pa imp-sin-mus (diapos de fisio unsa)
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azael paz aliaga Ph.DDirector del CIDECProfesor Principal de Fisiología y BiofísicaFacultad de Medicina - UNSA
Centro de Investigacionesy Desarrollo Científico(CIDEC-UNSA)
EQUILIBRIO DONNAN-GIBBS
Proteinato de K+
CIC
CEC
+
+
++
+
+
+
+
+
+ +
+
+ +
+
+
+9 -9 +
_
__
_
_
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_
+
+
+ KCl
AB
Condiciones:1.Existe gradiente química para ión Cl y Pt2.No existe gradiente eléctrica, A y B son neutros3.No existe gradiente osmótico
JnK=0
1. Difusión Cl-2. JnCl=03. E equilibrio
__
_
__
_
EQUILIBRIO DONNAN-GIBBS
Proteinato de K+
CIC
CEC
+
+
++
+
+
+
+
+
+ +
+
+ +
+
+
+9 -9 +
_
_
_
_
__
+
+
+ KCl
AB
Condiciones:1.La gradiente química para ion Cl lo moviiza2.Se incrementa la gradiente eléctrica negativa interior3.Movilización del ion K+
JnK=0
1. Difusión Cl-2. JnCl=03. E equilibrio4. Difusión K+5. JnK=06. E equilibrio+
-
-
+
_
_
_
EQUILIBRIO DONNAN-GIBBS
Proteinato de K+
CIC
CEC
+
+
++
+
+
+
+
+
+ +
+
+ +
+
+
+6 K6 Cl
_
_
_
_
__
+
+
+ KCl
AB
El producto de aniones y cationes difusibles a un ladode la membrana es igual al producto de aniones y Cationes difusibles al otro lado de la membrana.
JnK=0
1. Difusión Cl-2. JnCl=03. E equilibrio4. Difusión K+5. JnK=06. E equilibrio7. A-B (3Cl y 3K)8. A Cl=6 K=6 B Cl=3 K=12 Pt=99. Osmolalidad
-
+
+
-
EQUILIBRIO DONNANPara nuestro ejemplo, habrá tenido que difundir de A a B, 3 pares iónicos de KCl (3 moléculas de Cl- y 3 moléculas de K+).
(Cl- = 6) x (K+ = 6) = (Cl- = 3) x (K+ = 12)
Además de las 9 moléculas de proteína que permanecieron inmóviles.
El producto de las concentraciones de aniones y cationes difusibles a un lado de la membrana, sea igual al producto de la
concentración de aniones y cationes difusibles al otro lado de la membrana.
ACTIVIDAD ELÉCTRICA DE LA CÉLULA
Diferencias en composición iónica LIC y LEC
Esta diferencia se debe fundamentalmente a:• La membrana celular presenta una alta
permeabilidad selectiva para los iones K+ y Cl-.• La membrana por el contrario, muestra una
relativa impermeabilidad a los iones Na+ y,• Las proteínas cargadas negativamente se
encuentran confinadas, debido a su tamaño, en el interior celular.
Variables LEY DE OHM
Voltaje = PresiónIntensidad = Flujo (caudal)Resistencia = Resistencia
P = I x R
R = P / I
N canales suman sus conductancias
Cada población de iones se representa del mismo modo:
KSJ-F7.7-F7.8
Célula
K+
Na+
K+
Na+
Medio extracelula
r
Potencial de membrana en reposo
Na+K+
•Producido por diferencias en la concentración de iones dentro y fuera de la célula
•Por diferencias en la permeabilidad de la membrana celular a los diferentes iones
•El potencial de equilibrio de Nernst relaciona la diferencia de potencial a ambos lados de una membrana biológica
•Iones del medio externo e interno y de la propia membrana.
POTENCIAL DE REPOSO
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
KSJ-F7.9-F7.10
EQUILIBRIO DONNAN
• Potencial de equilibrio. • es el voltaje requerido para detener la difusión
de un ion permeable a través de la membrana celular.
E = RT/zF . 2,303 log o/i
EQUILIBRIO DONNAN
• Cálculo del potencial de equilibrio para el ion K+ mediante la ecuación de Nernst.
• Concentración de K+ intracelular: K+ i = 155 mEq/l• Concentración de K+ extracelular: K+ i = 4 mEq/l • EK+ = 61 .log K+ o/K+ i = 61 .log 4/155 =-98,8 mV • El potencial así calculado nos dice que un gradiente
eléctrico de -98,8 mV entre ambos lados de la membrana, interior negativo, es capaz de neutralizar la gradiente química de 4/155 logrando de esta manera la inmovilización del ion potasio.
