Potencial de membrana
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MOVIMIENTO DE IONES POR FUERZAS ELÉCTRICAS
Recordemos que para que haya flujo de iones a través de una membrana debe de haber:
• Diferencia de concentración• Diferencia de potencial eléctrico
100 100 NaCl mmol/L
C1 = C2
J12 = J21
Jneto = 0
+-
Na+Na+
Na+Na+
J21 ˃ J12
Jneto ≠ 0Na+
J12 ˃ J21
Jneto ≠ 0Cl-
• El flujo por fuerzas eléctricas es un flujo de número de moles que pasan en la unidad de tiempo
Gradiente de energía eléctrica a ambos lados de la membrana
Área de la membrana
Facilidad con que la membrana deja pasar los iones
Flujo de ionesMol.s-1
E1 – E2
JJss= m . A . = m . A .
C C .
Unidades y términos relacionados
• La diferencia de potencial eléctrico se mide en voltios
• Se define como el trabajo o energía por unidad de carga
• Se expresa en Joule
• La diferencia de potencial eléctrico es una fuerza que impulsa CARGAS ELÉCTRICAS
» Los iones se mueven simplemente porque cada ión tiene carga
La carga de un electrón es: e-: 1,602 x 10-19 Cb (Coulomb)
CARGA DE 1 MOL DE ION MONOVALENTE
Para el Na+: 1 mol de iones Na contiene 6,023 x 1023 iones
Entonces la carga de 1 mol de Na es: 96 488 Cb ~ 96 500 Cb
CONSTANTE DE FARADAY (F)
• Si el ión es divalente o trivalente, la carga por mol será diferente y está dada por:
• La energía eléctrica como fuerza impulsora que mueve estos iones será:
Valencia del ión
Joule/mol
• El flujo unidireccional por gradiente eléctrico, estará dado por:
Al relacionar con espesor de membrana
E = V.F.z
REEMPLAZANDO:
COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD ELÉCTRICA (Pe)
REEMPLAZANDO:
De donde :
Se expresa en cm . S-1
POTENCIAL DE MEMBRANA
La diferencia de concentración de iones a través de una membrana selectivamente permeable crea un potencial de membrana.
Origen de un potencial de membrana: clasificación
A. Potenciales eléctricos asociados a una bomba electrogénica
• Bomba Na/K
B. Potenciales de difusión• Transporte pasivo
» Diferencial de concentración
Cuando el potencial de membrana es generado por la difusión de diferentes iones (por diferente permeabilidad a la membrana)
Depende de : * polaridad de la carga eléctrica de cada ión. * permeabilidad de la membrana para cada ión. * [ ] de cada uno de los iones en el int-ext celular.
Esos iones son: Na+ K+ Cl- →desarrollan potenciales de membrana en membranas de células neuronales, musculares y nervios de conducción. →el gradiente de [ ] de cada uno a través de la membrana determina el VOLTAJE del potencial de membrana.
INTRACELULAR EXTRACELULAR
Na ………10meq/L
K ………..140meq/L
Cl ………. 8meq/L
Na ………142meq/L
K ………..4.5meq/L
Cl ……… 107meq/L
Formas en que un potencial de difusión puede mantenerse
1. Uno de los compartimentos tiene un ión no difusible
» Membrana impermeable al menos a 1 ión» Membrana permeable al menos a otro ión distribuido
asimétricamente» Se genera EQUILIBRIO ELECTROQUÍMICO
2. A uno de los compartimentos le llega un flujo constante de iones
3. Hay un mecanismo de transporte activo que bombea los iones que se pierden del compartimento
DESTINO
ORIGEN
El mantenimiento del Potencial eléctrico requiere del aporte de energía
Con la ecuación de NERNST también se puede calcular el Potencial de Equilibrio de un ión:
ECUACIÓN DE GOLDMAN-HODGKIN-KATZ
Permite estimar el potencial de membrana en función de:A.Permeabilidades (P)B.Concentraciones de los diferentes iones
Aplica sólo para iones monovalentes:Ejemplo – membrana permeable al Na+K+Cl-
(RT/zF)(ln 10) a 22°C
El potencial de membrana generalmente es negativo en el interior celular y es del orden de -60 mV, si bien el rengo de valores para diferentes tipos de células es amplio y variable:
-90mV a -20mV
ECUACIÓN DE CONDUCTANCIA
• Es otra forma de expresar la ecuación de GHK, si se conoce la conductancia de la membrana para cada ión• Surge de considerar a la membrana biológica un modelo de circuito eléctrico
Si consideramos que las células ya tienen establecido su potencial de membrana de reposo (Vm) y que a los lados de la membrana hay un ∆C para ese ión, que generaría un ∆Pot. Eléctrico; la fuerza impulsora sería la diferencia entre estos valores
V = Vm - Ei
Reemplazando:
Ii= Gi (Vm – Ei)
* El valor de la fuerza impulsora es indicativo de la dirección del flujo iónico
CATIONES
ANIONES
VValore negativos = tenderán a entrar en la célula
Valores positivos = tenderán a salir de la célula
VValore negativos = tenderán a salir de la célula
Valores positivos = tenderán a entrar en la célula
)( EVI KKK
De la corriente,
obtenemos,
EIV KKK /
El canal se comporta como una resistencia y una batería en serie
Conductancia y batería en paralelo
Potencial de membrana en reposo (de -50 a -90 mV)
• Es la diferencia de potencial entre el exterior y el interior de la célula en reposo.
