Sinais eltricos em membranas celulares Potencial de ao

Sinais elétricos em membranas celulares Potencial de ação: do modelo de Hodkgin-Huxley aos canais iônicos Galvani 1737 -1798 Eccles 1903 -1976 Von Helmholtz 1821 -1894 Hodgkin 1914 -1998 Mac. Kinnon 1956 - Ramón y Cajal 1852 -1934 Huxley 1917 - Sherrington 1857 -1952 Bernstein 1839 -1917 Katz 1911 -2003 Neher 1944 - Adrian 1889 -1977 Sakmann 1942 - Dale 1875 -1968 Nature. 1984 Nov 814; 312(5990): 1 21 -7. Primary structure of Electrophorus electricus sodium channel deduced from c. DNA sequence. Noda et al.

Neurônios: Fenótipos 27/01/2022 Sinais Elétricos 2

Neurônio – Condutor eletrolítico ---- - - - ---- - -- Vm= -65 m. V + + ++ ++ ++ + + 27/01/2022 Sinais Elétricos 3

O neurônio é a unidade básica de processamento de informação no sistema nervoso, com domínios funcionais … Dendrites Domínio espacial de recepção de mensagens (informações) transmitidas por neurotransmissores Cell body Transmissão elétrica de informações. Axon Terminals 27/01/2022 Domínio espacial de transmissão informações por neurotranmissores Sinais Elétricos 4

Domínio receptor: dendritos e corpo celular Canais modulados por neurotransmissores, nas regiões de sinapses, ionotrópicas e metabotrópicas, Canais modulados por ações não sinápticas de neurotransmissores. N N Respostas graduadas Modificado de Kandel et al. 1991. 27/01/2022 Sinais Elétricos 5

Os axônios transmitem a informação por potenciais de ação Nos axônios há canais para Na+ e para K+ dependentes (modulados por) de voltagem agrupados em pequenas áreas ou dispersos uniformemente pelo axônio. Estes canais causam o potencial de ação. 27/01/2022 Sinais Elétricos 6

O Potencial de Ação Limiar Reversão da polaridade Cole e Curtis, 1939 Pós-potencial 27/01/2022 Fisiologia de membranas – Potencial de ação 8

Current clamp Voltage clamp

Fixação de voltagem – Pulso retangular de voltagem Vm i Vc 10 mm

A Voltage clamp 27/01/2022 Sinais Elétricos 13

Correntes de Na e de K +45 m. V -110 m. V -75 m. V 0 1 n. A 1 ms

Condutâncias …. Relação I-V

Circuito elétrico equivalente para a membrana do axônio

Modelo HH para GK n bn an 1 -n

Bses empíricas de GK

Condutância a Na - GNa (1 -m) am m bm (1 -h) ah bh h

Bases empíricas para GNa

Bases empíricas para GNa

GNa – Inativação – h (1 -h) Recuperação da Inativação estacionária (1 -h) bh ah h

O modelo de Hodgkin-Huxley para as correntes iônicas por condutâncias dependentes de voltagem

Correntes de membrana em “voltage clamp

Potencial de ação “de membrana” (sem propagação)

