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Los canales iónicos son proteínas embebidas en las membranasbiológ icas con poros que disminuyen la barrera energética para que los iones puedan atravesar las bicapas lipídicas. Esos poros están constituidos por las cadenas laterales de los aminoácidos, pueden o no ser simétricos, y tienen un diámetro que es usualmente un poco mayor que el del ion permeante. En ausencia de un estímulo, el poro se encuentra en un estado cerrado no conductivo ya que sus compuertas impiden la difusión pasiva de los iones. El estímulo incrementa la probabilidad de encontrar al poro en el estado abierto conductivo.
Usualmente el estímulo actúa en un sitio distante del poro desde donde controla alostéricamente la apertura para iniciar la permeación iónica por lo que se ha sugerido que este proceso no participa en la activación.En el seminario les mostraré que el ion cloruro cuando está en el poro de dos canales diferentes directamente facilita la activación. En el primer caso, el estimulo es el ion calcio citosólico. Cuando se une al canal TMEM16A abre el poro y el cloruro permea. Sin embargo, el anión participa sensibilizando al canal para que se abra con menos calcio. En
el otro caso, en el canal CLC-2, el ion cloruro electro-estéricamente "empuja" la compuerta que se encuentra en el poro hasta abrirla para iniciar la permeación. En estos casos, durante su estadía en el poro, el ion permeante acopla la permeación a la activación.

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Categoría: Coloquio de Física

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En esta charla describiré algunos resultados recientes, obtenidos en GrainsLab/IFUAP, para caracterizar el comportamiento colectivo de un sistema granular vibrado conformado por particulas cúbicas. Combinandoexperimentos y simulaciones de dinámica molecular, encontramos que las partículas cúbicas realizan un movimiento tipo Browniano, que difiere
sustancialmente del observado en partículas esféricas bajo las mismas condiciones, y que es originado en las múltiples colisiones de las aristas y lados de los cubos con el plano oscilante. Al incrementar el número de partículas para alcanzar fracciones de llenado cada vez más grandes, el movimiento errático de los cubos es reforzado, esta vez, por colisiones múltiples, lo que da lugar a un comportamiento colectivo interesante. Por ejemplo, al aumentar gradualmente el número de partículas, características de la fase gaseosa, líquida y sólidapueden identificarse analizando el comportamiento de la función de distribución radial y el desplazamiento cuadrático medio. Los resultados de experimentos y simulaciones muestran un acuerdo cualitativo y semi-cuantitativo razonable y, combinados, sugieren que un sistema granular vibrado de partículas cúbicas proporciona un modelo macroscópico ideal de movimiento Browniano.

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Ionic liquid crystals (ILCs) are a class of materials that are in the intersection of ionic liquids and liquid crystals. These materials typically consist of oppositely charged molecules with typically bulky ionic groups. Our work uses atomistic and coarse-grained molecular simulations to explore the behavior of a novel ILC lithium salt to explore its ion-conducting properties, and how these are mutually influenced by ion-pair binding, mesoscale structure and solvent inclusion. In particular, we analyze the relative mobility of Li+ ions and their larger counterions, and discuss the relevance of these results for the development of solid-state single-ion conducting materials for rechargeable batteries.

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Pacemaker ion channels are involved in maintaining electrical activity in oscillatory circuits found in the brain and heart. The activity of these channels is also directly regulated by second messengers such as cAMP which bind to the cyclic nucleotide binding domain in the C-terminus. Macroscopic ligand binding studies suggest that cAMP binds to these channels in a non-monotonic fashion. However, these studies have been controversial and efforts to eliminate this ambiguity using single-molecule techniques is hampered by technical challenges of measuring individual ligand binding events at physiological concentrations. We use nanophotonic zero-mode waveguides to resolve binding dynamics of individual ligands to multimeric HCN1 and HCN2 ion channels. Our studies enable us obtain a direct estimate of the various equilibrium constants associated with each of the ligation states and probe allostery in these ion channels at an unprecedented detail.

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Las Dendritas juegan un rol crítico en la integración de señales en nuestro cerebro. El estudio de la dinámica eléctrica en dichas estructuras en animales vivos ha sido limitado principalmente por su estructura compleja y tamaño, limitando nuestro entendimiento de cómo nuestras neuronas realizan computación en condiciones fisiológicas. 

El estudio presentado aquí combina control optogenetico para perturbar y medir actividad de voltaje en dendritas y somas _in vivo. _Aplicamos estas técnicas en el córtex de ratones y medimos la propagación de señales sinápticas y potenciales retrógrados. Descubrimos dinámica compleja de atenuación y amplificación de potenciales retrógrados, medimos acoplamientos dendrita-dendrita, dendrita-soma y medimos respuestas sensoriales. Nuestra metodología nos permite estudiar cómo nuestras neuronas operan, abriendo nuevas rutas para entender losmecanismos fundamentales de integración de señales neuronales y plasticidad, con aplicaciones al tratamiento y entendimiento de enfermedades neurológicas.

