Cuestionario 5 1. ¿Cuáles son los principales factores que influencian en los movimientos de los iones a través de la membrana? Hay tres factores que influyen en el movimiento de iones hacia dentro y fuera de las células: a) El gradiente de concentración b) El gradiente de voltaje c) La estructura de la membrana Todas las moléculas tienen una energía cinética intrínseca denominada movimiento térmico o calor: están en constante movimiento. Este movimiento produce una dispersión espontánea de las moléculas desde una zona donde están menos concentradas. Esta dispersión se denomina difusión. La difusión no requiere energía. Se produce por el movimiento aleatorio de las moléculas que chocan entre sí y rebotan y se dispersan gradualmente a través de la solución. La gradiente de concentración describe la diferencia relativa en la concentración de una sustancia en distintos puntos del espacio cuando la sustancia no está distribuida en forma similar. El segundo factor que influye en el movimiento de los iones es el gradiente de voltaje, una medida de las concentraciones relativas de cargas eléctricas. Los iones tienen carga eléctrica y, por lo tanto, su movimiento se puede describir no solo por el gradiente de concentración sino también por el gradiente de voltaje. Los iones se mueven a través del gradiente de voltaje de una zona de mayor carga hacia una zona de menor carga de la misma manera que se mueven a través de un gradiente de concentración de una zona de mayor concentración a una de menor concentración. El tercer factor que influye en el movimiento de los iones en el sistema nervioso es la membrana celular. Ésta actúa como barrera parcial para el movimiento de los iones entre el interior y el exterior de la célula. La membrama celular está compuesta por una bicapa fosfolipídica con colas hidrófobas que aportan hacia el interior de la membrana y cabezas hidrófobas hacia el exterior. Esta membrana es impermeable a las soluciones salinas, pues los iones de las sales, encerrados en moléculas de agua, no podrán atravesar las colas hidrófobas de la membrana. Por lo tanto los iones deben atravesarla por canales, que son proteínas especializadas de membrana, que pueden tener una alta selectividad o selectividad relativa para los iones, y pueden estar abiertos o cerrados.
2. ¿Qué entiende por potencial de equilibrio de un ion en particular? Es el equilibrio entre la fuerza eléctrica debida a la separación de cargas y la fuerza química generada por los gradientes de concentración. Consideremos una célula con una membrana exclusivamente permeable al potasio: Dado que la concentración de potasio es mayor adentro que fuera de la célula, el potasio tenderá a salir de la misma. En la medida que el potasio sale de la célula, genera una separación de cargas. Debido a que las cargas de signos opuestos se atraen y las de igual signo se repelen, el exceso de cargas positivas del exterior tenderán a distribuirse sobre la cara externa de la membrana y el exceso de cargas negativas del interior se ubicará sobre la cara interna de la membrana. De esta manera se dice que la membrana se polariza. En otras palabras, se genera un gradiente eléctrico a través de la membrana. El exceso de cargas positivas del exterior, se opondrán a la salida de más potasio de la célula. El punto en el cual la diferencia de potencial se opone y contrarresta exactamente al flujo del potasio, es conocido como POTENCIAL DE EQUILIBRIO PARA EL ION POTASIO. A ese potencial no hay más flujo neto espontáneo del potasio a través de la membrana. 3. ¿Cuáles son las diferencias del potencial de reposo y del potencial de acción?
Potencial de reposo Cuando una neurona que no está trasmitiendo un mensaje, posee un potencial de reposo, definido como una diferencia de potencial eléctrico entre ambos lados de su membrana plasmática. El potencial de reposo resulta de concentraciones diferentes de iones —principalmente Na+, K+ — dentro y fuera de la célula, mantenidas por acción de bombas de iones que funcionan con ATP, y canales de iones transmembranales. En una neurona, el potencial de membrana es -65 milivolts (mV), el signo indica que el interior de la célula es negativo respecto del exterior.
Potencial de acción Los estímulos físicos o químicos actúan sobre receptores sensoriales y causan cambios en la conductividad eléctrica de la membrana, lo cual resulta en depolarización del potencial de reposo. Si la depolarización alcanza un valor umbral, regularmente cerca de -50 mV, se dispara un potencial de acción. Potencial de acción es una depolarización momentánea del potencial de reposo de una neurona (o célula muscular), que es causada por un estímulo, y resulta en la trasmisión de un impulso eléctrico a lo largo del axón, desde el soma hasta las terminales.
POTENCIAL DE REPOSO Polarización constante de la membrana. Potencial de membrana de -60 a -70 mV La permeabilidad al Na+ es muy baja. Depende de las diferencias de permeabilidad iónica entre los dos medios (intracelularextracelular) Es producido por la difusión pasiva del K+ -104mV, difusión pasiva del Na+ +41mV y la bomba Na-K -65mV
No trasmite señales nerviosas. Su duración es larga. La carga en el interior de la célula es negativo. La concentración de K+ es alta.
