Análisis de corrientes registradas en inside out patch clamp de cilios de células receptoras...
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Análisis de corrientes registradas en inside out patch clamp de cilios de
células receptoras olfatorias de Caudiververa caudiververa
Tomados por Ricardo Delgado
el 30 sep 2004 y el 17 oct 2002
Osvaldo Alvarez 3 de diciembre de 2007
Buscando canales ce cloruro activados por Ca2+
04930023.dat, -30 mV, 10,000 pps-30 mV NMG-Cl 110 mM Ca2+ 0.34 m .
04930023.dat Filtro Gauss 8 polos, low pass 100 Hz-30 mV NMG-Cl 110 mM 0.34 um Ca.
Filtro Gauss 8 polos, low pass 100 Hz
Si se usa un umbral puesto al 50% del salto de corriente, se dejan de ver los eventos más cortos que 3 ms.
5 ms 1 ms
04930023.dat Filtro gauss 8 polos, low pass 100 Hz
-30 mV Filtro Gauss 8 polos, hi pass 1 Hz, Cursor 1 a 2.
Zona 0
S. D. = 0.15 pA
Zona 0
Límite de detección de las transiciones de la corriente:Amplitud: 0.15 pA (5 pS @ 30mV) Duración 3 ms.
04930023.dat Filtro gauss 8 polos, low pass 100 Hz -30 mV NMG-Cl 110 mM 0.34 um Ca.
Zona 1
1.43 pA
1.32 pA 1.84
04930023.dat Filtro gauss 8 polos, low pass 100 Hz -30 mV NMG-Cl 110 mM 0.34 um Ca.
Zona 1 zoom
Cerrados
04930023.dat Filtro gauss 8 polos, low pass 100 Hz -30 mV NMG-Cl 110 mM 0.34 um Ca.
Zona 2
f=a1*exp(-.5*((x-x1)/s1)^2)+a2*exp(-.5*((x-x2)/s2)^2)
Param s.e.a1 0.0913 0.0020a2 0.0371 0.0021s1 0.3040 0.0085s2 0.2894 0.0206x1 -0.3995 0.0081x2 0.7758 0.0194
x2-x1=1.180.02 pA
P(abierto)= 0.71
Cerrados
Abiertos
04930027.dat Filtro gauss 8 polos, low pass 100 Hz -30 mV NMG-Cl 110 mM 3.51 um Ca.
Zona 2
04930027.dat Filtro gauss 8 polos, low pass 100 Hz -30 mV NMG-Cl 110 mM 3.51 um Ca.
Zona 2 zoom
04930027.dat Filtro gauss 8 polos, low pass 100 Hz -30 mV NMG-Cl 110 mM 3.51 um Ca.
Abiertos
0
2
4
6
8
10
12
0 50 100 150 200
Dwell time, ms
Nu
mer
o d
e ev
ento
s
Cerrados
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 50 100 150 200
Dwell time, ms
Nu
mer
o d
e ev
ento
s
Cerrados
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 50 100 150 200
Tiempo, ms
Pro
bab
ilid
ad a
cum
ula
da
Promedio t cerrado 19.6 ms
Abiertos
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 50 100 150 200
Tiempo, ms
Pro
bab
ilid
ad a
cum
ula
da
Promedio t abierto 20.9 ms
Promedio t cerrado 19.6 ms
Frecuencia promedio 25 Hz
pS 636
Promedio t abierto 20.9 ms
Promedio t cerrado 19.6 ms
Resumen 9 min de análisis
Resumen 18.3 s de análisis
04930029.dat Filtro gauss 8 polos, low pass 100 Hz-30 mV NMG-Cl 110 mM 3.51 um Ca. 20 um Niflumic acid
Zona 1
04930029.dat Filtro gauss 8 polos, low pass 100 Hz-30 mV -30 mV NMG-Cl 110 mM 3.51 um Ca. 20 um Niflumic acid
Zona 1 zoom
Cerrados
Abiertos
2.12 pA
Zona 1
04930029.dat Filtro gauss 8 polos, low pass 100 Hz-30 mV NMG-Cl 110 mM 3.51 um Ca. 20 um Niflumic acid
+10 mV 50 uM Ca
0 mV, 10-7 M Ca
+20 mV 50 uM Ca
+30 mV 50 uM Ca
02O17015 al 02O17026 110 NMG-Cl / 10 NaCl
-30 mV 50 uM Ca
+40 mV 50 uM Ca
+50 mV 50 uM Ca
02O17015 al 02O17026 110 NMG-Cl / 10 NaCl
-70 mV 50 uM Ca
-40 mV 50 uM Ca
-60 mV 50 uM Ca
-20 mV 50 uM Ca
02O17015 al 02O17026 110 NMG-Cl / 10 NaCl
-70 mV
-60 mV
-50 mV
-40 mV
02O17015 al 02O17026 110 NMG-Cl / 10 NaCl
-30 mV
-20 mV
+10 mV
+20 mV
+30 mV
02O17015 al 02O17026 110 NMG-Cl / 10 NaCl
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80
Vm, mV
I, p
A
GHK 110/10 02O17016-26
02O17015 al 02O17026 110 NMG-Cl / 10 NaCl
Curva roja canal selectivo para Cl-
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80
Vm, mV
I, p
A
GHK 110/10 02O17016-26 36 pS
02O17015 al 02O17026 110 NMG-Cl / 10 NaCl
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80
Vm, mV
I, p
A
GHK 10/0 02O17016-26
¿Y si fuera selectivo para Na+?
