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Canales de iones afectados por la gravedad

Canales de iones afectados por la gravedad


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En la literatura he encontrado que los potenciales de acción se comportan de manera diferente cuando se cambia la gravedad (no se puede acceder por completo).

Las propiedades del potencial de acción dependen de la gravedad. http://link.springer.com/article/10.1007/BF02870977

¿Hay canales iónicos en las neuronas que sean más o menos sensibles a los cambios en la gravedad?


Unidos en la diversidad: canales iónicos mecanosensibles en plantas

Los canales iónicos mecanosensibles (MS) son un mecanismo común para percibir y responder a la fuerza mecánica. Esta clase de mecanorreceptores es capaz de transducir la tensión de la membrana directamente en flujo de iones. En los sistemas de plantas, se ha propuesto que los canales iónicos de MS desempeñan una amplia gama de funciones, desde la percepción del tacto y la gravedad hasta la homeostasis osmótica de los orgánulos intracelulares. Se han identificado tres familias de canales iónicos MS de plantas: las familias de tipo MscS (MSL), actividad complementaria Mid1 (MCA) y potasio de dos poros (TPK). Los canales de estas familias varían ampliamente en estructura y función, se localizan en múltiples compartimentos celulares y conducen iones de cloruro, calcio y / o potasio. Sin embargo, todavía es probable que representen solo una fracción de la diversidad de canales de iones de MS en los sistemas de plantas.

Palabras clave: Mecanotransducción MCA MSL MscS TPK1.

Cifras

Modelos para iones mecanosensibles (MS)…

Modelos de compuerta de canal iónico mecanosensible (MS). ( a ) El modelo de desorden de lípidos.…

Relaciones filogenéticas, localizaciones subcelulares y ...

Relaciones filogenéticas, localizaciones subcelulares y topologías de canales similares a MscS (MSL). ( a )…

Ión mecanosensible (MS) molecularmente no caracterizado ...

Actividades de canales de iones mecanosensibles (MS) no caracterizadas molecularmente identificadas en las membranas de las plantas. Localizado en la membrana plasmática ...


Las plantas sienten la fuerza: cómo las plantas sienten el tacto, la gravedad y otras fuerzas físicas

"Imagínese caminando por el bosque o caminando por el césped", dice Elizabeth Haswell, PhD, profesora asistente de biología en Artes y Ciencias en la Universidad de Washington en St. Louis. "Ahora pregúntese: ¿Saben los arbustos que alguien los está rozando? ¿Sabe la hierba que está siendo aplastada bajo los pies? Por supuesto, las plantas no tienen pensamientos, pero responden a ser tocadas de varias maneras. "

"Está claro", dice Haswell, "que las plantas pueden responder a estímulos físicos, como la gravedad o el tacto. Las raíces crecen hacia abajo, una 'planta sensible' pliega sus hojas y una enredadera se enreda alrededor de un enrejado. Pero apenas estamos comenzando para saber cómo lo hacen ", dice.

En la década de 1980, el trabajo con células bacterianas mostró que tienen canales mecanosensibles, poros diminutos en la membrana celular que se abren cuando la célula se hincha con agua y la membrana se estira, dejando que los átomos cargados y otras moléculas salgan de la célula. El agua sigue a los iones, la célula se contrae, la membrana se relaja y los poros se cierran.

Se han encontrado genes que codifican siete de estos canales en la bacteria. Escherichia coli y 10 en Arabidopsis thaliana, una pequeña planta con flores relacionada con la mostaza y el repollo. Ambos E. coli y Arabidopsis sirven como organismos modelo en el laboratorio de Haswell.

Sospecha que aún quedan muchos canales por descubrir y que demostrarán tener una amplia variedad de funciones.

Recientemente, Haswell y sus colegas del Instituto de Tecnología de California, que son co-investigadores principales en una subvención de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) para analizar canales mecanosensibles, escribieron un artículo de revisión sobre el trabajo hasta ahora para "poner sus pensamientos juntos "mientras se preparaban para escribir la renovación de la subvención. La revisión apareció en la edición del 11 de octubre de Estructura.

La hinchazón de las bacterias puede parecer no estar relacionada con los folletos plegables, pero Haswell está dispuesto a apostar que todos están relacionados y que los canales de iones mecanosensibles están en la parte inferior de todos ellos. Después de todo, los movimientos de la planta, tanto rápidos como lentos, son en última instancia todos impulsados ​​hidráulicamente, donde los iones van a seguir el agua.

Gigante E. coli células

El gran problema con el estudio de los canales iónicos siempre ha sido su pequeño tamaño, lo que plantea formidables desafíos técnicos.

Los primeros trabajos de campo, realizados para comprender los canales iónicos cuya apertura y cierre coordinados crean un impulso nervioso, se realizaron en células excepcionalmente grandes: las células nerviosas gigantes del calamar europeo, que tenían proyecciones lo suficientemente grandes como para ser vistas a simple vista. .

Los experimentos con estos canales finalmente condujeron al desarrollo de una técnica de grabación eléctrica sensible conocida como patch clamp que permitió a los investigadores examinar las propiedades de un solo canal iónico. La grabación con pinza de parche utiliza como electrodo una micropipeta de vidrio que tiene una punta abierta. La punta es lo suficientemente pequeña como para incluir un "parche" de membrana celular que a menudo contiene solo uno o algunos canales iónicos.

El trabajo de pinza de parche demostró que había muchos tipos diferentes de canales iónicos y que estaban involucrados no solo en la transmisión de los impulsos nerviosos, sino también en muchos otros procesos biológicos que implican cambios rápidos en las células.

Los canales mecanosensibles se descubrieron cuando los científicos comenzaron a buscar canales iónicos en bacterias, lo que no fue hasta la década de 1980 porque los canales iónicos estaban asociados con nervios y no se pensaba que las bacterias tuvieran un sistema nervioso.

En E. coli, los canales iónicos están incrustados en la membrana plasmática, que se encuentra dentro de una pared celular, pero incluso si la pared se pudiera quitar, las células son demasiado pequeñas para parchearlas individualmente. Así que el trabajo se realiza con células bacterianas gigantes especialmente preparadas llamadas esferoflastos.

Estos se hacen cultivando E. coli en un caldo que contiene un antibiótico que evita que las células hijas se separen por completo cuando una célula se divide. A medida que las células se multiplican, en el cultivo se forman "serpientes" de muchas células que comparten una sola membrana plasmática. "Si luego digieres la pared celular, se hinchan para formar una gran esfera", dice Haswell.