POTENCIAL DE ACCIÓN Despolarización de la membrana. Potencial de membrana de -70 mV La permeabilidad al Na+ es muy alta, requiere un potencial de -50 a -70 mV. Depende de corrientes electro-tónicas que fluyen delante del impulso nervioso. Es producido por una corriente que supera el umbral -65 mV hace permeable al Na+ haciendo más positivo el interior de la célula. Permite transmitir señales nerviosas. Su duración es de milisegundos. La carga en el interior de la célula es positivo. La concentración de K+ es baja.
4. Si el potencial de reposo es -65mV bajo condiciones normales, ¿qué podría pasar si se revierte las concentraciones de Na+ y K+ a través de la membrana? La diferencia de concentración de iones produce también una diferencia de potencial entre el exterior de la membrana y el interior celular. El valor que se alcanza es de unos -65 milivoltios (negativo el interior con respecto al valor de cargas positivas del exterior). Vequilibrio= Vinterior - Vexterior (-) (-) (+) Esta variación entre el exterior y el interior se alcanza por el funcionamiento de la bomba de sodio/potasio (Na+/K+) que expulsa tres iones de sodio que se encontraban en el interior de la neurona e introduce dos iones de potasio que se encontraban en el exterior. Los iones sodio no pueden volver a entrar en la neurona, debido a que la membrana es impermeable al sodio. Por ello, la concentración de iones sodio en el exterior es elevada. Además, se pierden 3 cargas positivas cada vez que funciona la bomba de Na+/K+, aunque entren dos cargas de potasio. Esto hace que en el exterior haya más cargas positivas que en el interior, creando una diferencia de potencial. Los iones de sodio son más concentrados afuera de las membranas de las células mientras los de potasio son más concentrados adentro. Al revertir estas concentraciones (potasio más concentrado afuera y sodio más concentrado adentro) la bomba de Na se cerraría y solo se permitiría el ingreso de potasio. En este instante el potencial de membrana será más positivo. 5. ¿Qué podría esperar que ocurra al potencial de membrana y la respuesta al pulso de corriente de despolarización si se duplica las permeabilidades del sodio y potasio? La conductancia es la inversa de la resistencia, que es más fácil de asimilar con la permeabilidad. A mayor permeabilidad mayor conductancia. a) Aumento de la conductancia al Na+
¿Qué pasaría si, por algún mecanismo, la gNa+ aumentar a bruscamente? El ion Na+ tendería a entrar gracias al aumento de la conductancia, acercándose a su potencial de equilibrio que, como vimos es de + 66 mV. Habría una despolarización, llevando el potencial de reposo hacia 0 mV y más todavía. c) Aumento de la conductancia al K+ En este caso también habría una hiperpolarización, ya que el control del Vm quedaría totalmente en manos del K+, que lo llevaría a su VK+.
6. ¿Por qué el potencial de equilibrio del potasio es -100mV y del sodio +41mV si ambos son iones positivos? La concentración del K+ dentro de la célula es de 135 mM y fuera es de tan solo 3.1 mM la concentración del Na+ dentro de la célula es de 31 mM y fuera es de 145 mM. Por lo tanto los potenciales de equilibrio en mV son para el K+ -100 mV y para el Na+ +41 mV. Vequilibrio= Vinterior - Vexterior Esto se debe a: - diferencia notable en los coeficientes de permeabilidad de Na+ y el K+. Por cada 3 Na+ liberados ingresa - El papel de la bomba de Na+/ K+ en el mantenimiento del potencial de membrana y mantenimiento de los niveles de concentración de estos iones dentro y fuera de la membrana. El potencia de equilibrio es igual a la diferencia entre el potencia interior con el potencial exterior. En el caso del ion potasio hay una mayor concentración fuera de la membrana y menor concentración dentro de la membrana obteniendo asi una diferencia negativa (-100 mV). Para el ion Sodio ocurre al revés, en el interior hay mayor concentración que en el exterior. Este transporte de iones va en contra de la gradiente, facilitado por las bombas de Na+ gastando ATP. Esta diferencia de potenciales es positiva (+40mV)
Cuestionario 6 1. Desde el punto de vista de las corrientes iónicas ¿Qué entiende por activación, desactivación e inactivación? Los canales iónicos son proteínas transmembrana que contienen poros acuosos que cuando se abren permiten el paso selectivo de iones específicos a través de las membranas celulares. Así, los canales iónicos son proteínas que controlan el paso de iones, y por tanto el gradiente electroquímico, a través de la membrana de toda célula viva. Estos canales actúan como compuertas que se abren o se cierran en función de los estímulos externos, aunque algunas sustancias tóxicas pueden desactivar su función natural. El flujo de iones que atraviesa cada canal puede medirse como una corriente eléctrica, que es capaz