• Es el potencial promedio debido a la difusión de todos los iones que pueden atravesar la membrana.
• Es negativo porque» La membrana en reposo es de 20 a 100 veces más
permeable al K+ que a los otros iones.» El K+ se mueve del LIC al LEC y deja un exceso de cargas negativas hacia
el lado citoplasmático de la membrana celular.
» La bomba de Na+/K+ genera negatividad adicional (5 a 20%).
Circuito equivalente y potencial de reposo
N canales suman sus conductancias
Cada población de iones se representa del mismo modo:
Un primer circuito ...Los medios externo e interno son buenos conductores
Fluye corriente a través de las bombas Na/K
La membrana actúa como un condensador
Efecto de la bomba de Na+/K+ en el potencial de reposo
Voltímetro de alta impedancia
Microelectrodos
Osciloscopio de rayos catódicos
Potencial de reposo en la membranade la célula nerviosa
•De reposo: cuando no están transmitiendo señales = - 90 mV
•Es producido por: *DIFUSIÓN PASIVA DEL K: a través de un canal proteico = - 94 mV
*DIFUSIÓN PASIVA DEL Na: a través de canales proteicos pero con menos permeabilidad que el K = + 61 mV
La combinación de ambos generan un POTENCIAL NETO de – 86 mV
*BOMBA Na-K: saca 3 Na+ y mete 2 K = - 90 Mv
El potencial de acción
•Permite transmitir señales nerviosas en las células nerviosas •Son cambios rápidos del potencial de membrana y que se desplaza a lo largo de la fibra nerviosa.
•ETAPAS: *REPOSO: la membrana está POLARIZADA con – 90 mV
*DESPOLARIZACIÓN: > permeab Na+ = entra Na+ a la célula se positiviza el interior celular (porque el potencial de membrana disminuye a -50, -70 mV se abren canales de Na+ por VOLTAJE)
*REPOLARIZACION: < permeab K+ = sale K+ = se nega- tiviza el interior celular nuevamente
Periodo de latencia
Overshot
ESTÍMULOCAMBIO EN LA
PERMEABILIDADAL Na+
Ingresa Na+
Se abren canales de Na+
Disminuye laCarga (-) adentro.
DESPOLARIZACIÓN
Inmediatamente que disminuye la
permeabilidad al Na+, aumenta al K+.Se cierran canales de Na+ y
Se abren canales de K+
Comienza a salir K+ y se restablece la
carga negativa adentro.
REPOLARIZACIÓN
La permeabilidad al K+ cambia tanto que sigue saliendo K+ haciendo mas negativa de lo
normal.HIPERPOLARIZACIÓNLos canales de K+ siguen abiertos
La bomba de Na+ y K+ regenera el valor de
PMR.
AFUERA
ADENTRO
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Potencial de acción en meseta
Na+
A
•A : DESPOLARIZACIÓN. por canales rápidos de Na ab por volt. •B : MESETA. Prologación del Tiempo de despolarización = T de contracción musc card. Es por canales lentos de Ca por voltaje•C: REPOLARIZACIÓN. Por entrada de K (abertura de canales de K) y termina entrada de Na (se cierran los canales)
B
C
K+
CA
Periodos refractarios
Inicio del potencial de accion
Cualquier acontecimiento que aumente RÁPIDAMENTE el potencial de membrana y sobrepase el UMBRAL alrededor de los – 65 mVProvocará que se abran los canales de Na+ (por voltaje) en formaPROGRESIVA y RECLUTANTE.
Propagación del potencial de acción
Es decir, un potencial de acción de un SEGMENTO EXCITABLE de la membrana puede excitar segmentos adyacentes = la PROPAGACIÓNDE LA DESPOLARIZACIÓN a lo largo de * la fibra nerviosa = impulso nervioso = POTENCIAL DE ACCIÓN * la fibra muscular = impulso muscular = UMBRAL
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++++++++ + - - - - - - - - +++++++++
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A la membrana llega un estímulo.
Provoca la salida de K+ y el ingreso de Na+.
Si el estímulo es de intensidad suficiente, se llega al valor umbral y se produce el Potencial de Acción que se propaga en todas direcciones y no disminuye de Intensidad, es infrenable.
Si el estímulo NO es de intensidad suficiente, las fuerzas regeneradores RESTITUYEN el PMR y no se logra la generación de un PA propagable.
Este tipo de conducción del PA se realiza en las neuronas de tipo AMIELINICAS.
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CONDUCCIÓN SALTATORIA
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Este tipo de conducción del PA se realiza en las neuronas de tipo MIELINICAS (mas veloces).
El fenómeno de excitaciónCualquier fenómeno que aumente la permeabilidad al Na+ produciráLa apertura de los canales de Na+ automáticamente.
Pueden ser: *fenómenos físicos *fenómenos químicos *fenómenos eléctricos
Los ESTABILIZADORES DE LA MEMBRANAInhiben la excitabilidad (hipercalcemia, hipocalemia, procaína,Tetracína, por disminución de activación de canales de Na+)