No es que los esferoplastos sean tan grandes. "Estamos haciendo la mayoría de nuestros estudios en Xenopus ovocitos (huevos de rana), cuyos diámetros son 150 veces mayores que los de los esferoplastos ”, dice.

Tres actividades de canal mecanosensible

Para encontrar canales iónicos en bacterias, los científicos realizaron estudios electrofisiológicos de esferoplastos. Colocaron una pipeta en el esferoplasto y aplicaron succión a la membrana mientras buscaban pequeñas corrientes que fluyeran a través de la membrana.

"Lo que encontraron fue realmente asombroso", dice Haswell. "Hubo tres actividades diferentes que se activan (desencadenan para abrirse) solo por la deformación de la membrana". (Se les llamó "actividades" porque nadie conocía aún su base molecular o genética).

Las tres actividades se denominaron canales mecanosensibles de conductancia grande (MscL), pequeña (MscS) y mini (MscM). Se distinguían entre sí por la tensión que había que introducir para que se abrieran y por su conductancia.

Uno de los laboratorios que trabaja con esferoplastos fue dirigido por Ching Kung, PhD, de la Universidad de Wisconsin-Madison. La proteína MscL fue identificada y su gen fue clonado en 1994 por Sergei Sukharev, PhD, entonces miembro del laboratorio de Kung. Su experimento de tour de force, dice Haswell, implicó la reconstitución de fracciones de la membrana plasmática bacteriana en membranas sintéticas (liposomas) para ver si conferían conductancia de canales grandes.

En 1999, el gen que codifica MscS fue identificado en el laboratorio de Ian Booth, PhD, en la Universidad de Aberdeen. Comparativamente, se ha trabajado poco en el minicanal, que es delicado y a menudo no aparece, dice Haswell, aunque el grupo de Booth identificó recientemente una proteína que contribuye a la actividad de MscM.

Una vez que se conocieron ambos genes, los investigadores realizaron experimentos de eliminación directa para ver qué sucedía con las bacterias que no tenían los genes necesarios para crear los canales. Lo que encontraron, dice Haswell, fue que si faltaban los genes MscL y MscS, las células no podrían sobrevivir a la "descarga osmótica", el equivalente bacteriano de la tortura con agua.

"El ensayo estándar", dice Haswell, "es cultivar las bacterias durante un par de generaciones en un caldo muy salado, para que tengan la oportunidad de equilibrar su concentración de osmolitos internos con la externa". (Los osmolitos son moléculas que afectan la ósmosis o el movimiento del agua dentro y fuera de la célula). "Hacen esto", dice, "tomando osmolitos del medio ambiente y produciendo los suyos propios".

"Entonces", dice, "tomas estas bacterias que están llenas de osmolitos y las arrojas al agua dulce. Si no tienen las proteínas MscS y MscL que les permiten descargar iones para evitar la afluencia incontrolada de agua, no sobrevivas ". Es un poco como arrojar peces de agua salada a un acuario de agua dulce.

¿Por qué hay tres actividades de canal de mecanosensibilidad? El modelo actualmente aceptado, dice Haswell, es que los canales con conductancias más pequeñas son la primera línea de defensa. Se abren temprano en respuesta al choque osmótico, de modo que el canal de gran conductancia, a través del cual pueden escapar las moléculas que necesita la célula, no se abra a menos que sea absolutamente necesario. La respuesta graduada le da a la célula su mejor oportunidad de supervivencia.

Cristalizando las proteínas

El siguiente paso en esta odisea científica, descubrir las estructuras de las proteínas, también fue muy difícil. Las estructuras de proteínas se descubren tradicionalmente purificando una proteína, cristalizándola en una solución de agua y luego bombardeando el cristal con rayos X. Las posiciones de los átomos en la proteína se pueden deducir del patrón de difracción de rayos X.

En cierto sentido, cristalizar una proteína no es tan diferente de cultivar caramelos de roca a partir de una solución de azúcar, pero, como siempre, el diablo está en los detalles. Los cristales de proteínas son mucho más difíciles de cultivar que los cristales de azúcar y, una vez desarrollados, son extremadamente frágiles. Incluso pueden resultar dañados por las sondas de rayos X que se utilizan para examinarlos.

Y para empeorar las cosas, MscL y MscS atraviesan la membrana plasmática, lo que significa que sus extremos, que están expuestos al periplasma fuera de la célula y al citoplasma dentro de la célula, son amantes del agua y sus secciones medias, que están atrapadas en la grasa. membrana, son repelidos por el agua. Debido a esta doble naturaleza, es imposible precipitar proteínas de membrana a partir de soluciones acuosas.

En cambio, la técnica consiste en rodear la proteína con lo que se ha caracterizado como "detergentes altamente artificiales", que los protegen, pero apenas, del agua. Encontrar el equilibrio mágico puede llevar tanto tiempo como una carrera científica.

El primer canal mecanosensible que se cristalizó fue MscL, no la proteína en E. coli pero la molécula análoga (un homólogo) de la bacteria que causa la tuberculosis. Este trabajo se realizó en el laboratorio de uno de los coautores de Haswell, Douglas C. Rees, investigador de Howard Hughes en el Instituto de Tecnología de California.

MscS de E. coli se cristalizó en el laboratorio de Rees varios años después, en 2002, y una proteína MscS con una mutación que la dejó atascada en el presunto estado abierto se cristalizó en el laboratorio de Booth en 2008. "Así que ahora tenemos dos estructuras cristalinas para MscS y dos (de diferentes cepas bacterianas) para MscL ", dice Haswell.

De plantas y mutantes

Hasta este punto, los canales mecanosensibles pueden no parecer tan interesantes porque la vida de las bacterias no es de supremo interés para nosotros a menos que nos estén enfermando.

Sin embargo, dice Haswell, a principios de la década de 2000, los científicos comenzaron a comparar los genes de los canales bacterianos con los genomas de otros organismos y descubrieron que hay secuencias homólogas no solo en otras bacterias sino también en algunos organismos multicelulares, incluidas las plantas.

"Aquí es donde me involucré", dice. "Estaba interesado en la gravedad y la respuesta táctil en las plantas. Vi estos artículos y pensé que estos homólogos eran excelentes candidatos para proteínas que podrían mediar esas respuestas".