Potencial de ação propagado

Modelo de Hodgkin-Huxley 27/01/2022 28

Estrutura primária de canais iônicos 50252 (1999 aa) 25 TMS, N-term is IN TREMBL: Q 9 C 008 REFSEQ_XP: XP_028504|ENSEMBL: ENSP 00000284710; ENSP 00000301518 Voltage-gated sodium channel alpha subunit SCN 1 A MEQTVLVPPGPDSFNFFTRESLAAIERRIAEEKAKNPKPDKKDDDENGPKPNSDLEAGKNLPFIYGDIPPEMVSEPLEDLDPYYINKKTFIVLNKGKAIFRFSA TSALYILTPFNPLRKIAIKILVHSLFSMLIMCTILTNCVFMTMSNPPDWTKNVEYTFTGIYTFESLIKIIARGFCLEDFTFLRDPWNWLDFTVITFAYVTEFVD LGNVSALRTFRVLRALKTISVIPGLKTIVGALIQSVKKLSDVMILTVFCLSVFALIGLQLFMGNLRNKCIQWPPTNASLEEHSIEKNITVNYNGTLINETVFEF DWKSYIQDSRYHYFLEGFLDALLCGNSSDAGQCPEGYMCVKAGRNPNYGYTSFDTFSWAFLSLFRLMTQDFWENLYQLTLRAAGKTYMIFFVLVIFLGSFYLIN LILAVVAMAYEEQNQATLEEAEQKEAEFQQMIEQLKKQQEAAQQAATATASEHSREPSAAGRLSDSSSEASKLSSKSAKERRNRRKKRKQKEQSGGEEKDEDEF QKSESEDSIRRKGFRFSIEGNRLTYEKRYSSPHQSLLSIRGSLFSPRRNSRTSLFSFRGRAKDVGSENDFADDEHSTFEDNESRRDSLFVPRRHGERRNSNLSQ TSRSSRMLAVFPANGKMHSTVDCNGVVSLVGGPSVPTSPVGQLLPGGTTTETEMRKRRSSSFHVSMDFLEDPSQRQRAMSIASILTNTVEELEESRQKCPPCWY KFSNIFSIWDCSPYWLKVKHVVNLVVMDPFVDLAITICIVLNTLFMAMEHYPMTDHFNNVLTVGNLVFTGIFTAEMFLKIIAMDPYYYFQEGWNIFDGFIVTLS LVELGLANVEGLSVLRSFRLLRVFKLAKSWPTLNMLIKIIGNSVGALGNLTLVLAIIVFIFAVVGMQLFGKSYKDCVCKIASDCQLPQRWHMNDFFHSFLIVFR VLCGEWIETMWDCMEVAGQAMCLTVFMMVMVIGNLVVLNLFLALLLSSFSADNLAATDDDNEMNNLQIAVDRMHKGVAYVKRKIYEFIQQSFIRKQKILDEIKP LDDLNNKKDSCMSNHTTEIGKDLDYLKDVNGTTSGIGTGSSVEKYIIDESDYMSFINNPSLTVTVPIAVGESDFENLNTEDFSSESDLEESKEKLNESSSSSEG STVGHRRPVEEQPVVEPEETLEPEACFTEGCVQRFKCCQINVEEGRGKQWWNLRRTCFRIVEHNWFETFIVFMILLSSGALAFEDIYIDQRKTIKTMLEYADKV FTYIFILEMLLKWVAYGYQTYFTNAWCWLDFLIVDVSLVSLTANALGYSELGAIKSLRTLRALRPLRALSRFEGMRVVVNALLGAIPSIMNVLLVCLIFWLIFS IMGVNLFAGKFYHCINTTTGDRFDIEDVNNHTDCLKLIERNETARWKNVKVNFDNVGFGYLSLLQVATFKGWMDIMYAAVDSRNVELQPKYEESLYMYLYFVIF IIFGSFFTLNLFIGVIIDNFNQQKKKFGGQDIFMTEEQKKYYNAMKKLGSKKPQKPIPRPGNKFQGMVFDFVTRQVFDISIMILICLNMVTMMVETDDQSEYVT TILSRINLVFIVLFTGECVLKLISLRHYYFTIGWNIFDFVVVILSIVGMFLAELIEKYFVSPTLFRVIRLARIGRILRLIKGAKGIRTLLFALMMSLPALFNIG LLLFLVMFIYAIFGMSNFAYVKREVGIDDMFNFETFGNSMICLFQITTSAGWDGLLAPILNSKPPDCDPNKVNPGSSVKGDCGNPSVGIFFFVSYIIISFLVVV NMYIAVILENFSVATEESAEPLSEDDFEMFYEVWEKFDPDATQFMEFEKLSQFAAALEPPLNLPQPNKLQLIAMDLPMVSGDRIHCLDILFAFTKRVLGESGEM DALRIQMEERFMASNPSKVSYQPITTTLKRKQEEVSAVIIQRAYRRHLLKRTVKQASFTYNKNKIKGGANLLIKEDMIIDRINENSITEKTDLTMSTAACPPSY DRVTKPIVEKHEQEGKDEKAKGK 27/01/2022 Fisiologia de membranas – Potencial de ação 29

Correntes de Na+ por de canais individuais e pela população 0 m. V -110 m. V 0 1 n. A 1 ms 27/01/2022 Fisiologia de membranas – Potencial de ação 30

Estrutura molecular dos canais Canais para cátions, sensíveis a voltagem 27/01/2022 31

Ativação – Inativação 27/01/2022 Fisiologia de membranas – Potencial de ação 32

Filogenia dos canais para Na+ (Nav) 27/01/2022 Fisiologia de membranas – Potencial de ação 33

VGL-chanome: voltagegated and related cation channel Yu, FH and Catterall, WA, 2004 27/01/2022 Fisiologia de membranas – Potencial de ação 34

Modelo cinético para GNa e para GK F a. Na A b. Na I K(Vm, t) F a. K b. K A