Nas medidas eletrofisiológicas, a presença de uma potencial de difusão perturba a medição precisa do potencial reverso, alterando o potencial de eletrodo. Usando uma ponte de sal de micro-agar, o impacto de difusão potencial é minimizado, que permite uma medição mais precisa dos números de volume de negócios de substrato de proteínas de membrana recombinante reconstituído.
Até à data, mais de 50% de todas as drogas farmacológicas alvo a cinética de transporte de proteínas de membrana. A caracterização eletrofisiológica das proteínas de membrana transportadora reconstituído em membranas de bicamada lipídica é um método poderoso mas delicado para a avaliação das suas propriedades físico-químicas e farmacológicas. O número do volume de negócios de substrato é um parâmetro único que permite a comparação da atividade de proteínas de membrana diferentes. Um electrogenic dos transportes, o gradiente do substrato translocado cria um potencial de membrana que directamente se correlaciona com a taxa de rotatividade do substrato da proteína. Por meio de eletrodos de cloreto de prata, um potencial de difusão, também chamado junção líquida potencial, é induzido, que altera o potencial de eletrodo e perturba significativamente medições de potencial de membrana precisos. Potencial de difusão pode ser minimizado por uma ponte de sal, que equilibra o potencial de eletrodo. Neste artigo, uma ponte de sal de micro-agar é projetada para melhorar a afinação eletrofisiológica, que utiliza micropipetas para a formação de membrana. A solução salina é preenchida em uma ponta da pipeta conta, estabilizada pela adição de agarose e pode facilmente ser montada em um padrão de eletrodo. O potencial de elétrodo de um eletrodo de ponte de microsal é mais estável em comparação com um padrão de eletrodo. A implementação deste sistema estabiliza o potencial de eletrodo e permite medições mais precisas do potencial de membrana gerados por um gradiente de pH. Usando este sistema, as taxas de rotatividade de prótons das transportadoras mitocondriais UCP1 e UCP3 são revogadas e em comparação com medições anteriores.
Proteínas da membrana são alvo de até 60% de todas as drogas farmacêuticas conhecido1. Medidas eletrofisiológicas das proteínas de membrana são uma ferramenta poderosa, mas delicada para analisar o transporte electrogenic de substratos mediada por proteínas de membrana transportadora. A modulação da corrente do transmembrane pela aplicação de tensões constantes ou rampas de tensão permite avaliar as propriedades farmacológicas e físicas das transportadoras, por exemplo, a ativação e inibição de substratos ou os transportes cinética. De especial interesse é o número de volume de negócios de substrato, que exibe a quantidade de substrato que é translocada por uma proteína de membrana por unidade de tempo. É um parâmetro importante quando se compara a cinética de várias proteínas de membrana. Estabelecimento de um gradiente de concentração do substrato carregado através da membrana gera uma força eletromotriz, da qual é deduzido o número de volume de negócios do substrato.
Usando um eletrodo de AgCl, a presença de um buffer de cloreto livre cria um potencial de difusão que altera o potencial de eletrodo e leva a uma mudança nas medições de corrente-tensão2. Embora sempre presente, é insignificante para condutância padrão e medidas de capacidade desde que esses parâmetros são também dependente na encosta da gravação de corrente-tensão (condutância) ou são a diferença de uma única gravação (capacidade), que Cancela o potencial. No entanto, a gravação do potencial reverso, que é criado pelo transporte do substrato, pode significativamente ser perturbada pelo potencial de difusão. Assim, para medidas exatas do potencial reverso, os potenciais de eletrodo tem que ser mantido constante.
O potencial de difusão pode ser minimizada por dois métodos: (i) na presença de uma membrana de BICAMADA, uma concentração de substrato tem que ser aumentada em um lado da membrana3,4, ou (ii) uma ponte de sal equilibra o potencial de eletrodo 5. o primeiro método é altamente dependente da estabilidade das medições. A membrana tem de sobreviver durante vários minutos, a partir da adição de substrato sob agitação até que o substrato é quase igualmente distribuído na solução. Se a membrana rompe no meio, o gradiente de substrato é alterado pelo livre intercâmbio de moléculas carregadas e medições virar imprecisas. O último método equilibra a potencial de difusão, mas é limitado pelo tamanho da afinação. Implementar um pequeno mas funcionamento ponte de sal em uma escala micro para um set-up eletrofisiológico está desafiando6. Para o último método, a solução salina é preenchida em uma dica de conta e estabilizada pela adição de agarose para impedir a difusão da solução de sal para a solução-tampão.
Neste protocolo, uma simples produção de um micro-agar sal ponte e implementação em um set-up eletrofisiológico baseada a pipeta de set-up7 é descrita. Uma dica de conta é ajustada para conter uma solução de KCl 3M com agarose a 1 mol % (p/v) e a ponte de uma solução de eletrodo e buffer de AgCl. A vantagem da ponte de microsal é exibida por vez gravações da mudança de potencial do eletrodo e as medidas mais precisas da membrana potencial em diferentes gradientes de pH. No sistema modelo de proteínas recombinantes, reconstituído em lipossomas, as taxas de rotatividade das transportadoras mitocondriais UCP1 e UCP3 produzidos sob condições similares são revogadas e comparadas ao anterior resultados3,8.
