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

Publicado: 2011-12-17

   Robert Córdova-Range

Universidad Central de Venezuela. Escuela de Física, Facultad de Ciencias.

   Engels D'lessandro-Cáceres

Escuela de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela.

   Antonio D'Alessandro-Martínez

Universidad Central de Venezuela. Facultad de Medicina. Instituto de Medicina Experimental, Laboratorio de Contractilidad Miocárdica. Cátedra de Fisiología, Escuela Luis Razetti/ Universidad Simón Bolívar. Dpto. de Procesos Biológicos y Bioquímicos.

Resumen

La contracción y relajación de la célula muscular lisa está controlada por una variación temporal y espacial de la concentración del ión Ca2+ citosólico. Se construyó un modelo físico matemático unidimensional basado en una ecuación de difusión-reacción que describe al transporte del ión Ca2+ que se resolvió numéricamente mediante el uso del paquete computacional COMSOL Multiphysics 3.4â (basado en elemento finito). Se diseñaron experimentos computacionales (“in silico”) para la liberación de Ca2+ desde 1, 2 y 3 canales de rianodina (RyR) y la acción de las Bombas ATP-ásicas del Retículo Sarcoendoplasmático ubicadas en la membrana del Retículo Sarcoplasmático y reingresa el ión al interior del Retículo. Se analizó el comportamiento espacio-temporal transitorio (“sparks” de Ca2+) y estacionario de la concentración citosólica de Ca2+ en lugares muy cercanos a los sitios de liberación y suficientemente alejados de ellos. Se determinó que sólo la acción de bomba ATP-ásica del retículo sarcoplasmático (cuyo flujo de Ca2+ fue modelado por la ecuación de Michaelis-Menten) no garantiza el regreso a la concentración basal durante la relajación, razón por la cual se consideró un segundo término de reacción llamado Flujo de Fuga. También se demostró que la difusión del Ca2+ alcanza su estado estacionario cerca de 50 veces más rápido que cuando se considera la acción del buffer Calmodulina. Como consecuencia de la liberación impulsiva, la concentración pico de Ca2+ en el citosol, es diecisiete (17) veces mayor que la basal. Los cambios transitorios de concentración en puntos cerca del lugar de la liberación ocurren diez (10) veces más rápido que los cambios transitorios en puntos localizados cerca de los extremos del dominio. Se observaron oscilaciones en la concentración del ión Ca2+ en algunos puntos específicos del dominio cuando se dispara más de 1 canal de RyR. El tiempo transcurrido para alcanzar el estado estacionario (relajación) está acorde con los descritos en la literatura para una célula de íleon. 

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