The A-type potassium current (I A ) participates in important brain functions, including neuronal excitability, synaptic integration, and regulation of action potential patterns and firing frequency. Based on the characterization of its electrophysiological properties by current and voltage clamp techniques, mathematical models have been developed that reproduce I A function. For such models, it is necessary to numerically solve equations and utilize hardware with special speed and performance characteristics. Since specific software for studying I A is not found on the Internet, the aim of this work was to develop a set of simulators grouped into three computer programs: (1) I A Current, (2) I A Constant-V Curves and (3) I A AP Train. These simulators provide a virtual reproduction of experiments on neurons with the possibility of setting the current and voltage, which allows for the study of the electrophysiological and biophysical characteristics of I A and its effect on the train of action potentials. The mathematical models employed were derived from the work of Connor et al., giving rise to Hodgkin-Huxley type models. The programs were developed in Visual Basic® and the differential equation systems were simultaneously solved numerically. The resulting system represents a breakthrough in the ability to replicate I A activity in neurons.
Experimentación virtual con el simulador dosis-respuesta como herramienta docente en biología RESUMEN Presentamos una estrategia de innovación educativa consistente en la implementación de un proyecto de investigación virtual en biología. En la educación universitaria presencial, algunas prácticas de laboratorio son prohibitivas por sus altos costos. En la educación a distancia existen pocos materiales virtuales que las sustituyan. En este trabajo compartimos la experiencia del uso del simulador dosisrespuesta 1.0 desarrollado en nuestro laboratorio con el objetivo de explorar su usabilidad y niveles de aprendizajes alcanzados. La investigación fue exploratoria con un grupo de alumnos del curso Métodos de investigación I de la carrera de Biología. El trabajo corresponde a una investigación virtual, estructurada, de tipo semicerrado y guiada por supervisión docente especializada, y evaluó dos niveles de conocimiento: el manejo del programa y la comprensión de los conocimientos teóricos. El 69.2% de los alumnos indicaron que el uso del simulador fue fácil. De acuerdo con la taxonomía de Bloom, de 100 a 92.3% realizaron bien actividades en los niveles aplicar y analizar, y de 76.9 a 61.5, en el nivel sintetizar; 7.7% no se adaptaron. Los resultados señalan que los alumnos alcanzan altos niveles de aprendizaje. Los simuladores son una alternativa para la enseñanza cuando las prácticas de laboratorio son costosas.
The presence, in the cell membrane, of high-conductance K+ channels and voltage-gated Ca2+ channels (CaV) forming complexes has been reported. These complexes have important functions in excitable cells. The [Ca2+]i at the mouth of the CaV channel decreases with distance and with the concentration of chelators. For the BK channel to be activated with internal Ca2, a concentration of the order of M is necessary and this implies a closeness between the BK-CaV channels. A simulator of the decay of Ca2+ in the presence of BAPTA to estimate the distance between the channels was developed. The mathematical models were implemented in Visual Basic® 6.0 and were solved numerically. The results indicate the coexistence of L-type CaV channel and BK grouped in nanodomains with a distance between channels of ~30 nm.
Las prácticas de laboratorio virtuales adquieren relevancia en tiempos de pandemia. En este estudio se presenta un simulador de los canales de K+ de alta conductancia (BK) con fines de investigación y de enseñanza-aprendizaje. Estos canales están relacionados con epilepsia e hipertensión arterial. El simulador está basado en el modelo matemático de Gupta y Manchanda, y se implementó en Visual Basic 6.0 para ambiente Windows®. El simulador reproduce los datos experimentales publicados de la cinética de la corriente macroscópica BK de canales transfectados en diferentes células. Los datos simulados y los experimentales no presentaron diferencias (p > 0.05). Con el simulador se pueden realizar experimentos virtuales; determinar parámetros como la sensibilidad al Ca2+ (ΔV1/2), la dependencia de Ca2+ interno y de voltaje; y reproducir la relación conductancia-voltaje (G-V). El simulador es ejecutable en cualquier computadora con recursos mínimos y puede ser utilizado como herramienta didáctica en cursos presenciales y a distancia.
RESUMENEl análisis y comprensión de los procesos fisiológicos de los seres vivos, requiere del desarrollo e interacción académica multidisciplinaria en investigación científica básica, debido a la complejidad y la diversidad biológica de los individuos. Como ejemplo, en este caso se abordan los mecanismos cronobiológicos, cíclicos y circadianos, a nivel molecular. Estos mecanismos, generalmente están basados en un sistema de oscilación periódica diaria (~24 horas), adaptados a las fases día-noche, regulados exógena, endógena y diferencialmente por los estímulos de luz-oscuridad. Algunas de las funciones biológicas, como el reposo, sueño, actividad, locomoción, metabolismo, apareamiento, desarrollo y envejecimiento, son reguladas por estos sistemas de relojes internos, que operan mediante cambios conformacionales protéicos postraduccionales. El primer mecanismo descrito de autorregulación rítmica gen-proteína fue el modelo PER (period), caracterizado a detalle en el insecto Drosophila melanogaster (mosca de la fruta). En este trabajo se presenta el diseño y desarrollo de un simulador interactivo computacional, que reproduce el ritmo circadiano PER. El simulador llamado "OSCILAR-PER," está basado en el modelo propuesto por Goldbeter (1995), fue desarrollado en lenguaje Visual Basic®, versión 5.0, para ambiente Windows®, de XP a Windows 10. Las ecuaciones cinéticas que describen los mecanismos se resolvieron por métodos numéricos. Con este programa se
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