"Hay 10 homólogos de MscS en Arabidopsis y no hay homólogos de MscL ", dice." Es más, se encuentran diferentes homólogos no solo en la membrana celular, sino también en las membranas del cloroplasto y mitocondrial. "

El cloroplasto es el orgánulo que captura la luz en una célula vegetal y la mitocondria es su central eléctrica. Se cree que ambos organismos alguna vez fueron independientes que fueron engullidos y esclavizados por células que las encontraron útiles. Sus membranas son vestigios de su pasado de vida libre.

El número de homólogos y su ubicación en las células vegetales sugiere que estos canales hacen mucho más que evitar que las células absorban demasiada agua.

Entonces, ¿qué estaban haciendo exactamente? Para averiguarlo, Haswell se conectó y ordenó Arabidopsis semillas de la colección Salk en La Jolla, California, cada una de las cuales tenía una mutación en uno de los 10 genes del canal.

De estos mutantes ha aprendido que dos de los diez canales controlan el tamaño del cloroplasto y la división adecuada, así como la forma de las hojas. Las plantas con mutaciones en estos dos homólogos del canal MscS tienen cloroplastos gigantes que no se han dividido correctamente. Los cloroplastos monstruosos le valieron a su laboratorio la portada de la edición de agosto de La célula vegetal.

"Demostramos que las bacterias que carecen de MscS y MscL tampoco se dividen correctamente", dice Haswell, "por lo que el vínculo entre estos canales y la división se conserva evolutivamente".

La gran idea

Pero Haswell y sus coautores creen que solo están rascando la superficie. "Basamos nuestra comprensión de esta clase de canales en MscS en sí, que es una forma muy reducida del canal", dice. "Es relativamente pequeño".

"Pero sabemos que algunos de los miembros de esta familia tienen largas extensiones que sobresalen de la membrana, ya sea fuera o dentro de la célula. Sospechamos que esto significa que los canales no solo descargan iones, sino que también envían señales a toda la célula en Pueden integrarse en vías de señalización comunes, como la vía de respuesta al estrés osmótico celular.

Creemos que podemos estar perdiendo mucha complejidad al enfocarnos demasiado exclusivamente en los primeros miembros de esta familia de proteínas que se encuentran y caracterizan ", dice." Creemos que hay un núcleo de canal común que hace que estas proteínas respondan a la tensión de la membrana, pero que todo tipo de regulación funcionalmente relevante puede superponerse a eso ".

"Por ejemplo", dice, "hay un canal en E. coli que está estrechamente relacionado con MscS que tiene una gran extensión fuera de la célula que la hace sensible al potasio. Por lo tanto, es un canal mecanosensible, pero solo se abre en presencia de potasio. Para qué es importante, aún no lo sabemos, pero nos dice que hay otras funciones que no hemos estudiado ".

¿Qué pasa con la planta sensible?

Entonces, ¿estos canales en la parte inferior de los movimientos realmente rápidos de la planta son como la famosa timidez al tacto de la planta sensible? (Para ver una película de este y otros movimientos "násticos" (rápidos), vaya al sitio Plants in Motion mantenido por el colega de Haswell, Roger P. Hangartner de la Universidad de Indiana).

Haswell es prudente. "Es posible", dice ella. "En el caso de Mimosa pudica Probablemente haya un impulso eléctrico que desencadena una pérdida de agua y turgencia en las células en la base de cada valva, por lo que estas proteínas de canal son excelentes candidatas.


La vida en la Tierra está acostumbrada a la gravedad, entonces, ¿qué les sucede a nuestras células y tejidos en el espacio?

¡Mira mamá, sin gravedad! Crédito: NASA, CC BY

Hay una fuerza cuyos efectos están tan profundamente arraigados en nuestra vida cotidiana que probablemente no pensamos mucho en ella: la gravedad. La gravedad es la fuerza que provoca la atracción entre masas. Es por eso que cuando dejas caer un bolígrafo, cae al suelo. Pero debido a que la fuerza gravitacional es proporcional a la masa del objeto, solo los objetos grandes como los planetas crean atracciones tangibles. Es por eso que el estudio de la gravedad se centró tradicionalmente en objetos masivos como los planetas.

Nuestras primeras misiones espaciales tripuladas, sin embargo, cambiaron por completo nuestra forma de pensar sobre los efectos de la gravedad en los sistemas biológicos. La fuerza de la gravedad no solo nos mantiene anclados al suelo, sino que influye en el funcionamiento de nuestros cuerpos en las escalas más pequeñas. Ahora, con la perspectiva de misiones espaciales más largas, los investigadores están trabajando para descubrir qué significa la falta de gravedad para nuestra fisiología y cómo compensarla.

Liberado del agarre de la gravedad

No fue hasta que los exploradores viajaron al espacio que cualquier criatura terrestre pasó tiempo en un entorno de microgravedad.

Los científicos observaron que los astronautas que regresaban habían crecido más y habían reducido sustancialmente la masa ósea y muscular. Intrigados, los investigadores comenzaron a comparar muestras de sangre y tejido de animales y astronautas antes y después de los viajes espaciales para evaluar el impacto de la gravedad en la fisiología. Los astronautas-científicos en el entorno en gran parte libre de gravedad de la Estación Espacial Internacional comenzaron a investigar cómo crecen las células en el espacio.

Sin embargo, la mayoría de los experimentos en este campo se llevan a cabo en la Tierra utilizando microgravedad simulada. Al hacer girar objetos, como células, en una centrífuga a altas velocidades, puede crear estas condiciones de gravedad reducida.

Nuestras células han evolucionado para lidiar con fuerzas en un mundo caracterizado por la gravedad. Si de repente se liberan de los efectos de la gravedad, las cosas comienzan a ponerse extrañas.

En expediciones de meses de duración en el espacio, los cuerpos de los astronautas tienen que lidiar con un entorno libre de gravedad muy diferente al que están acostumbrados en la Tierra. Crédito: NASA, CC BY

Detectando fuerzas a nivel celular

Junto con la fuerza de la gravedad, nuestras células también están sujetas a fuerzas adicionales, incluidas tensiones y esfuerzos cortantes, a medida que cambian las condiciones dentro de nuestros cuerpos.

Nuestras células necesitan formas de sentir estas fuerzas. Uno de los mecanismos ampliamente aceptados es a través de los llamados canales iónicos mecano-sensibles. Estos canales son poros en la membrana celular que permiten que determinadas moléculas cargadas entren o salgan de la célula dependiendo de las fuerzas que detecten.