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In the first part of this talk I will give a short introduction to colloids. In the second part, the phases and dynamical states that are induced by external electric fields in a system of very long and thin and highly charged rod-like colloids will be discussed. Experimental results on suspensions of fd-virus particles within the two-phase isotropic-nematic coexistence region will be presented. These fd-virus particles serve as model rod-like colloids, which consist of ds-DNA strands covered with about 6000 coat proteins, they have a length of 880 nm, a thickness of 7 nm, with a persistence length of about 2500 nm. Depending on the electric field strength and the frequency, several phase/state-transitions are induced: a transition from nematic to chiral nematic, from a nematic to a homeotropic state, and a transition to a dynamical state where nematic domains persistently melt and reform. The time scale on which melting and reforming occurs and the size of the domains both diverge at what could be identified as a “non-equilibrium critical point”. An explanation of these phenomena is presented, both on an intuitive level and based on the Smoluchowski equation, which is an equation of motion for the probability density function for the positions and orientations of the rods. 

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La naturaleza ondulatoria de la luz impone límites en la resolución de sistemas ópticos generadores de imágenes. Por más de un siglo, el criterio de Abbe-Rayleigh ha sido utilizado para definir el límite de la resolución espacial que caracteriza a distintos instrumentos generadores de imágenes. 

En esta charla presentaré algunos de los resultados de mi grupo de investigación relacionados con la caracterización “inteligente” de fuentes cuánticas multi-fotónicas, y su potencial en el desarrollo de nuevas técnicas de imagenología óptica cuántica de alta resolución. En particular, hablaremos sobre una cámara cuántica inteligente, desarrollada en colaboración con la Universidad Estatal de Luisiana (LSU), que nos permite super-resolver fuentes coherentes e incoherentes de luz. Esto se logra mediante el uso de las características de auto-aprendizaje de diferentes algoritmos de inteligencia artificial, que permiten identificar las fluctuaciones estadísticas cuánticas de mezclas desconocidas de fuentes de luz, en cada uno de los pixeles de nuestra cámara inteligente. Dado que nuestro protocolo no requiere información a priori de las fuentes de luz observadas (e.g., su naturaleza coherente o incoherente, o sus posiciones relativas) esta nueva tecnología podría ayudar a establecer un nuevo paradigma en el campo de la imagenología óptica, impactando particularmente en la microscopía óptica, el sensado remoto y la astronomía. 

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EN EL AUDITORIO DEL INSTITUTO DE FÍSICA, CAMPUS PEDREGAL

Las nanofibras ópticas son producidas por calentamiento y estiramiento de fibras comerciales. Ha sido posible producir perfiles cónicos y controlar el diámetro de la cintura de la fibra a 500 nm, menor a la longitud de onda de luz roja. Hemos observado y estudiado los modos torsionales de la fibra. Utilizando la transferencia de momento angular de un haz de bombeo es posible enfriar un modo torsional reduciendo su ruido térmico. La aplicación adicional de  retroalimentación permite reducir el ruido térmico por más de un  factor de mil, abriendo esta plataforma a su estudio por optomecánica. 

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La Tierra es un sistema geodinámico de gran complejidad. Para comprender su estructura interna, su origen y su dinámica, los científicos utilizan diferentes métodos. Los métodos de estudio del planeta pueden dividirse en directos e indirectos (a distancia). Un lugar importante entre estos métodos lo tiene el estudio de los campos físicos de origen natural y artificial. El autor examina la estructura de la Tierra y su geodinámica interna a partir del análisis de los datos geofísicos.  

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La comunicación entre células del sistema nervioso depende crucialmente de la interacción entre substancias químicas liberadas por neuronas presinápticas (“neurotranmisores”) y “receptores” presentes en neuronas postsinápticas. Los neurotransmisores son demasiado polares como para penetrar y cruzar la membrana plasmática y por lo tanto deben interactuar con proteínas presentes en la membrana cellular (receptores) que convierten la presencia del neurotransmisor del lado extracelular en un evento del lado intracelular. Dependiendo del tipo de evento intracelular que dicha presencia gatilla, los receptores a neurotransmisores se pueden clasificar en dos grupos: aquellos que catalizan reacciones químicas en el citosol y aquellos que abren poros permeables a iones pequeños a través de de la membrana (“canales iónicos”). En este seminario, me enfocaré exclusivamente en estos últimos. Desde que la existencia de estos receptores/canales (“receptors ionotrópicos”) quedó firmemente establecida en la década de los ’70, tal vez la pregunta más fundamental—y también la más elusiva—ha sido el mecanismo por el cual la unión de ligando a un receptor “desde el lado de afuera” termina abriendo un poro a través de la membrana. Nuestro trabajo reciente sobre este problema ha revelado sorpresas e identificado ideas equivocadas del pasado. Nuestros resultados sugieren que la distancia entre los dominios extracelular y transmembranal juega un rol fundamental en este proceso. En cambio, las interacciones químicas entre aminoácidos que ocupan la interfase entre estos dominios tienen un relevancia mucho menor. La transducción de señales a través de estos receptores ocurre porque los dominios extracelular y transmembranal están a una distancia suficientemente corta como para que cambios conformacionales de un lado resulten en cambios conformacionales del otro lado. El proceso se podría asemejar al “choque” entre dominios de la proteina que, por estar muy cerca el uno del otro, se “golpean” entre sí al moverse.

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