1 Curso Fisiología General 2010Actividades Clases: Lunes 2o bloque (10:15 a 11:45) y jueves 1er y 2do bloques (8:30 a 11:45) sala Profesor Carlos Andrade, optativas pero fuertemente recomendadas. Demostraciones (Trabajos Prácticos): Lunes (14:30 a 19:30). Sala de computación (informe) (obligatorias) Seminarios de estudiantes, Lunes (14:30 a 18:00), sala Profesor Mario Rosenmann. (obligatorios) Horario atención alumnos: Miércoles de 15 a 17 hrs..
2 Estudiantes Profesores AyudantesParticipantes Estudiantes Profesores Ayudantes
3 Delegado curso: designado por sus compañerosProfesores Participantes Dr. Julio Alcayaga Dr. Osvaldo Alvarez Dr. Juan Bacigalupo Dr. Juan Carlos Letelier Dr. Magdalena Sanhueza Dr. Cecilia Vergara Dr. Daniel Wolff Ayudantes Juan Pablo Castillo y Camilo Gouet Delegado curso: designado por sus compañeros
4 rigurosidad, precisión, integración …..paquete de conceptos al finalObjetivos Uds (alumnos): ¿? Nosotros (docentes): rigurosidad, precisión, integración …..paquete de conceptos al final
5 Fisiología General Objetivo: explicar los fenómenos básicos o fundamentales comunes a todas las formas de vida en términos de los principios de la física y la química. Esta constituye una aproximación reduccionista para explicar un conjunto de fenómenos biológicos, que de ninguna manera pretende dar cuenta de todas la dimensiones que caracterizan a los seres vivos. Utilizaremos principalmente las células excitables como modelo
6 Curso de Fisiologia GeneralCurso integrativo que incluye conceptos basicos aprendidos en los cursos de Biologia Celular, Bioquimica, Biologia Molecular, Matematicas, Fisica, Quimica y Fisicoquimica.
7 Todas las células comparten algunas características estructurales y funcionalesPoseen una membrana que determina sus bordes. En la membrana existen componentes que permiten la comunicación selectiva entre el interior y el exterior celular La composición iónica interna de una célula es distinta de la del medio, y existe una diferencia de potencial eléctrico y químico entre la célula y el medio. La generación y mantención de “esta composición intracelular” tiene un costo energético y requiere de mecanismos especializados. La célula utiliza los gradientes iónicos para realizar diversos tipos de trabajos. Desde el punto de vista termodinámico, las células son sistemas abiertos que intercambian materia y energía con el medio (estado estacionario) La mantención de estas características en el tiempo y en el espacio se conoce como homeostasis celular
8 Niveles de organización en el mundo biológicoFisiología General Al cambiar de nivel: surgen propiedades que no necesariamente resultan de la suma de las partes.
9 Tamaño de estructuras celulares(órdenes de magnitud) Organismo (cm - m) (2x) Tejido: 1 cm (2x) Motoneurona: 0,1 mm (100 µm) (/2) Fisiología General Organelo: 1 m (/2) Macro Molécula 10 nm Rodolfo Llinas, El cerebro y el mito del yo
10 Ordenes de Magnitud temporalOrganismo: segundos, horas, años. Tejido: segundos, minutos, horas… Célula: ms, seg, min, horas…. Fisiología General Organelo: ms, seg, min….. Macro Molécula: ns, µs….