Un ejemplo de este tipo de mecanorreceptor es el canal iónico PIEZO, que se encuentra en casi todas las células. Coordinan el tacto y la sensación de dolor, según su ubicación en el cuerpo. Por ejemplo, un pellizco en el brazo activaría un canal de iones PIEZO en una neurona sensorial, diciéndole que abra las puertas. En microsegundos, iones como el calcio entrarían en la célula, transmitiendo la información de que el brazo se pellizcó. La serie de eventos culmina con la retirada del brazo. Este tipo de detección de fuerza puede ser crucial, por lo que las células pueden reaccionar rápidamente a las condiciones ambientales.

Sin gravedad, las fuerzas que actúan sobre los canales de iones mecano-sensibles están desequilibradas, lo que provoca movimientos anormales de iones. Los iones regulan muchas actividades celulares si no van a donde deberían cuando deberían, el trabajo de las células se vuelve loco. Se interrumpen la síntesis de proteínas y el metabolismo celular.

Fisiología sin gravedad

Durante las últimas tres décadas, los investigadores han averiguado cuidadosamente cómo determinados tipos de células y sistemas corporales se ven afectados por la microgravedad.

Los canales en la membrana de una célula actúan como guardianes, abriéndose o cerrándose para permitir que las moléculas entren o salgan en respuesta a un estímulo particular. Crédito: Efazzari, CC BY-SA
  • Cerebro: desde la década de 1980, los científicos han observado que la ausencia de gravedad conduce a una mayor retención de sangre en la parte superior del cuerpo y, por lo tanto, a una mayor presión en el cerebro. Investigaciones recientes sugieren que esta presión elevada reduce la liberación de neurotransmisores, moléculas clave que las células cerebrales utilizan para comunicarse. Este hallazgo ha motivado estudios sobre problemas cognitivos comunes, como dificultades de aprendizaje, en los astronautas que regresan.
  • Huesos y músculos: la ingravidez del espacio puede causar más de un 1 por ciento de pérdida ósea por mes, incluso en astronautas que se someten a estrictos regímenes de ejercicio. Ahora los científicos están utilizando los avances en genómica (el estudio de las secuencias de ADN) y proteómica (el estudio de las proteínas) para identificar cómo el metabolismo de las células óseas está regulado por la gravedad. En ausencia de gravedad, los científicos han descubierto que se suprime el tipo de células encargadas de la formación ósea. Al mismo tiempo se activan el tipo de células responsables de la degradación ósea. Juntos se suman a la pérdida ósea acelerada. Los investigadores también han identificado algunas de las moléculas clave que controlan estos procesos.
  • Inmunidad: las naves espaciales están sujetas a una rigurosa esterilización para evitar la transferencia de organismos extraños. Sin embargo, durante la misión Apolo 13, un patógeno oportunista infectó al astronauta Fred Haise. Esta bacteria Pseudomonas aeruginosa, generalmente infecta solo a individuos inmunodeprimidos. Este episodio despertó más curiosidad sobre cómo el sistema inmunológico se adapta al espacio. Al comparar las muestras de sangre de los astronautas antes y después de sus misiones espaciales, los investigadores descubrieron que la falta de gravedad debilita las funciones de las células T. Estas células inmunitarias especializadas son responsables de combatir una variedad de enfermedades, desde el resfriado común hasta la sepsis mortal.

Compensando la falta de gravedad

La NASA y otras agencias espaciales están invirtiendo para apoyar estrategias que prepararán a los humanos para viajes espaciales de mayor distancia. Descubrir cómo resistir la microgravedad es una gran parte de eso.

El mejor método actual para superar la ausencia de gravedad es aumentar la carga en las células de otra manera: mediante el ejercicio. Los astronautas suelen pasar al menos dos horas al día corriendo y levantando pesas para mantener un volumen sanguíneo saludable y reducir la pérdida de masa ósea y muscular. Desafortunadamente, los ejercicios rigurosos solo pueden ralentizar el deterioro de la salud de los astronautas, no prevenirlo por completo.

Los suplementos son otro método que los investigadores están investigando. A través de estudios genómicos y proteómicos a gran escala, los científicos han logrado identificar interacciones químicas específicas entre células afectadas por la gravedad. Ahora sabemos que la gravedad afecta a moléculas clave que controlan procesos celulares como el crecimiento, la división y la migración. Por ejemplo, las neuronas que crecen en microgravedad en la Estación Espacial Internacional tienen menos de un tipo de receptor para el neurotransmisor GABA, que controla los movimientos motores y la visión. Añadiendo más función restaurada de GABA, pero el mecanismo exacto aún no está claro.

La NASA también está evaluando si agregar probióticos a los alimentos espaciales para estimular los sistemas digestivo e inmunológico de los astronautas puede ayudar a evitar los efectos negativos de la microgravedad.

En los primeros días de los viajes espaciales, uno de los primeros desafíos fue descubrir cómo vencer la gravedad para que un cohete pudiera liberarse del tirón de la Tierra. Ahora el desafío es cómo compensar los efectos fisiológicos de la falta de fuerza gravitacional, especialmente durante los vuelos espaciales largos.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.


Fisiología sin gravedad

Cerebro: desde la década de 1980, los científicos han observado que la ausencia de gravedad conduce a una mayor retención de sangre en la parte superior del cuerpo y, por lo tanto, a una mayor presión en el cerebro. Investigaciones recientes sugieren que esta presión elevada reduce la liberación de neurotransmisores, moléculas clave que las células cerebrales utilizan para comunicarse. Este hallazgo ha motivado estudios sobre problemas cognitivos comunes, como dificultades de aprendizaje, en los astronautas que regresan.

Huesos y músculos: la ingravidez del espacio puede causar más de un 1 por ciento de pérdida de masa ósea por mes, incluso en los astronautas que se someten a estrictos regímenes de ejercicio. Ahora los científicos están utilizando los avances en genómica (el estudio de las secuencias de ADN) y proteómica (el estudio de las proteínas) para identificar cómo el metabolismo de las células óseas está regulado por la gravedad. En ausencia de gravedad, los científicos han descubierto que se suprime el tipo de células encargadas de la formación ósea. Al mismo tiempo se activan el tipo de células responsables de la degradación ósea. Juntos se suman a la pérdida ósea acelerada. Los investigadores también han identificado algunas de las moléculas clave que controlan estos procesos.


Defectos genéticos de los canales de iones

Se ha demostrado ahora que varias enfermedades genéticas que presentan defectos en las funciones fisiológicas de los canales iónicos están causadas por mutaciones en los genes que codifican canales iónicos específicos. Por ejemplo, un canal de potasio cardíaco llamado HERG (gen humano relacionado con el éter-a-go-go) actúa para proteger al corazón contra una ritmicidad inapropiada. Las personas que carecen de un gen HERG funcional exhiben una anomalía en su electrocardiograma llamado & # x0022long Q-T syndrome, & # x0022 que las predispone a un paro cardíaco repentino cuando están bajo estrés. La fibrosis quística es el resultado de mutaciones de un canal de cloruro particular llamado regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística.


