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Previous issue date: 2018-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Ion channels are integral proteins present in cell membranes, being fundamental components in a wide variety of physiological processes, e.g. propagation of the nervous impulse, muscular contraction, control of the cardiac excitability and cellular secretion. The ion channels shift between different states of conductance, sometimes allowing, sometimes interrupting the flow of ions between the cellular compartments. The mechanism of opening and closing ion channels has been modeled as a random process, however, some studies have shown that these transitions in some channels have memory, that is, long-term correlation. Gramicidin A (gA) is a pentadecapeptide produced by Bacillus brevis with the ability to form simple ion channels when inserted into lipid membranes. The structural simplicity, the ability to form channels and the ease of molecular manipulation of gA have made gramicidin a good model for studies of ion channels. There is a large amount of reports about gA channels, however, we did not find studies using mathematical methods of nonlinear dynamics in the analysis of the existence of memory in these channels. In this context we used the Detrended Fluctuation Analysis (DFA) and the Approximate Entropy (ApEn) in the investigation of the existence of memory and complexity in the kinetic process of the gA channels, respectively. The single-channel currents were recorded in real time through a microcomputer coupled to an A / D converter and a patch-clamp amplifier. All experiments were performed under the following experimental conditions: diphytanoyl phosphatidylcholine planar lipid bilayers in 1 M NaCl solution not buffered, initial pH of 6.3 ± 0.2; the transmembrane potential of 200 mV and a temperature of 25 ° C. The conductance of the gA channel was 15.5 ± 0.05 pS. The time constants, , for the gA channel for the open and closed state were 𝑓== 3.1866 ± 0.1752 s and 𝑎= 12.0743 ± 0.8658 s, respectivel. According to the number of events and percentage deletion of time series regions, different behaviors in kinetics of gA channels were observed: antipersistent correlation (𝛼𝐷𝐹𝐴 = 0.4 and 0.44), persistent correlation (𝛼𝐷𝐹𝐴 = 0.63) and presence of random behavior (𝛼𝐷𝐹𝐴 = 0.53 ± 0.2). However, it has been observed in most of the analyzed series that the kinetics of these channels tend to exhibit a random behavior. The results of the ApEn analyzes showed that the series that have random behavior presented greater complexity when compared to the series that have memory. The results obtained allow us to conclude that the kinetic process of the gA channel has high complexity and absence of memory, divergent behavior from those found in many structurally complex ion channels, such as some sodium and potassium channels, which have a deterministic behavior. / Os canais iônicos são proteínas integrais presentes nas membranas celulares, sendo componentes fundamentais em uma grande variedade de processos fisiológicos como propagação do impulso nervoso, contração muscular, controle da excitabilidade cardíaca e secreção celular. Os canais iônicos transitam entre diferentes estados de condutância, ora permitindo, ora interrompendo o fluxo de íons entre os compartimentos celulares. O mecanismo de abertura e fechamento dos canais iônicos tem sido modelado como um processo aleatório, no entanto, alguns trabalhos têm demostrado que essas transições em alguns canais apresentam memória, ou seja, correlação de longo alcance. A gramicidina A (gA) é um pentadecapeptídeo produzido pelo Bacillus brevis com a capacidade de formar canais iônicos simples quando inseridas em membranas lipídicas. A simplicidade estrutural, a capacidade de formar canais e a facilidade de manipulação molecular de gA tornaram a gramicidina um bom modelo para estudos dos canais iônicos. Sabe-se da grande quantidade de relatos sobre os canais de gramicidina, porém, não foi encontrado estudos com o emprego de métodos matemáticos de dinâmica não-linear na análise da existência de memória nesses canais. Nesse contexto empregamos a análise de flutuação destendenciada (DFA) e a entropia aproximada (ApEn) na investigação da existência de memória e complexidade no processo cinético dos canais de gA, respectivamente. As correntes iônicas unitárias foram registradas em tempo real através de um microcomputador acoplado a um conversor A/D e um amplificador de patch-clamp. Todos os experimentos foram realizados nas seguintes condições experimentais: bicamadas lipídicas planas de diftanoil-fosfatidilcolina, solução de NaCl 1 M não tamponada, pH de 6,3±0,2; potencial transmembrana de 200 mV e temperatura de 25°C. O valor da condutância do canal de gA foi de 15,5 ± 0.05 pS. As constantes de tempo para o canal de gA para o estado aberto e no estado fechado foram 𝑎= 3,1866 ± 0,1752 s e 𝑓=12,0743 ± 0,8658 s, respectivamente. Em função do número de eventos e do percentual de deleção de regiões das séries temporais observou-se diferentes comportamentos na cinética dos canais de gA: correlação antipersistente (𝛼𝐷𝐹𝐴=0,4 e 0,44), correlação persistente (𝛼𝐷𝐹𝐴=0,63) e presença de comportamento aleatório (𝛼𝐷𝐹𝐴=0,53±0,2). No entanto, foi observado na maioria das séries analisadas que a cinética desses canais tende a apresentar um comportamento aleatório. Os resultados das análises da ApEn mostraram que as séries que possuem comportamento aleatório apresentaram maior complexidade quando comparados as séries que apresentam memória. Os resultados obtidos permitem concluir que o processo cinético do canal de gA possui de elevada complexidade e ausência de memória, comportamento divergente daqueles encontrados em muitos canais iônicos estruturalmente complexos, como alguns canais de sódio e potássio, que possuem um comportamento determinístico.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede2:tede2/7227 |
| Date | 28 February 2018 |
| Creators | SILVA, Márcia Pereira da |
| Contributors | NOGUEIRA, Romildo de Albuquerque, RODRIGUES, Cláudio Gabriel, MACHADO, Dijanah Cota, TENORIO, Bruno Mendes, PONTUAL, Emmanuel Viana |
| Publisher | Universidade Federal Rural de Pernambuco, Programa de Pós-Graduação em Biociência Animal, UFRPE, Brasil, Departamento de Morfologia e Fisiologia Animal |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRPE, instname:Universidade Federal Rural de Pernambuco, instacron:UFRPE |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | -1510757014399315592, 600, 600, 600, 600, -8922364187987396204, 453670264235017319, 2075167498588264571 |
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