11 Organismos Unicelulares Organismos MulticelularesBacterias y protozoos: comportamiento “complejo” (quimiomotaxis) sensores (receptores) movimiento (flagelos) Organismos Multicelulares Deben buscar el alimento sensores movimiento Deben evitar a predadores sensores movimientos “rapidos y coordinado”
12 Otras “necesidades” de los organismos multicelularesDistribución del alimento a todas las células sist circulatorio Mantención de composición interna constante sist excretor Soporte estructural exo o endoesqueleto Reconocimiento propio y de elementos exógenos sist inmune Coordinación de estas funciones sist nervioso y endocrino sist. motor
13 Sentidos y plasticidadOrganismo Entorno Sentidos y plasticidad
14 Sentidos y plasticidad
15 Sentidos y plasticidad15
16 Sentidos y plasticidad
17 Sentidos y plasticidad
18 Sentidos y plasticidad
19 Plasticidad sobrepasadaDead! Plasticidad sobrepasada
20 Sistemas nerviosos de distinta complejidad en invertebradosRed neuronal Sinapsis eléctrica Sinapsis química
21 Sistemas nerviosos de distinta complejidad en invertebradosPlatelminots (Gusanos planos) Anelidos (Gusanos redondos) Moluscos (Gastropodoss) ….cerebro humano
22 Animal No. de neuronas C.elegans Hormiga Pez cebra Drosophila abeja Cucaracha Rana Pulpo Raton (total) Rata (total) Perro (corteza) Gato (corteza) Chimpance (corteza) humanno (corteza) (total) Ballena
23 Por qué usar animales para estudiar el sistema nervioso?
24 synaptoproteomics_stgo04 L1
25 The human brain has... ~1011 Neurons~104 Synapses per nerve cell (some neurons, e.g. Purkinje cells, form even >100,000 synaptic contacts) in total ~1015 synapses ~109 synapses per mm3 wiring (axons) of about 106 km length a typical synapse has the size of E. coli bacterium synaptoproteomics_stgo04 L1 E. Gundelfinger
26 Teorías de formas de comunicación celular (1890)Camilo Golgi Italia, Santiago Ramón y Cajal España, Comunicación eléctrica Comunicación química
27 Dibujos originales a mano de don Santiago Ramon y Cajal
28 Neuronas: células especializadas en la recepción, generación y transmisión de señales eléctricas, entre ellas y con células “efectoras” (músculo, células del sistema endocrino) Dendritas (componente de entrada) Cuerpo celular (componente integrador) Axón (componente conductor) Terminal axonal (componente de salida)
29 Las glias forman parte del sistema nervioso, afectan la actividad neuronal (relación trófica y eléctrica) Astrocyte dysfunction in neurological disorders: a molecular perspective. Seifert et al. Nature Rev 7: , 2006 Kandel
30 Algunos ejemplos que veremos en el curso Kandel
31 Algunas Células Receptoras SensorialesVISION AUDICION OLFATO GUSTO TACTO Bastón Cono Terminaciones Nerviosas Libres Corpúsculo de Meissner Algunas Células Receptoras Sensoriales FIGURA 1. Las células receptoras sensoriales presentan importantes diferencias morfo- lógicas, las que guardan una estrecha relación con su función. En general exhiben una región especializada, claramente discernible, donde ocurre la transducción de la señal sensorial característica en señales eléctricas. Algunas de estas células son neuronas (receptores visuales, olfatorios y táctiles), mientras que otras no lo son (receptores audi- tivos y gustativos) y reciben inervación desde ganglios sensoriales. casas Estructura Funcion Howard Hughes Medicall Institutes
32 Potencial de equilibrio para un ionPotencial de Reposo Potencial de Acción Potencial de equilibrio para un ion Potencial de inversión para una corriente Potencial post sináptico Potencial de receptor
33 El potencial de reposo y el potencial de acción células no excitables células excitables V (mV) 500 Hz Los principales iones involucrados son Na+ y K+. La distribución de estos iones en el medio intra y extracelular es controlada por la Na-K ATPasa
34 El axon gigante de la jibia: mecanismo del potencial de acción diametro axonvelocidad de conduccion
35 Axon de 500 m de diametro con cánula de 100 m
36 La membrana celular separa dos medios conductores, estoes equivalente al circuito eléctrico que se muestra (modelos) Aislante conductor V= iR
37 [Iones] y Potencial de equilibrio-90 a –60 mV Potencial de reposo: interior [Iones] y Potencial de equilibrio “conductor” Axon de jibia Neurona mamifero bicapa “aislante” bomba “conductor”
38 Retroalimentación positiva entre el potencial de membrana y la conductancia de sodio
39 Conductancias macroscopicas asociadas al potencial de acciónAlan Hodgkin Andrew Huxley
40 Es posible registrar la corriente que pasa por un canalErwin Neher Bert Sakmann
41 Algunas caracteristicas del canal de sodio
42 Comunicación química entre células: distinta velocidad y selectividad con que la señal llega a la célula blanco
43 Algunos tipos de receptores de membrana que generan una señal intracelular
44 Comunicación sináptica entre célulasPlaca neuromuscular Neuronas en cerebelo
45 Una conducta refleja simple controlada por conecciones entre neuronas sensoriales y neuronas motoras
46 Un estímulo mecánico se transforma en una señal eléctrica
47 Los mecanismos de memoria a nivel celular se han estudiado en invertebrados En aplysia (caracol marino) se conocen los cambios sinápticos involucrados en las conductas de habituacion, sensibilización y reflejo condicionado
48 Los cambios conductuales implican un cambio estructural en las neuronas sensoriales
49 Sistema Nervioso en humanos (mamíferos)
50 El hipocampo y la amigdala, parte de los hemisferios cerebrales, están bajo la superficie cortical y participan en procesos de memoria, aprendizaje y manejo de las emociones.