Cómo las plantas perciben el tacto, la gravedad y otras fuerzas físicas

Elizabeth Haswell, Ph.D., profesora asistente de biología en Artes y Ciencias en la Universidad de Washington en St. Louis, en una cámara de crecimiento con sus "ratas de laboratorio", plantas de Arabidopsis que usa para comprender cómo las plantas responden al tacto, la gravedad y otros Fuerzas mecánicas. Si las plantas de Arabidopsis de tipo salvaje se tocan con frecuencia. su crecimiento está atrofiado. Crédito: David Kilper / WUSTL

(PhysOrg.com) - En el fondo de la capacidad de las plantas para sentir el tacto, la gravedad o un enrejado cercano hay canales mecanosensibles, poros a través de la membrana plasmática de las células que se abren y cierran por la deformación de la membrana. Elisabeth Haswell, Ph.D., bióloga de la Universidad de Washington en St. Louis, está estudiando las funciones que estos canales desempeñan en las plantas de Arabdopsis al cultivar plantas mutantes que carecen de una o más de las 10 posibles proteínas de canal en esta especie.

"Imagínese caminando por el bosque o caminando por el césped", dice Elizabeth Haswell, PhD, profesora asistente de biología en Artes y Ciencias en la Universidad de Washington en St. Louis. "Ahora pregúntese: ¿Saben los arbustos que alguien los está rozando? ¿Sabe la hierba que está siendo aplastada bajo los pies? Por supuesto, las plantas no tienen pensamientos, pero responden a ser tocadas de varias maneras. "

"Está claro", dice Haswell, "que las plantas pueden responder a estímulos físicos, como la gravedad o el tacto. Las raíces crecen hacia abajo, una 'planta sensible' pliega sus hojas y una enredadera se enreda alrededor de un enrejado. Pero apenas estamos comenzando para saber cómo lo hacen ", dice.

En la década de 1980, el trabajo con células bacterianas mostró que tienen canales mecanosensibles, pequeños poros en la membrana celular que se abren cuando la célula se hincha con agua y la membrana se estira, lo que permite que los átomos cargados y otras moléculas salgan de la célula. El agua sigue a los iones, la célula se contrae, la membrana se relaja y los poros se cierran.

Se han encontrado genes que codifican siete de estos canales en la bacteria. Escherichia coli y 10 en Arabidopsis thaliana, una pequeña planta con flores relacionada con la mostaza y el repollo. Ambos E. coli y Arabidopsis sirven como organismos modelo en el laboratorio de Haswell.

Sospecha que aún quedan muchos canales por descubrir y que demostrarán tener una amplia variedad de funciones.

Recientemente, Haswell y sus colegas del Instituto de Tecnología de California, que son co-investigadores principales en una subvención de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) para analizar canales mecanosensibles, escribieron un artículo de revisión sobre el trabajo hasta ahora para "poner sus pensamientos juntos "mientras se preparaban para escribir la renovación de la subvención. La revisión apareció en la edición del 11 de octubre de Estructura.

La hinchazón de las bacterias puede parecer no estar relacionada con los folletos plegables, pero Haswell está dispuesto a apostar que todos están relacionados y que los canales iónicos mecanosensibles están en la parte inferior de todos ellos. Después de todo, los movimientos de la planta, tanto rápidos como lentos, son en última instancia todos impulsados ​​hidráulicamente donde los iones van a seguir el agua.

Gigante E. coli células

El gran problema con el estudio de los canales iónicos siempre ha sido su pequeño tamaño, lo que plantea formidables desafíos técnicos.

Los primeros trabajos de campo, realizados para comprender los canales iónicos cuya apertura y cierre coordinados crean un impulso nervioso, se realizaron en células excepcionalmente grandes: las células nerviosas gigantes del calamar europeo, que tenían proyecciones lo suficientemente grandes como para ser vistas a simple vista. .

Los experimentos con estos canales finalmente condujeron al desarrollo de una técnica de grabación eléctrica sensible conocida como patch clamp que permitió a los investigadores examinar las propiedades de un solo canal iónico. La grabación con pinza de parche utiliza como electrodo una micropipeta de vidrio que tiene una punta abierta. La punta es lo suficientemente pequeña como para incluir un "parche" de membrana celular que a menudo contiene solo uno o algunos canales iónicos.

El trabajo del patch clamp mostró que había muchos tipos diferentes de canales iónicos y que estaban involucrados no solo en la transmisión de los impulsos nerviosos, sino también en muchos otros procesos biológicos que implican cambios rápidos en las células.

Los canales mecanosensibles se descubrieron cuando los científicos comenzaron a buscar canales iónicos en bacterias, lo que no fue hasta la década de 1980 porque los canales iónicos estaban asociados con nervios y no se pensaba que las bacterias tuvieran un sistema nervioso.

En E. coli, los canales iónicos están incrustados en la membrana plasmática, que se encuentra dentro de una pared celular, pero incluso si la pared pudiera ser eliminada, las células son demasiado pequeñas para ser parcheadas individualmente. Así que el trabajo se realiza con células bacterianas gigantes especialmente preparadas llamadas esferoflastos.

Estos se hacen cultivando E. coli en un caldo que contiene un antibiótico que evita que las células hijas se separen por completo cuando una célula se divide. A medida que las células se multiplican, en el cultivo se forman "serpientes" de muchas células que comparten una sola membrana plasmática. "Si luego digieres la pared celular, se hinchan para formar una gran esfera", dice Haswell.

No es que los esferoplastos sean tan grandes. "Estamos haciendo la mayoría de nuestros estudios en ovocitos de Xenopus (huevos de rana), cuyos diámetros son 150 veces mayores que los de los esferoplastos", dice.

Tres actividades del canal mecanosensible

Para encontrar canales iónicos en bacterias, los científicos realizaron estudios electrofisiológicos de esferoplastos. Colocaron una pipeta en el esferoplasto y aplicaron succión a la membrana mientras buscaban pequeñas corrientes que fluyeran a través de la membrana.

"Lo que encontraron fue realmente asombroso", dice Haswell. "Hubo tres actividades diferentes que se activan (desencadenan para abrirse) solo por la deformación de la membrana". (Se les llamó "actividades" porque nadie conocía aún su base molecular o genética).

