16/03/2011

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Bases Biofísicas de la Bases Biofísicas de la ExcitabilidadExcitabilidad

Departamento de BiofísicaDepartamento de Biofísica

Facultad de Enfermería

(Material de Uso Interno)

Objetivos de la claseObjetivos de la clase

• Resumen de mecanismos de transporte através de la membrana.

• Estudiar las propiedades eléctricas de lamembranamembrana.

• Circuito equivalente.

• Papel de los iones en el potencial de reposo.

• Generación del Potencial de Acción.

Clasificación de transporteClasificación de transporte

Difusión simple

Transporte PASIVOTransporte Facilitado

- transportadores- canales

Transporte ACTIVO

Primario

Secundariocotransporte

contratransporte

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J

J máx

Difusión Simple

Transporte Mediado

[S]

1/2 J máx

K

Función electrogénica

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Potenciales bioeléctricos

Potencial de lesión: diferencia de potencial entre interior y exterior de un músculo lesionado

VV

Zona lesionada negativa respecto a la sana

Las propiedades eléctricas de la membrana se asocian a su estructura y al movimiento de iones

Membrana en reposo

-diferencia de potencial (Em) está en el orden de –40 a –100 mV

Em = Vi – Ve

-Se puede medir con micropipetas y electrodos, verificándose que el interior es más negativo que el exterior

-La existencia de una diferencia de potencial implica que existe una resistencia en la membrana (rm) y una capacitancia (Cm)

En consecuencia, la membrana se puede esquematizar medianteun circuito equivalente que contemple los 3 elementos

Concentración de los principales iones

Na+ K+ Cl-

[ ]ext

(mmol/l)120 2.5 110

[ ]int(mmol/l) 15 140 3

Potencial de equilibrio

(mV)+50 -100 -90

Fibra muscular esquelética de rana

rm

Circuito equivalente

- analogía estructural de los elementos del circuito

Serie de circuitos conectados por resistencias externas e internas (ambos medios son conductores)

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Circuito equivalente de una fibra

ri: resistencia del medio intracelularre: resistencia del medio extracelular

Valores para la membrana de la fibra de calamar

Resistencia a través de la membrana

rm = 1000 Ωcm2

Resistencia específica del

citoplasma

ri = 29 Ωcm

Resistencia específica del medio

t l lre = 20.5 Ωcm

extracelularCapacidad de

membrana/cm2 Cm = 1 µF/cm2

El circuito equivalente de una fibra explica el Em de una célula y permitedeterminar matemáticamente cual sería la distribución de las corrientes y lospotenciales en algunos casos (fenómenos electrotónicos)

Diferencia de potencial de membrana

‐ 60 mV

Fenómenos electrotónicos

Fenómenos que se refieren a la propagación pasiva producidapor la inyección de corriente a través de la membrana

fuente externa por la que circula corriente eléctrica, de intensidad inferior al umbral, ésta va a circular una parte por el exterior y el resto por el citoplasma atravesando la membrana

Caracterizados por 2 ctes: de tiempo y de espacio

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I saliente, despolariza la membrana++++-------

+++++++

I : movimiento de cargas positivas

I entrante, hiperpolariza la membrana-------------

++++++++

I : movimiento de cargas positivas

I saliente, despolariza la membrana

I entrante, hiperpolariza la membrana

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Respuestas caracterizadas por:ح Cuantifica la lentitud con que una membrana responde

ante un estímulo dado

λCuantifica la distancia a la que se propaga una alteración en el voltaje, frente a un estímulo dado. Está relacionada con la velocidad de conducción.

Membrana en reposo

-Diferencia de potencial (Em) entre el interior y exterior,está en el orden de –40 a –100 mV

Em = Vi – Ve

Vm

-Se puede medir con micropipetas y electrodos, verificándose que el interior es más negativo que el exterior.

¿Cómo influyen las diferentes [ iones ] en el valor de Vm?

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Papel de los iones en el Em y sus posibles cambios

Ecuación de Goldman-Hodking-Katz

Vm = RT x ln P Na. [Na]e + P K. [K]e + P Cl . [Cl ]izF P Na. [Na]i + P K. [K]i + P Cl. [Cl]e

Ley de Nerst

Resaltar Vm‐‐‐‐Ek en reposo

Circuito equivalente de una fibra

ri: resistencia del medio intracelularre: resistencia del medio extracelular

Potencial de acción: variación de potencial, de breve duración,que tiene lugar en cada punto de una membrana de célula excitable, cuando ésta entra en actividad

Excitabilidad Celular:

capacidad de algunos tipos celulares de reaccionar con cambios en el potencial de membrana en reposo frente a

Para que se de un PA, es necesario que exista un estímulo(factor fisicoquímico capaz de producir la respuesta.Mecánico, eléctrico, químico, etc).Para que un estímulo provoque la excitación, es necesarioque su intensidad sea tal que llegue a un determinado valorumbral (valor de potencial de membrana).

p pestímulos de ciertas características

Durante la excitación de la membrana:

- No se modifica la capacitancia de la membrana

- Y qué pasa con las resistencias???

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Movimientos de iones a través de la membranava a generar corrientes iónicas

I = ΔVR

Ley de Ohm

Para canal único

En reposo

B

Analizando en el circuito equivalente

Papel del sodioCanales voltaje‐dependientes

C

Papel del potasio

o activados por voltaje

A

B

C

A-B: Despolarización

Es cualquier cambio en el valor de Vm que hace que éste se vuelva menos negativo

B-C: Repolarización

Es cualquier cambio en el

Vm ≈ VNa

s cua qu e ca b o e evalor de Vm que tiende a hacerlo más negativoHiperpolarización pospotencial

Vm ≈ VK

Mecanismos de generación del PA (axón gigante de calamar)

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Canal de Na +

Estados:

‐Cerrado‐Abierto

Mecanismo molecular del potencial de acción

‐Inactivo

-Umbral de excitación: intensidad del estímulo para provocar un PA

-Ley de todo o nada: estímulo umbral o supraumbral genera potencial de acción de igual amplitud, independientemente de la intensidad del estímulo

-Conducción sin decremento: propagación de PA con amplitud constante. La velocidad de propagación depende del

Propiedades de un potencial de acción

p p g ptamaño de la fibra, presencia o ausencia de mielina

-Período refractario: Absoluto: es el tiempo, inmediatamente después deproducirse un PA durante el cual la célula no responde a otros estímulos

Relativo: período durante el cual la intensidad de los estímulos aplicados, ha de ser mayor de lo normal para provocar un PA en las células

Implicancia del canal de sodio

Preguntas

1- Dibuje un circuito equivalente de un elemento demembrana y explique su utilidad en el estudio del potencialde membrana. ¿Qué entiende por potencial de reposo?

2- Defina las constantes de tiempo y espacio, discuta dequé dependen las mismas y cómo hallarlas.

3- Discuta como puede variar el potencial de membrana deuna célula cuando cambian: a) la concentración de losprincipales iones permeantes en el medio extracelular; b) latemperatura; c) la permeabilidad a los principales iones.

4- Sobre un circuito equivalente que incluya las principalesconductancias iónicas explique la generación de unpotencial de acción.

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Bibliografía

Capítulo 7 y 8 ---- Frumento, Biofísica.

Capítulo 1 y 3 ---- Houssay, Fisiología Humana.