51 Ejemplos de funciones cognitivas localizadas en la corteza cerebral.Visualización con una técnica no invasiva (Tomografía de Emisión de Positrones, PET)
52 Algunos conceptos que queremos tengan claros al fin del curso:Concepto de excitabilidad celular e interacciones entre células excitables (sinapsis) Como se genera la distribución desigual de iones entre el espacio intra y extracelular. Potencial de equilibrio para un ion, potencial de inversión de una corriente iónica. Como se genera el potencial de reposo de una célula, como se genera el potencial de acción, propiedades básicas de los canales de iones. Mecanismos de señalización intracelular (rol del calcio). Mecanismos de transducción sensorial en foto, quimio, termo y mecano receptores. Sensibilidad de una célula sensorial, adaptación al estímulo, rango dinámico. Potenciales locales, potencial de receptor y post-sináptico (potencial de placa). Mecanismos de la transmisión sináptica química y eléctrica. Mecanismo de la contracción en músculo esquelético, cardiaco y liso. Como la modulación sináptica genera memoria y aprendizaje a nivel celular.
53 Siempre que enseñes, enseña a dudar de lo que enseñes(José Ortega y Gasset)
54 “Domina la materia, las palabras vendrán por sí solas”(rem tene, verba sequentur) Catone ( AC), político y escritor romano Tu no habrás logrado entender algo realmente a menos que puedas explicárselo a tu abuelita Albert Einstein
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56 Dibujos originales a mano de don Santiago Ramon y CajalTipos de células nerviosas
57 Dibujos originales a mano de don Santiago Ramon y Cajal
58 Distintas “formas” neuronalesKandel Células multipolares motoneurona Cel piramidal hipocampo Cel Purkinje unipolar bipolar pseudo unipolar
59 Neuronas “atípicas” Sin axon definido Dendritas reciben y envian señales Terminales son pre y post-sinapticos
60 En reposo, prima la resistencia a K+ (o su inverso la conductancia)En reposo, prima la resistencia a K+ (o su inverso la conductancia). Durante un potencial de acción la conductancia a sodio y una conductancia a potasio distinta de la de reposo son importantes.
61 La secuencia de eventos en el desarrollo de estaacción refleja
62 History of the synapse concept (2)1950ies: KATZ and coworkers demonstrate that the endplate potential is quantal (MEPPs). Vesicle hypothesis (1956). 1950ies: DE ROBERTIS, PALAY UND PALADE confirm the existence of synapses by electron microscopy. 1970ies - today: molecular and biochemical analysis of individual synapse components, cDNAs of important synaptic proteins are being cloned, patch-clamp techniques available for molecular- physiological characterization of synaptic function, genome projects allow rapid identification and characterization of newly discovered synaptic components (1990ies), postgenomic strategies to identify the proteom of chemical synapses and to assess plastic changes (nowadays). Sir Bernhard Katz George E. Palade synaptoproteomics_stgo04 L1