Download Fisiología General - Universidad de Chile

UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS
DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA
FISIOLOGIA GENERAL
Libro de texto:
Latorre, López-Barneo, Bezanilla y Llinás: Biofísica y Fisiología Celular.
(Cell Physiology Source Book 3a Edición 2001, Ed: Nicholas Sperelakis, Academic Press )
El programa, las clases y otros materiales lo encontrarán en: http://cursos.ciencias.uchile.cl (desde allí
ir a cursos, Biología y Fisiología General) o en ftp://einstein.ciencias.uchile.cl/fisiologia2005
Material recomendado adicional
F. Bezanilla The Nerve Impulse. http:\\pb010.anes.ucla.edu
B. Hille: Ionic Channels of Excitable Cells. Ed 2001.
E. Kandel: Cellular Basis of Behavior, Ed 2000.
J. Nicholls et al: From Neuron to Brain, Ed 2001.
Seminarios.
El curso se dividirá en grupos de 2 personas. Cada grupo elegirá un articulo sobre el que hará una
presentación oral en la que participarán ambos integrantes del grupo. La presentación será de 10
minutos por grupo con 5 minutos de tiempo para preguntas. La asistencia a seminarios es
obligatoria.
Demostraciones.
Para algunos capítulos se desarrollarán demostraciones o seminarios. La asistencia a estas actividades es
obligatoria. Para cada demostración los estudiantes harán un informe que deberá ser entregado (una
semana después de la actividad) para evaluación.
Evaluación:
La nota del curso será el promedio de las notas de las pruebas, seminarios e informes, según
ponderación siguiente:
 Tres pruebas teóricas (80%)
 Seminarios bibliográficos (10%)
 Informes (10%)
2
Las fechas de las pruebas son definitivas e impostergables y están en el calendario del curso.
Considere que probablemente tendrá pruebas de microbiología y/o genética muy cercanas a las pruebas
de este curso. Prográmese con anticipación para los 3 “eventos casi simultáneos”. Es posible que una
de las 3 pruebas permita el uso de apuntes, si es así, se les comunicará en el momento de la prueba.
El objetivo de este curso es explicar las bases moleculares de los procesos básicos de fisiología celular.
Esto permitirá que los estudiantes posteriormente comprendan los procesos que se generan a nivel de la
fisiología de órganos y organismos. Se hace especial énfasis en la fisiología de células excitables
desarrollando algunos conceptos a partir de las evidencias experimentales que los generaron.
PROGRAMA:
La Conducción del Impulso Nervioso.
a) Propiedades de cable de los axones: circuito eléctrico equivalente para membranas excitables
(conductancia y capacidad), teoría de cable. El potencial de acción.
b) El modelo de Hodgkin y Huxley para el axón de calamar: métodos de estimulación y registro de
corrientes iónicas, métodos de control del potencial de membrana (el “voltage-clamp”), experimentos de
“voltage-clamp” en el axón gigante del calamar, relaciones corriente-voltaje, activación e inactivación,
separación de las corrientes de sodio y potasio en el axón, el modelo matemático de Hodgkin y Huxley y
sus predicciones (curso temporal de las conductancias, reconstrucción del potencial de acción).
Bases moleculares del potencial de acción.
a) Canales de iones: la técnica del patch-clamp, registro de corrientes de canales únicos.
b) Cinética de apertura y cierre: el modelo de dos estados, “gating currents”, inactivación, modelos de
más de dos estados, modificadores del “gating”, bases moleculares del “gating”.
c) Selectividad iónica. Teoría de selectividad iónica de Eisenman.
Mantención de los gradientes iónicos.
a) Termodinámica del transporte activo
b) Transporte activo primario. La bomba Na+-K+. Bombas de calcio.
c) Transporte activo secundario: Transporte activo de azúcares y aminoácidos en intestino delgado.
d) Distribución pasiva de iones y el equilibrio de Donnan. Regulación del volumen celular.
Transducción sensorial.
a) Mecanismos de transducción de señales: receptores, proteínas G, segundos mensajeros, canales de
iones, cascadas enzimáticas.
b) Sistemas de transducción sensorial: visión, olfato, gusto, audición.
c) Mecanismos de acoplamiento excitación-secreción.
3
d) Mecanismos de acoplamiento excitación-contracción en músculo esquelético y cardiaco.
e) Mecanismo de la contracción muscular.
Transmisión sináptica.
a) Estructura de las sinápsis química y eléctrica.
b) Mecanismos presinápticos: experimentos en la juntura neuromuscular, hipótesis cuántica, liberación
espontánea y evocada. Ca2+ y liberación de neurotransmisores, mecanismos moleculares de la
liberación, proteínas asociadas a las vesículas, zonas activas, canales de Ca2+ y los microdominios de
Ca2+.
c) Mecanismos postsinápticos: el receptor de acetilcolina, el receptor de glutamato.
d) Mecanismos celulares de memoria de corto y largo plazo.
Algunos artículos para los Seminarios Bibliográficos
A biologist examines the mind and behavior. Kety SS. Science 132: 1861-1870 (1960).
Can molecules explain long-term potentiation? Sanes JR, Lichtman JW. Nature Neuroscience 2: 597604, 1999.
Transport, docking and exocytosis of single secretory granules in live chromaffin cells. Steyer JA,
Hortsmann H, Almers W. Nature 388: 474-478, 1997
Optical detection of a quantal presynaptic membrane turnover. Ryan TA, Reuter H, Smith SJ. Nature
388: 478-482.
