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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..
Curso Fisiología General 2010
Actividades
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Participantes
Estudiantes Profesores Ayudantes
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Profesores 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
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Objetivos
Uds (alumnos): ¿?
Nosotros (docentes):
rigurosidad, precisión, integración
…..paquete de conceptos al final
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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
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Curso de Fisiologia General
Curso integrativo que incluye conceptos basicos aprendidos en los cursos de Biologia Celular, Bioquimica, Biologia Molecular, Matematicas, Fisica, Quimica y Fisicoquimica.
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Todas las células comparten algunas características estructurales y funcionales
•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.
•Poseen una membrana que determina sus bordes.
•En la membrana existen componentes que permiten la comunicación selectiva entre el interior y el exterior celular
•La generación y mantención de “esta composición intracelular” tiene un costoenergético 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
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Fisiología General
Niveles de organización en el mundo biológico
Al cambiar de nivel: surgen propiedades que no necesariamente resultan de la suma de las partes.
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Tamaño de estructuras celulares
(órdenes de magnitud)
Motoneurona: 0,1 mm (100 µm)
Organelo: 1 m
Macro Molécula 10 nm
Tejido: 1 cm
(2x)
(2x)
(/2)
(/2)
Fisiología General
Rodolfo Llinas, El cerebro y el mito del yo
Organismo (cm - m)
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Ordenes de Magnitud temporal
Célula: ms, seg, min, horas….
Organelo: ms, seg, min…..
Macro Molécula: ns, µs….
Tejido: segundos, minutos, horas…
Organismo: segundos, horas, años.
Fisiología General
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Organismos Multicelulares
Deben buscar el alimento sensores
movimiento
Deben evitar a predadores sensores
movimientos “rapidos y
coordinado”
Organismos UnicelularesBacterias y protozoos: comportamiento “complejo”
(quimiomotaxis) sensores (receptores) movimiento (flagelos)
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Otras “necesidades” de los organismos multicelulares
Distribución 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
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Sentidos y plasticidad
Organismo
Entorno
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Sentidos y plasticidad
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Sentidos y plasticidad
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Sentidos y plasticidad
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Sentidos y plasticidad
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Sentidos y plasticidad
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Plasticidad sobrepasada
Dead!
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Sistemas nerviosos de distinta complejidad en invertebrados
Sinapsis eléctrica
Sinapsis química
Red neuronal
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Sistemas nerviosos de distinta complejidad en invertebrados
….cerebro humano
Platelminots
(Gusanos planos)
Anelidos
(Gusanos redondos)
Moluscos
(Gastropodoss)
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Animal No. de neuronas
C.elegans 302
Hormiga 10.000
Pez cebra 10.000
Drosophila 100.000
abeja 850.000
Cucaracha 1.000.000
Rana 16.000.000
Pulpo 300.000.000
Raton 4.000.000.000 (total)
Rata 15.000.000.000 (total)
Perro 160.000.000 (corteza)
Gato 300.000.000 (corteza)
Chimpance 6.200.000.000 (corteza)
humanno 11.000.000.000 (corteza)
100.000.000.000 (total)
Ballena 200.000.000.000
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Por qué usar animales para estudiar el sistema nervioso?
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synaptoproteomics_stgo04 L1
24
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synaptoproteomics_stgo04 L1
25
The human brain has...The human brain has...