A implementação da micro-agar sal ponte com o eletrodo minimiza sua difusão potencial e permite medições mais precisas do potencial de membrana gerados por um gradiente de pH. Na presença de vários gradientes de pH transmembrana, o potencial de mudança de ambos os eletrodos era aceitável no ΔpH = 0.35 quando comparando com o valor teórico do equilíbrio Nernst potencial (ΦNernst = 23,8 mV para ΔpH = 0,4). No entanto, mais gradientes de pH fisiológico, como para a instância em mitocôndrias entre a matriz e o espaço intermembranar, o eletrodo padrão de AgCl falhou medir precisamente a mudança potencial no ΔpH = 1(Figura 3). O eletrodo em ponte com micro-agar sal entregues os valores que foram muito mais comparáveis com a teoria.
Potencial de difusão também pode ocorrer no eletrodo de referência AgCl se a solução-tampão é alterada durante o experimento. Solução tampão de cloreto livre foi usada nas experiências desde que proteínas de desacoplamento foram sugeridas para o transporte de íons cloreto, e o pH foi ajustado usando Tris ou MES. O potencial de eletrodo, na ausência de uma considerável concentração de cloreto, depende principalmente de impurezas de cloreto na solução tampão. Sua composição é inalterada durante os experimentos, simplesmente resultará em um potencial de deslocamento constante. No entanto, para a medição de uma absoluta diferença de potencial entre os dois eletrodos, um sistema de sal-ponte de ágar simples (Ag/AgCl 3 M KCl) pode também ser utilizado para o eletrodo de referência.
Uma ponte de micro-agar sal equilibra a potencial de difusão por um equilíbrio de potencial do eletrodo. A fim de estabilizar a solução salina, agarose a 1% (p/v) foi adicionado para evitar que a mistura da solução de sal com a solução-tampão. Os íons de sal K+ e Cl– tem mobilidades semelhantes em líquido e equilibrar o potencial de eletrodo. Para instalar corretamente a ponte de sal, a solução de ágar de sal tem de ser suficientemente aquecido para encher a ponta de conta sem quaisquer bolhas de ar e para cobrir o eletrodo de AgCl. Antes de nova utilização, contato elétrico entre o eletrodo de ponte de sal e o eletrodo de referência tem que ser verificado. Dependendo da hora em que a ponte de sal é usada, a solução de sal tem de ser suficientemente gelificada para evitar qualquer mistura da solução de sal com o buffer. Isto é especialmente crítico se K+ ou Cl– transportadores são investigados. A ponte de sal foi usada para um tempo muito curto e a eluição de agarose é insignificante neste intervalo de tempo. Uma maior concentração de agarose de até 5%, ou de ágar-ágar (3% – 5%), permite usar a ponte de sal por um longo período de tempo6,12.
Este método permite determinar a cinética de transporte de um transportador de membrana (i) com taxas de baixo volume de negócios e (ii) de mitochondrial proteínas da membrana interna, que dificilmente pode ser investigado em padrão remendo braçadeira set-ups13. Sua precisão é principalmente dependente da medição potencial reversa, que precisão é diminuída em uma condutância da membrana total baixa e pequenos gradientes de concentração que induzem uma membrana potencial abaixo do ruído de gravação.
Usando esta instalação, foram medidos os índices de volume de negócios de UCP1 e UCP3 produzidos nas mesmas condições. Devido o gradiente de pH mais elevado, as taxas obtidas parecem ser mais precisos e imperturbável por artefatos resultantes a partir da mudança de potencial do eletrodo menor. Ele pode ser usado para mais analisar e comparar os transportadores de membrana mitocondrial produzidos em condições similares.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi financiado pelo fundo de pesquisa austríaco (P31559-B20 para E.E.P.). Os autores Sarah Bardakji agradecer a excelente assistência técnica na produção e reconstituição de mouse UCP1 e UCP3 em proteoliposomes.
Microloader tips | Eppendorf | 5242956.003 | Microcapillary pipette tip |
Ethanol 99% | AustrAlco Österr. Agrar-Alkohol Handelsges.m.b.H | AAAH-5020-07025-230317 | |
Kaliumchlorid | Carl Roth GmbH + Co. Kg | 6781.3 | |
DC supply | Voltcraft | V10/CPG 1940 -01 | |
Agarose Standard | Carl Roth GmbH + Co. Kg | 3810.2 | |
Patch Clamp Amplifier | Heka | ||
Sample tube | Carl Roth GmbH + Co. Kg | 5863.1 | |
Na2SO4 | Carl Roth GmbH + Co. Kg | 8560.3 | |
MES | Carl Roth GmbH + Co. Kg | 4256.2 | |
TRIS | Carl Roth GmbH + Co. Kg | AE15.2 | |
EGTA | Carl Roth GmbH + Co. Kg | 3054.1 | |
Hexane | Sigma-Aldrich | 296090-100ML | |
Hexadecane | Sigma-Aldrich | 296317-100ML | |
Heating wire | Voltcraft | USPS-2250 |