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Modelo matemático unidimensional del efecto de la Calmodulina y SERCA en la difusión del Ca2+ citosólico en una célula de músculo liso.

2013; Universidad de Antioquia; Issue: 48 Linguagem: Espanhol

0121-4004

Antonio D ́Alessandro-Martínez, Robert Córdova-Rangel, Engels D ́Alessandro-Cáceres,

Ion channel regulation and function

La contraccion y relajacion de la celula muscular lisa esta controlada por una variacion temporal y espacial de la concentracion del ion Ca2+ citosolico. Se construyo un modelo fisico matematico unidimensional basado en una ecuacion de difusion-reaccion que describe al transporte del ion Ca2+ que se resolvio numericamente mediante el uso del paquete computacional COMSOL Multiphysics 3.4â (basado en elemento finito). Se disenaron experimentos computacionales (“in silico”) para la liberacion de Ca2+ desde 1, 2 y 3 canales de rianodina (RyR) y la accion de las Bombas ATP-asicas del Reticulo Sarcoendoplasmatico ubicadas en la membrana del Reticulo Sarcoplasmatico y reingresa el ion al interior del Reticulo. Se analizo el comportamiento espacio-temporal transitorio (“sparks” de Ca2+) y estacionario de la concentracion citosolica de Ca2+ en lugares muy cercanos a los sitios de liberacion y suficientemente alejados de ellos. Se determino que solo la accion de bomba ATP-asica del reticulo sarcoplasmatico (cuyo flujo de Ca2+ fue modelado por la ecuacion de Michaelis-Menten) no garantiza el regreso a la concentracion basal durante la relajacion, razon por la cual se considero un segundo termino de reaccion llamado Flujo de Fuga. Tambien se demostro que la difusion del Ca2+ alcanza su estado estacionario cerca de 50 veces mas rapido que cuando se considera la accion del buffer Calmodulina. Como consecuencia de la liberacion impulsiva, la concentracion pico de Ca2+ en el citosol, es diecisiete (17) veces mayor que la basal. Los cambios transitorios de concentracion en puntos cerca del lugar de la liberacion ocurren diez (10) veces mas rapido que los cambios transitorios en puntos localizados cerca de los extremos del dominio. Se observaron oscilaciones en la concentracion del ion Ca2+ en algunos puntos especificos del dominio cuando se dispara mas de 1 canal de RyR. El tiempo transcurrido para alcanzar el estado estacionario (relajacion) esta acorde con los descritos en la literatura para una celula de ileon. Unidimensional Mathematical model of the effect of Calmodulin and SERCA in calcium ion diffusion inside smooth muscle cell cytosol. Abstract: The contraction and relaxation of smooth muscle cells is regulated by a temporal and spatial variation in the cytosolic Ca2+ ion concentration. In this work was elaborated onedimensional physical-mathematical model based in a reaction-diffusion equation that represents Ca2+ ion transport. This equation was numerically resolved using software package COMSOL Multiphysics 3.4 â (based on finite element). It was designed computational experiments (“in silico” experiments) using the release of 1, 2 and 3 Ryanodine Receptors-Channels (RyR) and the action of Ca2+ ATP Pump located on sarcoplasmic reticulum membrane that re-entry the ion to sarcoendoplasmic reticulum inside. It was studied transient (Ca2+ sparks) and stationary space-temporal behavior of Ca2+ cytosolic concentration in locations very near and far enough of liberation sites. It was determined that the sole action of Ca2+ ATP Pump (Sarco-Endoplasmic Reticulum Calcium ATP-asa) does not guarantee the return to baseline concentration at end of relaxation, and thus the action of a second reaction term called Leak Flow was considered. It was also shown that Ca2+ diffusion reaches its steady state about 50 times faster than when was considered the Calmodulin buffer. The impulsive release of Ca2+ ion permits to obtain a Ca2+ concentration peak in the cytosol that is seventeen (17) times the baseline concentration. Transient changes in concentration near of release site occur ten (10) times faster than the transient changes near the ends of the domain. Oscillations were observed in the Ca2+ ion concentration in the domain points when were triggered more than 1 channel RyR. The time elapsed to achieve steady state (relaxation) are consistent with those described in the literature for ileum cells.