Curva roja canal selectivo para Na+
02O17015 al 02O17026 110 NMG-Cl / 10 NaCl
Análisis de ruido de corrientes macroscópicas.
Determinación del número de canales y de la corriente
unitaria y la probabilidad del abierto.
Lecar, H., and F. Sachs. 1981. Membrane noise analysis. In Excitable Cells in Tissue Culture. P. G. Nelson and M. Lieberman, editors. Plenum Press, New York. 137-172.DeFelice, L. 1981. Introduction to Membrane Noise. Plenum Press, New York.
Para analizar los registros de las corrientes macroscópicas haremos un modelo que supone:
•1) los canales tienen sólo dos estados: conducen o no conducen.
•2) todos los canales son iguales.
•3) no hay interacción entre los canales.
En membrana con un solo canal.
La corriente para el canal cerrado es 0.
La corriente para el canal abierto es i.
La probabilidad de encontrar el canal abierto es p.
La probabilidad de encontrar el canal cerrado es q.
Según la primera suposición p + q = 1
La corriente promedio de la membrana será la suma de la corriente de cada estado multiplicada por la probabilidad de cada estado.
ipqI 0
ipI
Para el caso de la membrana con un solo canal:
gpG
pipiqipI222 0
ppiqpiI22222 1
pqqpiI2222
qppqiI 22
pqiI22
La varianza de la corriente es la suma de las desviaciones de la corriente de cada estado con respecto a la corriente promedio, elevadas al cuadrado y multiplicadas por la probabilidad de cada estado.
2I
Para la membrana con 1 canal
ipI pqiI22
Para una membrana con N canales
NipI pqNiI22
ppNiI 122
Recordar que p + q =1
2222 pNipNiI
N
IIiI
2
2 Es una parábola
Corriente promedio, pA
Var
ianz
a, p
A2
i = 1 pA, N = 1,000
N
IIiI
2
2
iId
d
I
I
0
2
N
IIiI
2
2
Es una parábola
N
Ii
Ipr I
2
Es una recta
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 20 40 60 80 100 120
<I>(p) pS
r(p
) p
S
i
iN
Análisis de la varianza y el promedio de corriente medida en cilios de células receptoras olfatorias.
x
d
riro
rm
ri = resistencia del líquido intracelular por unidad de longitud de cilio ohm m-1
d = longitud de cilio. m
ro = 0 =resistencia por unidad de longitud del medio extracelular.
= constante de espacio, m
rm = 0 = resistencia de la membrana por unidad de longitud del cilio ohm m.
i
m
rr
Larsson et al 1999 Biophys J. 72:1193-1203
/cosh/cosh
0
ddx
VxV
mii
m grrr
/1 pnggm 0
d
riro
rm
xV(0)
gm = 1 /rm S m-1 go = conductancia de la membrana con todos los canales cerrados S m-1
n = número de canales por unidad de longitud del cilio m-1.