~10~101111 Neurons Neurons
~10~1044 Synapses per nerve cell (some neurons, e.g. Synapses per nerve cell (some neurons, e.g. Purkinje cells, form even >100,000 synaptic contacts)Purkinje cells, form even >100,000 synaptic contacts)
in total ~10in total ~101515 synapses synapses
~10~1099 synapses per mm synapses per mm33
wiring (axons) of about 10wiring (axons) of about 1066 km length km length
a typical synapse has the size of E. coli bacteriuma typical synapse has the size of E. coli bacterium
E. Gundelfinger
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Comunicación eléctrica Comunicación química
Teorías de formas de comunicación celular (1890)
Camilo GolgiItalia, 1843-1926
Santiago Ramón y CajalEspaña, 1852-1934
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Dibujos originales a mano de don Santiago Ramon y Cajal
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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)
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Las glias forman parte del sistema nervioso, afectan la actividad neuronal (relación trófica y eléctrica)
KandelAstrocyte dysfunction in neurological disorders: a molecular
perspective. Seifert et al. Nature Rev 7: 194-206, 2006
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Algunos ejemplos que veremos en el curso
Kandel
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VISION
AUDICION
OLFATO
GUSTO TACTO
Bastón Cono
Terminaciones Nerviosas Libres
Corpúsculode 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.
VISION
OLFATO
AUDICION
GUSTO TACTO
ConoBastón
Terminaciones Nerviosas Libres
Corpúsculode Meissner
casas
casas
Estructura Funcion
Howard Hughes Medicall Institutes
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Potencial de Reposo
Potencial de Acción
Potencial post sináptico
Potencial de receptor
Potencial de equilibrio para un ion
Potencial de inversión para una corriente
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El potencial de reposo y el potencial de acción células no excitables células excitables
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
500 Hz
V
(m
V)
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Axon gigante
El axon gigante de la jibia:
mecanismo del potencial de acción
diametro axonvelocidad de conduccion
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Axon de 500 m de diametro con cánula de 100 m
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La membrana celular separa dos medios conductores, esto
es equivalente al circuito eléctrico que se muestra (modelos)
Aislante conductorV= iR
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Potencial de reposo:
“aislante”
“conductor”
“conductor”
-90 a –60 mV
[Iones] y Potencial de equilibrio
Axon de jibia
Neurona mamifero
interior
bicapa
bomba
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Retroalimentación positiva entre el potencial de membrana y la conductancia de sodio
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Conductancias macroscopicas asociadas al potencial de acción
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Alan Hodgkin
Andrew Huxley
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Es posible registrar la corriente que pasa por un canal
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Erwin Neher
Bert Sakmann
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Algunas caracteristicas del canal de sodio
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Comunicación química entre células: distinta velocidad y selectividad con que la señal llega a la célula blanco
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Algunos tipos de receptores de membrana que generan
una señal intracelular
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Comunicación sináptica entre células
Placa neuromuscular Neuronas en cerebelo
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Una conducta refleja simple controlada por conecciones entre neuronas sensoriales y neuronas motoras
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Un estímulo mecánico se transforma en una señal eléctrica
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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
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Los cambios conductuales implican un cambio estructural en las neuronas sensoriales
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Sistema Nervioso en humanos (mamíferos)
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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.
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Ejemplos de funciones cognitivas localizadas en la corteza cerebral.
Visualización con una técnica no invasiva (Tomografía de Emisión de Positrones, PET)
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Algunos conceptos que queremos tengan claros al fin del curso:
•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.
Concepto de excitabilidad celular e interacciones entre células excitables
(sinapsis)
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Siempre que enseñes, enseña a dudar de lo que enseñes
(José Ortega y Gasset)
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“Domina la materia, las palabras vendrán por sí solas”
(rem tene, verba sequentur)
Catone (234-149 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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Dibujos originales a
mano de don
Santiago Ramon y
Cajal
Tipos de células nerviosas
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Dibujos originales a mano de don Santiago Ramon y Cajal
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Distintas “formas” neuronales
Kandel
Células multipolares
motoneurona
Cel piramidal hipocampo
Cel Purkinje
unipolar bipolar pseudo unipolar
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Neuronas “atípicas”
Sin axon definido
Dendritas reciben y envian señales
Terminales son pre y post-sinapticos
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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.
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La secuencia de eventos en el desarrollo de esta
acción refleja
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synaptoproteomics_stgo04 L1
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).
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