Las tres actividades se denominaron canales mecanosensibles de conductancia grande (MscL), pequeña (MscS) y mini (MscM). Se distinguían entre sí por la tensión que había que introducir para que se abrieran y por su conductancia.

Uno de los laboratorios que trabaja con esferoplastos fue dirigido por Ching Kung, PhD, de la Universidad de Wisconsin-Madison. La proteína MscL fue identificada y su gen fue clonado en 1994 por Sergei Sukharev, PhD, entonces miembro del laboratorio de Kung. Su experimento de tour de force, dice Haswell, involucró la reconstitución de fracciones de la membrana plasmática bacteriana en membranas sintéticas (liposomas) para ver si conferían conductancia de canales grandes.

Las representaciones de la sección de poros del canal MscS en E. coli en sus configuraciones no conductoras (superior) y abierta (inferior) se basan en estudios de cristalización de rayos X de la estructura de la proteína. La transición entre estados cerrados y abiertos se describe a menudo como similar al estrechamiento y expansión de la pupila del ojo. The “closed” state can still appear to have an opening because amino acids around the opening act as a “hydrophobic plug” that prevents ions from moving through it.

In 1999, the gene encoding MscS was identified in the lab of Ian Booth, PhD, at the University of Aberdeen. Comparatively, little work has been done on the mini channel, which is finicky and often doesn't show up, Haswell says, though a protein contributing to MscM activity was recently identified by Booth's group.

Once both genes were known, researchers did knockout experiments to see what happened to bacteria that didn't have the genes needed to make the channels. What they found, says Haswell, was that if both the MscL and MscS genes were missing, the cells could not survive "osmotic downshock," the bacterial equivalent of water torture.

"The standard assay," Haswell says, "is to grow the bacteria for a couple of generations in a very salty broth, so that they have a chance to balance their internal osmolyte concentration with the external one." (Osmolytes are molecules that affect osmosis, or the movement of water into and out of the cell.) "They do this," she says, "by taking up osmolytes from the environment and by making their own."

"Then," she says, "you take these bacteria that are chockfull of osmolytes and throw them into fresh water. If they don't have the MscS and MscL proteins that allow them to dump ions to avoid the uncontrolled influx of water, they don't survive." It's a bit like dumping saltwater fish into a freshwater aquarium.

Why are there three mechanosenstivie channel activities? The currently accepted model, Haswell says is that the channels with the smaller conductances are the first line of defense. They open early in response to osmotic shock so that the channel of large conductance, through which molecules the cell needs can escape, doesn't open unless it is absolutely necessary. The graduated response thus gives the cell its best chance for survival.

E. coli’s MscL and MscS channels (left), says Haswell, may be reduced forms of mechanosensitive channels. Many of the other known channels have extensions either outside or inside the cell that suggest they are up to something more complex than MscL and MscS. (The small brown clothespins between blue squiggles are a schematic representation of the plasma membrane the channels bridge.)

Crystallizing the proteins

The next step in this scientific odyssey, figuring out the proteins' structures, also was very difficult. Protein structures are traditionally discovered by purifying a protein, crystallizing it out of a water solution, and then bombarding the crystal with X-rays. The positions of the atoms in the protein can be deduced from the X-ray diffraction pattern.

In a sense crystallizing a protein isn't all that different from growing rock candy from a sugar solution, but, as always, the devil is in the details. Protein crystals are much harder to grow than sugar crystals and, once grown, they are extremely fragile. They even can even be damaged by the X-ray probes used to examine them.

And to make things worse MscL and MscS span the plasma membrane, which means that their ends, which are exposed to the periplasm outside the cell and the cytoplasm inside the cell, are water-loving and their middle sections, which are stuck in the greasy membrane, are repelled by water. Because of this double nature it is impossible to precipitate membrane proteins from water solutions.

Instead the technique is to surround the protein with what have been characterized as "highly contrived detergents," that protect them — but just barely — from the water. Finding the magical balance can take as long as a scientific career.

The first mechanosensitive channel to be crystallized was MscL—not the protein in E. coli but the analogous molecule (a homolog) from the bacterium that causes tuberculosis. This work was done in the lab of one of Haswell's co-authors, Douglas C. Rees a Howard Hughes investigator at the California Institute of Technology.

MscS from E. coli was crystallized in the Rees laboratory several years later, in 2002, and an MscS protein with a mutation that left it stuck in the presumed open state was crystallized in the Booth laboratory in 2008. "So now we have two crystal structures for MscS and two (from different bacterial strains) for MscL," Haswell says.

Of plants and mutants

Up to this point, mechanosensitive channels might not seem all that interesting because the lives of bacteria are not of supreme interest to us unless they are making us ill.

However, says, Haswell, in the early 2000s, scientists began to compare the genes for the bacterial channels to the genomes of other organisms and they discovered that there are homologous sequences not just in other bacteria but also in some multicellular organisms, including plants.

"This is where I got involved," she says. "I was interested in gravity and touch response in plants. I saw these papers and thought these homologs were great candidates for proteins that might mediate those responses."

"There are 10 MscS-homologs in Arabidopsis and no MscL homologs," she says. "What's more, different homologs are found not just in the cell membrane but also in chloroplast and mitochondrial membranes. "

The chloroplast is the light-capturing organelle in a plant cell and the mitochondria is its power station both are thought to be once-independent organisms that were engulfed and enslaved by cells which found them useful. Their membranes are vestiges of their free-living past.

The number of homologs and their locations in plant cells suggests these channels do much more than prevent the cells from taking on board too much water.

So what exactly were they doing? To find out Haswell got online and ordered Arabidopsis seeds from the Salk collection in La Jolla, Calif., each of which had a mutation in one of the 10 channel genes.

From these mutants she's learned that two of the ten channels control chloroplast size and proper division as well as leaf shape. Plants with mutations in these two MscS channel homologs have giant chloroplasts that haven't divided properly. The monster chloroplasts garnered her lab the cover of the August issue of The Plant Cell.

"We showed that bacteria lacking MscS and MscL don't divide properly either,"Haswell says, "so the link between these channels and division is evolutionarily conserved."

But Haswell and her co-authors think they are only scratching the surface. "We are basing our understanding of this class of channels on MscS itself, which is a very reduced form of the channel," she says. "It's relatively tiny."

"But we know that some of the members of this family have long extensions that stick out from the membrane either outside or inside the cell. We suspect this means that the channels not only discharge ions, but that they also signal to the whole cell in other ways. They may be integrated into common signaling pathways, such as the cellular osmotic stress response pathway.