= conductancia de los canales S.
p = probabilidad del estado abierto de los canales
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 10 20 30 40 50 60
x , micrometros
V(x
) / V
(0)
/cosh/cosh
0
ddx
VxV mi
i
m grr
r/1 pnggm 0
p = 0
p = 1
n = 100 m-1
= 1 pSd = 30 o 60 m
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 10 20 30 40 50 60
x , micrometros
V(x
) / V
(0)
/cosh/cosh
0
ddx
VxV mi
i
m grr
r/1 pnggm 0
p = 0
p = 1
n = 100 m-1
= 30 pSd = 30 o 60 m
/cosh/cosh
0
ddx
VxV mi
i
m grr
r/1 pnggm 0
N
Ii
Ipr I
2
d
dxxVpnI0
pVNI
222 1 VpNpI dxxVpnpd
I2
0
22 1
)(/2sinh)(/
21
12
pdpd
piI
pr I
)(/2sinh)(/
21
12
pdpd
piI
pr I
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 20 40 60 80 100 120
<I>(p) pA
r(p
) p
A
i
iN
mii
m grr
r/1 pnggm 0
n 100 m
1 pS
d 1 m
V 1 V
0
5
10
15
20
25
30
35
0 20 40 60 80 100 120
<I>(p) pA
r(p
) p
A
)(/2sinh)(/
21
12
pdpd
piI
pr I
i
< iN
mii
m grr
r/1 pnggm 0
n 100 m
30 pS
d 1 m
V 1 V
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 500 1000 1500
<I>(p) pA
r(p
) p
A
)(/2sinh)(/
21
12
pdpd
piI
pr I
<i
< iN
mii
m grr
r/1 pnggm 0
n 100 m
1 pS
d 30 m
V 1 V
y = -0.4x + 33.7
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 20 40 60
Corriente promedio, pA
r(p
), f
A
Larsson et al 1999 Biophys J. 72:1193-1203
i = 0.034 pA @ -40 mV = 0.8 pSn = 26 canales por md = 50 m
p = 0.61 @ Ca2+ 300 M
Rana pipiens .115/115 NaCl, 0.12 a 300 M Ca2+i
0
5
10
15
20
25
30
0 100 200 300 400
<I>(p) pA
r(p
) p
A
)(/2sinh)(/
21
12
pdpd
piI
pr I
<i
<< iN
mii
m grr
r/1 pnggm 0
n 100 m
30 pS
d 30 m
V 1 V
000
2
)0(22 Vng
IiIr
r(p)
pA
<I> pA
)(/2sinh)(/
21
12
pdpd
piI
pr I
Curva negra
Puntos rojoslim d>>
r(p)
pA
<I> pA
000
2
)0(22 Vng
IiIr
)(/2sinh)(/
21
12
pdpd
piI
pr I
Curva negra
Puntos rojoslim d>>
r(p)
pA
<I> pA
000
2
)0(22 Vng
IiIr
)(/2sinh)(/
21
12
pdpd
piI
pr I
Curva negra
Puntos rojoslim d>>
r(p)
pA
<I> pA
2
2Ik
iIr
r(p)
pS
<I> pS
r(p)
pA
<I> pA
2
2Ik
iIr
i encontrada por Solver de Excel
Curva roja
Diameter 0.28 um
Lenght 60 um
Area 54.5 um2 0.908 um2 9.08 um2
Area 5.45E-07 cm2
Capacitance 5.45E-07 uF 9.08E-09 uf 9.08E-08 uF 0.09 pFRinside 11 Mohm 110 Mohm 110 MohmGmembrane 5 pS
Rmembrane 5.00E+12 ohm 5.00E+05 Mohm 500 GohmRm 200ohm cm2 3.67E+08 ohm 2.20E+10 ohmGsingle channel 1.00E+01 pSRsingle channel 1E+11 ohm 100000 Mohm 100 Gohm
Larsson et al 1999 Biophys J. 72:1193-1203
Cilo entero 1 m 10m 10m
CanalNodoClamp
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Tiempo, milisegundos
Inte
nsid
ad d
e co
rrie
nte,
pA
Canal
Clamp
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Canal
Clamp
Inte
nsid
ad d
e co
rrie
nte,
pA
Tiempo, milisegundos
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Canal
Clamp
Inte
nsid
ad d
e co
rrie
nte,
pA
Tiempo, milisegundos
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Canal
Clamp
Inte
nsid
ad d
e co
rrie
nte.
pA
Tiempo, milisegundos
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Serie1
Serie2
Canal
Clamp
Inte
nsid
ad d
e co
rrie
nte,
pA
Tiempo, milisegundos
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Canal
Clamp
Inte
nsid
ad d
e co
rrie
nte
Tiempo, milisegundos
Varianza promedio canal 2 a 6 4.70E-02
Varianza promedio clamp 2 a 6 0.80 E-02
Canal Clamp
Canal