de producir rápidos cambios en el potencial de membrana. Otras veces, el transporte de iones se realiza contra un gradiente electroquímico, desde la zona más diluida a la más concentrada, utilizando unas proteínas denominadas bombas iónicas. En la descripción habitual de los canales iónicos activados por voltaje del potencial de acción, se habla de cuatro procesos: activación, desactivación, inactivación y reactivación (también llamada recuperación de la inactivación). En un modelo de canal iónico con dos compuertas (una compuerta de activación y una compuerta de inactivación) en el cual ambas deben estar abiertas para que los iones sean conducidos a través del canal, activación es el proceso de apertura de la compuerta de activación, que ocurre en respuesta al hecho de que el voltaje dentro de la membrana celular (el potencial de membrana) se vuelve más positivo con respecto al exterior de la célula (despolarización); desactivación es el proceso opuesto, es decir, el cierre de la compuerta en respuesta al hecho de que el voltaje del interior de la membrana se vuelve más negativo (repolarización). Inactivación es el cierre de la compuerta de inactivación; al igual que con la activación, la inactivación ocurre en respuesta al hecho de que el voltaje dentro de la membrana se vuelve más positivo, pero a menudo sucede que se retrasa, en comparación con la activación. La recuperación de la inactivación es lo opuesto a la inactivación. Así, tanto la inactivación como la desactivación son procesos que hacen que el canal pierda la capacidad de conducción, pero son procesos diferentes en el sentido de que la inactivación se dispara cuando el interior de la membrana se vuelve más positivo, mientras que la desactivación se dispara cuando el potencial de la membrana se vuelve más negativo.
2. ¿Cuántas fases están presente en el potencial de acciones? Muestre
gráficamente.
Fase Resposo: es el potencial de reposo de la membrana antes de que se inicie el potencial de acción: -60mv Fase de Despolarización: Una neurona se dice que alcance su fase "potencial de acción" cuando un estímulo químico la alcanza y provoca que los canales de iones dentro de la membrana de la célula se abran. Esto permite que iones de sodio (Na+) en el exterior empiecen a precipitarse dentro de la célula, cambiando la carga negativa interna a positiva, lo que despolariza la neurona. En el proceso, la neurona alcanza su límite de potencial acción, se lanza y el estímulo se transmite. Fase Repolización: en unas diez milésimas de segundo despúes de que la membrana se haya hecho muy permeable a los iones de sodio, los canales de sodio comienzan a cerrarse y los canales de potasio se abren más de los normal. Por lo tanto hay salida de los iones de potasio hacia el exterior restablece el potencial de membrana en reposo negativo normal.
3. ¿Qué ion es importante para el movimiento hacia arriba (parte creciente) y cuál es importante para el movimiento hacia abajo (parte decreciente) del potencial de acción? El movimiento hacia arriba (creciente) del potencial de acción es la fase llamada despolarización, siendo responsable de este movimiento el ion sodio. El movimiento hacia abajo (decreciente) del potencial de acción es la fase llamada repolarización, siendo importante en este movimiento el ion potasio. El potencial de membrana de una neurona en reposo es normalmente negativo en la zona intracelular (-70 mV). Este potencial negativo se genera por la presencia en la membrana de bombas sodio/potasio (que extraen de forma activa 3 iones Na+ (sodio) desde el interior hacia el exterior celular e introducen 2 iones K+ (potasio), consumiendo 1 molécula de ATP), canales para el potasio (que permiten el intercambio libre de los iones K+) y bombas para Cl- (que extraen cloruro de forma activa). Como resultado, el exterior celular es más rico en Na+ y Cl- que el interior, mientras que los iones K+ se acumulan en el interior respecto al exterior. El balance neto de cargas es negativo porque salen 3 iones Na+ por cada 2 iones K+ y también, por la presencia de moléculas con carga negativa en el interior celular como ATP y proteínas. Cuando una neurona recibe un estímulo, se abren los canales de sodio presentes en la membrana, y por tanto el Na+ entra en la célula a favor del gradiente de concentración, de manera que el potencial de membrana cambia a positivo mediante el intercambio de iones, produciéndose una despolarización. Si la despolarización alcanza un determinado valor umbral, se genera un potencial de acción. Cuando el impulso nervioso abandona la neurona en sinapsis se reconstituyen las cargas en su posición normal, es decir, se produce la apertura de los canales de potasio y el cierre de los canales de sodio, de manera que se produce la repolarización de la membrana.