We think we may be missing a lot of complexity by focusing too exclusively on the first members of this family of proteins to be found and characterized," she says. "We think there's a common channel core that makes these proteins respond to membrane tension but that all kinds of functionally relevant regulation may be layered on top of that."

"For example," she says, "there's a channel in E. coli that's closely related to MscS that has a huge extension outside the cell that makes it sensitive to potassium. So it's a mechanosensitive channel but it only gates in the presence of potassium. What that's important for, we don't yet know, but it tells us there are other functions out there we haven't studied."

What about the sensitive plant?

So are these channels at the bottom of the really fast plant movements like the sensitive plant's famous touch shyness? (To see a movie of this and other "nastic" (fast) movements, go to the Plants in Motion site maintained by Haswell's colleague Roger P. Hangartner of Indiana University).

Haswell is circumspect. "It's possible," she says. "In the case of Mimosa pudica there's probably an electrical impulse that triggers a loss of water and turgor in cells at the base of each leaflet, so these channel proteins are great candidates.


Classen, D.E. ySponsor, B.S.: Effects of gravity on liposome-reconstituted cardiac gap junction channelling activity. Biochem. Biophys. Res. Com., 161 (1), 358–362 (1989).

Fernandes de Lima, V. M., Goldermann, M. yHanke, W.: The retinal spreading depression. Shaker Verlag, Aachen, Germany, (1999).

Fujieda, S. Mogami, Y. Baba, S. A., Shibata, F. yArasato, T. (1995). Effect of micro gravity on the spatial oscillation behaviour of Belousov-Zhabotinskii reactions catalysed by ferroin. Space Utilization Res., 12, 207–210 (1997).

Fujieda, S., Mogami, Y., Moriyasu, K. yMori, Y.: Nonequilibrium / nonlinear chemical oscillation in the virtual absence of gravity. Adv Space Res., 23 (12), 2057–2063 (1999).

Graille, C., Shlyck, G., Buser, P., Kozlovskaia, I. yRouguel-Buser, A.: Inflight electroretinograms compared to ground controls in behaving monkeys: differences in attentional states? Cerebro. Res. Rev., 28, 52–60 (1998).

Grundel, A., Drescher, J., Spatenko, Y.A. yPolyakov, V.V.: Heart period and heart-period variability during sleep on the MIR space station. J. Sleep Res., 8, 37–43 (1999).

Hanke, W., Goldermann, M., Brand, S. yFernandes de Lima, V.M. The retinal spreading depression: A Model for non-linear behaviour of the brain. In: A perspective look at nonlinear media — from physics to biology and social sciences. Paresi et al., eds, Springer, Berlin, Germany, pp. 227–243 (1998).

Hanke, W., Wiedemann, M. yFernandes de Lima, V. M.: Control of excitability of neuronal tissue by weak external forces. Faraday Discuss., 120, 237–248 (2001).

Meissner, K. yHanke, W.: Patch clamp experiments under microgravity. J. of Gravitational Physiol., 9 (1), 377–378 (2002). Meissner, K., Schwertner, J. and Hanke, W.: Hoch hinaus. Biologie in unserer Zeit, 6, 390–395 (2003).

Rüegg, D.G., Kakebeeke, T.H. yStuder, L.M.: Einfluß der Schwerkraft auf die Fortleitungsgeschwindigkeit von Muskel-Aktionspotentialen. In: Bilanzsymposium Forschung unter Weltraumbedingungen. Kelle, H. and Sahm, P.R., eds., WPF, Aachen, Germany, pp. 752–759 (2000).

Wiedemann, M., Fernandes de Lima, V.M. yHanke, W.: Gravity dependence of waves in the retinal spreading depression and in gel-type Belousov-Zhabotinsky systems. PCCP, 4, 1370–1373 (2002).

Wiedemann, M., Rahmann, H. and Hanke, W.: Gravitational impact on ion channels incorporated into planar lipid bilayers. In: Planar lipid bilyers and their aplications. TiTien and Ottova, eds., Elesevier Sciences. pp., 669–698 (2003).


Mechanosensitive channels are activated by stress in the actin stress fibres, and could be involved in gravity sensing in plants

H. Tatsumi, Department of Physiology, Nagoya University Graduate School of Medicine, 65 Tsurumai Showa-ku, Nagoya Aichi 4668550, Japan.

EcoTopia Science Institute, Nagoya University, Nagoya, Japan

Department of Biology, Tokyo Gakugei University, Tokyo, Japan

Graduate School of Biological Science, Nara Institute of Science and Technology, Nara, Japan

FIRST Research Center for Innovative Nanobiodevice, Nagoya University, Nagoya, Japan

Nagoya University Graduate School of Medicine, Nagoya, Japan

Department of Biology, Tokyo Gakugei University, Tokyo, Japan

Nagoya University Graduate School of Medicine, Nagoya, Japan

H. Tatsumi, Department of Physiology, Nagoya University Graduate School of Medicine, 65 Tsurumai Showa-ku, Nagoya Aichi 4668550, Japan.

EcoTopia Science Institute, Nagoya University, Nagoya, Japan

Department of Biology, Tokyo Gakugei University, Tokyo, Japan

Graduate School of Biological Science, Nara Institute of Science and Technology, Nara, Japan

FIRST Research Center for Innovative Nanobiodevice, Nagoya University, Nagoya, Japan

Nagoya University Graduate School of Medicine, Nagoya, Japan

Department of Biology, Tokyo Gakugei University, Tokyo, Japan

Abstracto

Mechanosensitive (MS) channels are expressed in a variety of cells. The molecular and biophysical mechanism involved in the regulation of MS channel activities is a central interest in basic biology. MS channels are thought to play crucial roles in gravity sensing in plant cells. To date, two mechanisms have been proposed for MS channel activation. One is that tension development in the lipid bilayer directly activates MS channels. The second mechanism proposes that the cytoskeleton is involved in the channel activation, because MS channel activities are modulated by pharmacological treatments that affect the cytoskeleton. We tested whether tension in the cytoskeleton activates MS channels. Mammalian endothelial cells were microinjected with phalloidin-conjugated beads, which bound to stress fibres, and a traction force to the actin cytoskeleton was applied by dragging the beads with optical tweezers. MS channels were activated when the force was applied, demonstrating that a sub-pN force to the actin filaments activates a single MS channel. Plants may use a similar molecular mechanism in gravity sensing, since the cytoplasmic Ca 2+ concentration increase induced by changes in the gravity vector was attenuated by potential MS channel inhibitors, and by actin-disrupting drugs. These results support the idea that the tension increase in actin filaments by gravity-dependent sedimentation of amyloplasts activates MS Ca 2+ -permeable channels, which can be the molecular mechanism of a Ca 2+ concentration increase through gravistimulation. We review recent progress in the study of tension sensing by actin filaments and MS channels using advanced biophysical methods, and discuss their possible roles in gravisensing.