Different modes of expression of AMPA and NMDA receptors in hippocampal synapses. Takumi Y,
Ramirez-Leon V, Laake P, Rinvik E, Ottersen OP. Nat Neurosci 2: 618-624, 1999.
Functional stoichiometry of Shaker Potassium channel inactivation. MacKinnon R, Aldrich RW, Lee
AW. Science 262: 757-759, 1993
A Thapsigargin-Sensitive Ca++ Pump Is Present in the Pea Golgi Apparatus Membrane. Viviana R.
Ordenes, Francisca C. Reyes, Daniel Wolff, and Ariel Orellana. Plant Physiology 129: 1820-1828,
2002.
The way things move: looking under the hood of molecular motor proteins. Vale RD., Milligan RA.
Science 288: 88-95, 2000.
Tucker T, Fettiplace R. Confocal imaging of calcium microdomains and calcium extrusion in turtle hair
cells. Neuron 15: 1332-1335, 1995.
Sidi S, Friedrich W, Nicolson T. NonmpC TRP channel required for vertebrate sensory hair cell
mechanotransduction. Science 301: 96-99, 2003.
4
Denk W, Holt JR, Shepherd GMG, Corey DP. Calcium imaging of single stereocilia in hair cells:
localization of transduction channels at both ends of tip links. Neuron 15: 1311-1321, 1995.
Reisert J, Matthews HR. Na+-dependent Ca2+ extrusion governs response recovery in frog olfactory
receptor cells. J. Gen. Physiol. 112: 529-535. 1998.
Delgado R, Bacigalupo J. Cilium-attached and excised patch-clamp recordings of odorant-activated
Ca2+-dependent K+ channels from chemosensory cilia of olfactory receptor neurons. Eur. J. Neurosci.
20: 2975-2980, 2004.
Mathews G. Single-channel recordings demonstrate that cGMP opens the light-sensitive ion channel of
the rod photoreceptor. PNAS 84: 299-302,1987.
Yau KW, Nakatani K. Light-induced reduction of cytoplasmic free calcium in retinal rod outer segment.
Nature. 313:579-82, 1985.
Caterina MJ, Rosen TA, Tominaga M, Brake AJ, Julius D. A capsaisin-receptor homologue with a high
threshold for noxious heat. Nature 398: 436-441, 1999.
Más adelante les agregare mas referencias para temas de seminario.
5
Fecha
Clase
(L de 12 a 13:30, J de 8:30 a 11:45)
Profesor
Introducción al curso
C. Vergara
Teoría del cable
Canales de iones. Estructura, métodos de
estudio, excitabilidad, selectividad.
O. Alvarez
O. Alvarez
Canales de iones. Estructura, métodos de
estudio, excitabilidad, selectividad.
O Alvarez
Generación de potenciales de acción.
O Alvarez
Demostraciones, Seminarios
(L de 14:30 a 19)
marzo
Semana Jueves 10
1
2
Lunes 14
3
Jueves 17
Lunes 21
Canales dependientes de
voltaje
Jueves 24
4
Lunes 28
Canales de potasio
Jueves 31
abril
5
Lunes 4
Potenciales de acción “en acción”
J. Bacigalupo
Canales de sodio
Estructura de canales de iones. Canales TRP R. Latorre
Jueves 7
6
Lunes 11
Sesión de discusión con OA
OA
Axón de jibia I
Primera Prueba
Jueves 14
7
Lunes 18
Termodinámica del transporte activo.
D. Wolff
Axón de jibia II
Transporte activo primario
Jueves21
Transporte activo primario y secundario
8
mayo
9
Equilibrio de Donnan
D. Wolff
Jueves 28
Regulación del volumen celular
Mensajeros secundarios I
D. Wolff
J. Bacigalupo
Lunes 2
Mensajeros secundarios II
J. Bacigalupo
Canales de calcio en membrana plasmática y
organelos, canales activados por calcio
Mecanismos de acoplamiento excitaciónsecreción.
Transmisión sinaptica (estructura,
caracteristicas generales)
Transmisión sinaptica (terminales pre y
post-sinaptico, sin. neuromusc, sinapsis
centrales, sinapsis excitatorias e
inhibitorias).
C Vergara
Presentación Seminarios
Alumnos
C Vergara
Seminario M Luxoro
Lunes 25
Jueves 5
10
Lunes 9
Jueves 12
11
Lunes 16
Jueves 19
Presentación Seminarios
Alumnos
J Alcayaga
J Alcayaga
Presentación Seminarios
Alumnos
6
12
Mecanismos de acoplamiento excitación
contracción.
Segunda Prueba (hasta clase jueves 19)
C Vergara
Unidades motoras, contracción muscular.
C Vergara
Cont, clase ant. y mecanismos celulares de
memoria de corto plazo
C Vergara
Lunes 6
Mecanismos celulares de memoria de largo
plazo
C Vergara
Jueves 9
Síntesis de proteínas en botones dendríticos
“Algunos receptores en el SNC”
Transduccion sensorial conceptos generales
C Vergara
J Alcayaga
J Bacigalupo
Lunes 23
Jueves 26
13
Lunes 30
Presentación Seminarios
Alumnos
junio
13
Jueves 2
14
15
Lunes 13
Presentación Seminarios
Alumnos
Presentación Seminarios
Alumnos
Fotorreceptores
Jueves 16
16
17
Lunes 20
Mecanoreceptores
J Bacigalupo
Jueves 23
Quimiorreceptores, Receptores de
temperatura
Clase de cierre
JB/CV
Jueves 30
Sesión de Preguntas
OA/JA/JB/DW/
CV
julio
18
Lunes 4
Tercera Prueba