Tema 10: Bases de la comunicación neuronal (1º parte) Mari Ma riaa Pen enad ado o
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Cuerpo celular o soma Centro metabólico metabólico donde se fabrican las moléculas. Está compuesto por el citoplasma donde se localizan los distintos orgánulos (aparato de golgi, lisosomas, mitocondrías, retículo encoplasmático rugoso, etc). Dendritas Prolongaciones del soma neuronal con forma de árbol Las dendritas captan los mensajes y los transmiten al cuerpo neuronal.
Axón Prolongación del soma neuronal, generalmente más delgada y larga que las dendritas. Un solo axón como vía para transmitir la información. Cono axónico: axónico: integra la información que recibe la neurona Axón propiamente dicho Botón terminal (terminal axónico axónico o terminal presináptico) presináptico)
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La comunicación entre neuronas recibe el nombre de sinapsis Esta sinapsis puede ser de dos tipo según el tipo de señales que utilice: Sinapsis eléctricas: eléctricas: ambas neuronas se encuentran en contacto mediante mediante sus canales iónicos formando uniones hendidas. Los cambios en una neurona producen cambios en otra casi de inmediato permitiendo un flujo bidireccional de información Sinapsis químicas: a través de señales químicas (neurotransmisores) neurotransmisores) producidas producidas en el cono axón axónico ico que viajan a través del espacio extracelular siendo captadas por la neurona postsináptica. Existe separación física entre ambas neuronas (hendidura (hendidura sináptica) sináptica) La mayoría de las sinapsis se realizan mediante sinapsis química ya que aunque la transmisión de información en las sinapsis eléctricas es practicamente instantanea instantanea no hay posibilidad de modular la respuesta. respuesta.
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El potencial eléctrico de las membranas
1. El potencial de reposo 2. El potencial de acción 3. La propagación del potencial de acción
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La bicapa lipídica mantiene aislada a las neuronas del exterior celular existiendo una diferencia de potencial eléctrico entre el interior y el exterior debido a la acumulación de distintas moléculas en el interior y el exterior. Diferente distribución de cargas en el interior y exterior celular
Molécula con carga eléctria: ión Carga eléctrica positiva: catión Carga eléctrica negativa: anión
La diferencia de cargas existente entre el interior y el exterior de la membrana recibe el nombre de potencial de membrana (Vm voltaje de membrana) Si no hay diferencia entre el interior y el exterior el potencial de membrana será de 0mV existiendo distintos valores según el estado en el que se encuentre la neurona. Los cambios en el potencial de membrana estarán originados dependiendo de la concentración de cargas eléctricas a ambos lados de la membrana
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La distribución de iones entre el exterior y el interior dependerá de dos tipos de fuerza: una de carácter químico (fuerza de difusión) y otra de carácter eléctrico (presión electrostática) La fuerza de difusión hace que las partículas se muevan desde la región de mayor concentración hacia las zonas de menor concentración (a favor de gradiente)
La presión electrostática hace que las partículas con la misma carta se repelan y exista atracción entre partículas de carga distinta.
El movimiento conjunto de ambas fuerzas se denomina gradiente electroquímico
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Al mismo tiempo la membrana presenta distinta permeabilidad según los iones considerados haciendo que estos pasen a través de la membrana por los canales iónicos.
La membrana es hidrofóbica por lo que no permite el paso del agua y otras moléculas hidrosolubles teniendo que existir canales de paso para dichas sustancias (canales iónicos)
La membrana presenta igual mente bombas iónicas capaces de transportar moléculas a ambos lados de su membrana en contra del gradiente de concentración
La permeabilidad de la membrana a los distintos iones dependerá del número de canales abiertos que permiten el paso de ese ión a través de ella.
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El potencial de membrana variará dependiendo de los movimientos de los iones a través de ella pudiendo tomar los siguientes valores: Potencial de reposo: el potencial de membrana de la neurona cuando ésta se encuentra inactiva
Potencial de acción o impulso nervioso: señal eléctrica cuando la neurona está activa.
