcolo di th

  16. Na Corrente Na+K Ra/2 Ra/2 Rm GK GNa Carica Tutti chiusi K Cm Vm stimolo EK ENa I I I K leak Na dV = - + - + - + 3 4 C G m h ( V E ) G n ( V E ) G ( V E ) I ( t ) Na Na K K l l dt - - - m m ( V ) h h ( V ) n n ( V ) dm dh dn = - = - = - 0 0 0 t t t dt ( V ) dt ( V ) dt ( V ) m h n Il potenziale d’azione

  17. ancor più canali del sodio si aprono i canali del sodio inattivano si aprono i canali del sodio si aprono i canali del potassio i canali del potassio si chiudono tempo Genesi ionica del potenziale d’azione

  18. Vm ENa= +47 mV EK= -86 mV Evento eccitatorio (cariche (+) entrano nella cellula) 0.9 Feedback positivo piu’ canali Na+ si aprono Depolarizz. più cariche + entrano La Depolarizzazione è sentita da una piccola percentuale di canali Na+ che si aprono e permettono al Na+ (cariche +) che entra di causare un’ulteriore depolarizzazione della membrana

  19. Vm La depolarizzazione è sentita da ancor più canali Na+ che pure si aprono e permettono a più ioni Na+ (più cariche +) di entrare, causando un’ulteriore depolarizzazione della membrana 1.9 Feedback positivo piu’ canali Na+ si aprono Depolarizz. più cariche + entrano

  20. Vm 2.1 ENa= +47 mV Grazie ai canali Na+ aperti il potenziale di membrana sta raggiungendo ENa

  21. Vm 2.9 I canali Na+ rimangono aperti solo per un breve periodo e a questo punto tendono a chiudersi (inattivazione) A questo punto una certa frazione di canali K+ ha incominciato ad aprirsi permettendo alle cariche (+) di fuoriuscire

  22. Vm 7.0 Feedback negativo Piu’ canali K+ si aprono Depolarizz. Più cariche + escono - (ripolarizzaz.) Tutti i canali Na+ sono inattivati I canali K+ riportano il potenziale di membtana verso EK, dopo di che alcuni canali K+ si chiudono e Vm si stabilizza

  23. Caratteristiche generali del potenziale d’azione La soglia Lo stimolo soglia è lo stimolo depolarizzante di intensità minima in grado di generare un potenziale d’azione in un neurone La legge del tutto o nulla In un neurone un potenziale d’azione o è generaro e si sviluppa in tutta la sua ampiezza, se lo stimolo raggiunge o supera la soglia, oppure non è generato affatto, se l’ampezza dello stimolo è inferiore alla soglia. La refrattarietà Un neurone, una volta generato un potenziale d’azione viene a trovarsi in uno stato di refrattarietà - periodo di refrattarietà assoluta: nessuno stimolo per quanto intenso è in grado di genrare un secondo potenziale d’azione - periodo di refrattarietà relativa: un secondo stimolo, a condizione che sia sufficientemente più intenso di quello soglia, è in grado di genrare un secondo potenziale d’azione

  24. Soglia Legge del tutto o nulla Refrattarietà con HHsim http://www.cs.cmu.edu/~dst/HHsim/

More Related