The Relative Refractory Period:

Immediately after the absolute refractory period, the cell can generate an action potential, but only if it is depolarized to a value more positive than normal threshold. This is true because some sodium channels are still inactive and some potassium channels are still open. This is called the relative refractory period. The cell has to be depolarized to a more positive membrane potential than normal threshold to open enough sodium channels to begin the positive feedback loop. The lengths of the absolute and relative refractory periods are important because they determine how fast neurons can generate action potentials.

The neuron is a cell with electric activity. It is based on the idea that neuronal activity can be completely described by the flow of different currents associated with the neuron's membrane. The membrane of the cell has an electric potential Vmetro called membrane potential and is assumed equal at all points of the membrane. The presence of such an electric potential at the membrane of the neuron is the result of the charges balancing between the internal and external environment of the cell. Several types of ions of either positive or negative charge are present outside and inside the cell, and the difference between inner and the outer concentration of the different ion species produces the polarization of the membrane. The membrane potential is measured in Volts (V). The electric activity of a neuron is due to the continuous exchanges of electric currents or charges with other neurons.

To understand the generation of sodium and potassium currents with respect to the action potential generation with the help of remotely triggered equipment.

Hardware neuron model can provide real time processing. By going through the circuit dynamics one can understand both biological as well as physiological behaviors of neuron.

We have designed an analog neuron model using Resistors, transistors, capacitors and externally input voltage. These all are some basic electronic components which will make analog neuron to behave like normal neuron.

  • Resistance represents the difficulty a particle experiences while moving in a medium. It is measured in ohms. The inverse of resistance is conductance. Conductance is the ease at which a particle can move through a medium. It is measured in Siemens. Because they are inversely related, high conductance are correlated to low resistance, and vice versa. It is important to note that generally speaking resistance and conduction in the neuron are dealing with the ability of ions to cross the membrane. Thus it often referred to as membrane resistance or membrane conductance. As such, when the majority of ion channels are closed, few ions cross the membrane, and membrane resistance is said to be high.
  • The capacitor is a passive electronic components consisting of pair of conductors separated by an insulator. The cell membrane is also said to act as a capacitor, and has a property known as capacitance. A capacitor consists of two conducting regions separated by an insulator. A capacitor works by accumulating a charge on one of the conducting surfaces. As this charge builds, it creates an electric field that pushes like charges on the other side of the insulator away. This causes an induced current known as a capacitive current. It is important to realize that there is no current between the conducting surfaces of the capacitor. Capacitance may be defined two ways as:

Thus given a set number of charges on each side of the membrane, a higher capacitance results in a lower potential difference. In a cellular sense, increased capacitance requires a greater ion concentration difference across the membrane.

  • Transistor is an active semiconductor device commonly used to amplify (strengthen) or switch electronic signal. Here we are using 3 transistors, two NPN and one PNP transistor. Transistor has mainly three terminals. Emitter (E), Base (B) and Collector(C). Transistor T1 and T3 are NPN transistor and T2 is a PNP transistor. For an NPN transistor collector voltage is more positive than emitter. So current flows from collector to emitter. For a PNP transistor emitter voltage is more positive than collector. So current flows from emitter to collector.

We have added one diode at the base of T1 to eliminate the bias voltage of T2. Strictly speaking it limits the fast inward current to a short burst.

Here we give an input excitation to the cell membrane as square wave form of amplitude 2Volt peak to peak (Vpáginas), since we want to obtain the output as pulse wave form. A square wave resembles to an impulse wave form in shape when pulse width is low. Here R1 represent a variable resistor which represent the membrane resistance and is inversely proportional to membrane conductance. By varying this R1 membrane conductance can be changed considerably i.e., when membrane resistance (R1) decreases the membrane conductance increases making flow of signals easier. Cm is the membrane capacitance. In any cell membrane there is a charge separation across the cell. The seperation of charge by a insulator causes a capacitive effect on the cell. This effect is modelled as membrane capacitance. If there is only the resistor when the input voltage is applied, then voltage will be changed to steady state value, hence we are using a capacitor Cm along with it which resist this change. When the applied input makes the membrane capacitance to change above threshold value, then only voltage gated sodium channels open. The membrane potential is measured with respect to ground.


When the input excitation is given the membrane capacitance Cm begins to charge, when the voltage across the capacitor reaches more than cut in voltage of transistor T1, the transistor turns on and the current flows from collector to emitter. Then the base voltage of transistor T2 becomes less and T2 also turns on and current flows from emitter to collector i.e., Na channel is on and IN / A begins to flow inwardly. The energy for it provided by an electrical gradient of Na + across the membrane, here it is modelled as EN / A.


The threshold value of potassium channels is modeled as transistor base emitter cut in voltage. The sodium current charges the capacitor C1. When the voltage across the capacitor C1 reaches more than cut in voltage of transistor T3, the transistor turns on and the potassium current flows from collector to emitter outwardly i.e., K channels on. Thus the depolarising phase of an action potential.

By this time membrane capacitor Cm becomes fully charged and begins to discharge i.e., when the capacitor voltage drops transistor T1 turn off, consequently T2. Then sodium current stops its flow i.e., sodium channel closes. As a result capacitor C1 begins to discharge and transistor T3 turn which leads potassium current to stop flow. Thus the repolarising phase of an action potential.

To study the effects of drugs like TEA or TTX on the ion channels.

Some chemical agents can selectively block voltage-dependent membrane channels. Tetrodoxin (TTX), which comes from the Japanese puffer fish, blocks the voltage-dependent changes in Na + permeability, but has no effect on the voltage-dependent changes in K + permeability. This observation indicates that the Na + and K + channels are unique one of these can be selectively blocked and not affect the other. Another agent, tetraethylammonium (TEA), has no effect on the voltage-dependent changes in Na+ permeability, but it completely abolishes the voltage-dependent changes in K + permeability.


Ver el vídeo: La GRAVEDAD NO Existe. Cartas de Newton. Ley gravitacional. Ley gravitatoria (Febrero 2023).