Esto confiere a las neuronas una capacidad (excitabilidad) que les permite responder mediante este tipo de señales
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1. Potencial de reposo En reposo la neurona presenta una diferencia de potencial en su membrana de 60 – 70 mV existiendo un exceso de cargas negativas en el interior y un exceso de cargas positivas en el exterior. Potencial de reposo negativo y se sitúa entre – 60 y – 70 mv
Esta diferencia de potencial es debido a: A. Diferentes concentraciones de iones a ambos lados de la membrana B. Diferente permeabilidad de la membrana a cada uno de los iones
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A. Diferencias en las concentraciones de iones:
- el catión (+) mas numeroso en el interior es el potasio (K+) mientras que en exterior es mas numeroso el sodio (Na+). - Los aniones (-) más numerosos en el interior son las moléculas proteicas orgánicas (A-) mientras que en el exterior es el cloro (Cl-)
EXTERIOR: SODIO (Na+) y CLORO (Cl-) INTERIOR: POTASIO (K+) y MOLÉCULAS PROTEICAS ORGÁNICAS (A-)
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El gradiente electroquímico hace:
- Por un lado la fuerza eléctrica hace que los cationes (+) se desplacen al interior y los aniones(-) al exterior (ya que la neurona presenta exceso de carga negativa en el interior) - La fuerza de difusión no discrimina entre cargas, moviendo los iones en función de su concentración (Iones K+ mas concentrados en el interior celular que en el exterior mientras que los iones Na+ y Cl- están más concentrados en el exterior)
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B. La membrana permitiría el paso de todos los iones por igual si no existiese diferencias en la permeabilidad a los distintos iones en reposo de la siguiente manera:
- Mucho mas permeable al potasio (K+) que al sodio (Na+) - Mientras que en lado negativo es impermeable a las moléculas proteicas orgánicas (A-) y la permeabilidad del cloro (Cl-) es intermedia a los anteriores
En estado de reposo atraviesan la membrana K+ y Cl- además de algunos Na+ siendo totalmente impermeable a A-
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En reposo el equilibrio de membrana se sostiene con el flujo de los K+ donde la fuerza de difusión los obliga a salir de la membrana mientras que la fuerza electrostática los obliga a entrar, manteniendo el equilibrio constante. K+ es empujado al exterior a favor del gradiente de concentración (fuerza de difusión) que hace que la neurona se vuelva más negativa Esa fuerza de difusión es contrarrestada por la fuerza electrostática que empuja al catión hacia el interior (debido a la diferencia de cargas) ¿Por qué no se contrarresta con el movimiento del resto de iones? Debido a que la membrana es prácticamente impermeable a ellos
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Bombas iónicas para el mantenimiento de las diferencias en las concentraciones de iones entre ambos lados de la membrana
En estado de reposo existe cruce de iones Na+ hacia el interior de la neurona que tienen que ser compensados por la salida de K+ para restablecer el equilibrio
Si la membrana es prácticamente impermeable a Na+ ¿Cómo es posible que haya transporte de este ion a ambos lados de la membrana? Debido a las bombas iónicas
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Bombas iónicas proteínas transportadoras insertadas en la membrana que transportan iones a través de ella
Realizan un transporte activo (en contra de gradiente) y precisan de un gasto de energía para realizarlo (molécula de ATP adenosín – trifosfato) Bomba de sodio – potasio o ATPasa Na+ / K+ Expulsa tres iones Na+ hacia el exterior e impulsa dos iones K+ hacia el interior contribuyendo a establecer la diferencia de potencial que existe entre el interior y el exterior (bombas electrogénicas)
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2. Potencial de acción La llegada de información a la neurona produce cambios en el potencial de reposo que pueden ocasionar: - Hiperpolarización: aumentando la carga negativa en el interior de la neurona (-80 o -90 mv) - Despolarización: disminuyendo la carga negativa de la neurona y aumentando la posibilidad de que esta transmita información (-50mv o – 20mv) La hiperpolarización hace que la neurona se encuentre todavía más inactiva mientras que la despolarización si es lo suficientemente intensa ocasiona un potencial de acción en el cono axónico
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El potencial de acción es una rápida inversión del potencial de membrana que hace que este adopte un valor positivo de +50mv ¿Cómo se produce este potencial de acción?
Es necesario un cambio en la diferencia de potencial de aproximadamente 15mv (umbral de excitación o potencia umbral) que cambia súbitamente el potencial de membrana haciendo que el interior de la neurona se vuelva positivo y el exterior negativo. Ley del todo o nada: el potencial de acción se produce si la despolarización es suficiente, y cuando se produce siempre conserva el mismo valor sin disminuir.
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Fases del potencial de acción:
Fase de despolarización o fase ascendente: despolarización rápida hasta alcanzar los +50mv Fase de repolarización o fase descenciente: periodo en el que el potencial de membrana adquiere su estado negativo
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¿Cómo se produce ese cambio de polarización de la membrana? Gracias a cambios en la permeabilidad Cambios en el potencial debidos a cambios en la permeabilidad de la membrana que hacen que durante la fase de despolarización se abran los canales de Na+ y estos pasen al interior (canales de Na+ dependientes del voltaje) además de una apertura de los canales de K+ (canales K+ dependientes del voltaje) posterior a la apertura de canales Na+ ya que precisan de una mayor despolarización (fig. 10.7 pág 405)
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El distinto tiempo de apertura de los canales Na+ y K+ hace que exista un periodo en el que los canales Na+ están inactivos y los canales K+ si que están activos, no pudiendose generar un nuevo impulso nervioso hasta que estos se cierren (periodo refractario absoluto)
Al final de la fase descendiente el potencial de membrana cae hasta laos 90mv produciendose una hiperpolarización que solo permite que la neurona responda ante estímulos que generen una mayor despolarización (se necesitan 35mv para alcanzar los -55mv) produciéndose un periodo refractario relativo
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Conductancias iónicas durante el potencial de acción Conductancia representada por la letra g es empleada para describir el flujo de iones a través de la membrana (diferencia con permeabilidad) Durante el potencial de acción se producen cambios en la conductancia de los iones Na+ y K+: -En la fase de despolarización aumenta la conductancia de iones Na+ disminuyendo rápidamente durante la fase descendente - Para los iones K+ la conductancia aumenta más lentamente y alcanza su punto máximo en la fase descendente y va decreciendo progresivamente
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3. Propagación del potencial de acción Consiste en la conducción de las señales eléctricas desde el cono axónico donde se originan hasta los botones terminales. Esta conducción es la misma tanto en el cono como en el terminal axónico produciéndose sin sufrir modificacioens (ley del todo o nada) ya que se regenera a lo lago del axón (propagación de forma activa). La propagación del potencial de acción se realiza en una única dirección (desde el soma hasta el botón presináptico) y no se genera en aquellas zonas donde ya se ha generado (debido a la existencia de periodos refractarios)
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La conducción saltatoria La forma en la que se propaga el potencial de acción difiere si se trata de un axón mielinizado (fib. 10.12 pág 413) o amielinico (fig. 10.10 pág 410) En los axones con mielina el potencial de acción no se regenera punto por punto, produciéndose exclusivamente en los nódulos de Ranvier, saltando de nódulo a nódulo (conducción saltatoria) La despolarización originada no afecta a la zona contigua si no que tiene que viajar hasta el siguiente nódulo, disminuyendo su magnitud y generando potenciales decrecientes y locales A pesar de la pérdida de intensidad la despolarización que llega al nódulo permite que se produzca un nuevo potencial de acción
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Ventajas de la conducción saltatoria
La velocidad de conducción del potencial de acción aumenta lo que ocasiona una mayor rapidez de respuesta
Al generarse potencial de acción solo en los nódulos se produce un ahorro de energía
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EXÁMENES
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La llamada bomba de sodio / potasio A) es una bomba electrogénica B) solo esta activa durante la fase ascendente del potencial de acción C) funciona solo a favor de gradiente electrostático D) lo dicho en A,B y C es cierto
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A) es una bomba electrogénica Bombas iónicas proteínas transportadoras insertadas en la membrana que transportan iones a través de ella Realizan un transporte activo (en contra de gradiente) y precisan de un gasto de energía para realizarlo (molécula de ATP adenosín – trifosfato) Bomba de sodio – potasio o ATPasa Na+ / K+ Expulsa tres iones Na+ hacia el exterior e impulsa dos iones K+ hacia el interior contribuyendo a establecer la diferencia de potencial que existe entre el interior y el exterior (bombas electrogénicas)
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En la fase ascendente del potencial de acción se produce, entre otras cosas A. un cierre de los canales de sodio dependientes de voltaje B. un cierre de los canales de potasio dependiente de voltaje C. una hiperpolarización D. una apertura de los canales de sodio dependientes de voltaje
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D. una apertura de los canales de sodio dependientes de voltaje
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En la fase descendente del potencial de acción se produce entre otras cosas A) el cierre de los canales de sodio B) el cierre de canales de calcio C) un aumento de la despolarización próxima a los 100 v D) lo dicho en A, B y C es cierto
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A) el cierre de los canales de sodio
Cambios en el potencial debidos a cambios en la permeabilidad de la membrana que hacen que durante la fase de despolarización se abran los canales de Na+ y estos pasen al interior (canales de Na+ dependientes del voltaje) además de una apertura de los canales de K+ (canales K+ dependientes del voltaje) posterior a la apertura de canales Na+ ya que precisan de una mayor despolarización
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