PO
TEN
CIA
L ELÉ
CTR
ICO
-40 mV
0 mV
TIEMPO
POTENCIAL LOCAL
CÉLULAS NO EXCITABLES
Despolarización Repolarización
Cambios en el potencial de membranaResultado de un estímulo
• Potencial local (electrotónico) (Cél. No excitables)– Variable
– Pasivo
– No se propaga (se extingue rápidamente)
• Potencial de acción (Células excitables)– Siempre igual (“todo o nada”)
– Activo
– Se propaga sin cambios
POTENCIALDE ACCIÓN
ESTÍMULOS
•Mecánico•Químico•Eléctrico
Canales dependientes de voltaje
• Se abren cuando el potencial de membrana se hace menos negativo (depolarización)
• De sodio:– Muy rápidos– Provocan más depolarización– Se inactivan
• De potasio– Menos rápidos– Revierten la depolarización.
Hiperpolarización Depolarización
Tipos de neuronas
Multipolar Bipolar Unipolar
PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
Na+
PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
Na+
PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
Na+Na+
PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
Na+Na+
Velocidad de conducción
• Depende del diámetro del axón– Ejemplo: axón gigante del calamar
• Mielina
Na+
mielina
Na+
Na+
Velocidad de conducción
Sinapsis• Es la forma de
comunicación entre las neuronas
CLASES:»Eléctrica»Química Rápidas Lentas
Constituye la base del funcionamiento del sistema nervioso
Tipos de sinapsis
Sinapsis eléctrica
Sinapsis eléctrica
Sinapsis eléctrica
La transmisión sináptica lleva el impulso eléctrico de una neurona a otra
Cada neurona recibe o forma 1000 sinapsis y hay 1011 neuronas en el SNC
Funciona con unos pocos mecanismos Los transmisores son pocos, los
receptores originan variedad de respuestas
TRANSMISIÓN QUÍMICA
Sinapsis química
Ciclo de las Vesículas Sinápticas
Ca++
Ca++Ca++ ?
ATP
AnclajePrefusióncebada
Translocación
Carga de NT
H+
FusiónExocitosis
Endocitosis
Translocación
Fusión aEndosoma
Brote
Endosoma inicial
Espaciosináptico
SINAPSIS QUÍMICA
¿Qué es un neurotransmisor?
• Criterios:1. Es sintetizada en neuronas
2. Está presente en la terminal presináptica y se libera en cantidad suficiente para ejercer una acción definida en la neurona postsináptica u órgano efector
3. Al darse exógenamente en concentraciones adecuadas, replica la acción endógena
4. Existe un mecanismo específico para removerlo de su sitio de acción
• Nueve sustancias aceptadas
Vías metabólicas principalesGlucosaGlucosa
Glucosa-6-PGlucosa-6-P
Gliceraldeido-3-PGliceraldeido-3-P
PiruvatoPiruvato LactatoLactatoAlaninaAlanina
PiruvatoPiruvato Acetil-CoAAcetil-CoAMembranaMembranamitocondrialmitocondrial
AcetilcolinaAcetilcolina
Ribosa-5-PRibosa-5-P Xilulosa-5-PXilulosa-5-P
Pseudoheptulosa-7-PPseudoheptulosa-7-P
AspartatoAspartato
GlutamatoGlutamato
GABAGABA
GADGAD
CicloCicloATCATC
Ciclo de las pentosasCiclo de las pentosas
αα-Cetoglutarato-CetoglutaratoSuccinatoSuccinato
OxalacetatoOxalacetato CitratoCitrato
ααKGDHKGDH
Neurotransmisores excitadores
• Metabolismo del NH3: Síntesis y recaptación de Glu y Asp
• Regulación del sinápsis de Glu: interacción de terminal presináptico y astrocito: “Tráfico Neurona – Astrocito” “Ciclo Glutamato – Glutamina”
Capilar
Capilar
AstrocitoAstrocito
TerminalTerminalpresinápticopresináptico
NeuronaNeuronapostsinápticapostsináptica
NHNH33GlutamatoGlutamato
GlutaminaGlutamina
GlutaminaGlutamina
GlutamatoGlutamato
GlutamatoGlutamato
AMPA NMDA
KA
KA
AMPA
al LCRal LCRGLNasaGLNasa
GSGS
Transportador de aá excitadores neuronal Transportador de Glutamato 1
Transportador Aspartato-Glutamato
Múltiples funciones
• Dependen de los receptores
• Excitadoras e Inhibidoras
• Modificaciones inmediatas y a largo plazo
• Amplificación de la señal
• Aumenta o disminuye su respuesta dependiendo del estado de activación
Receptores
• 4 grupos • Proteínas transmembranosas• Sitio de unión específica a ligando (NT)• Realizan una función efectora• Grupos
– Ionotrópicos: Poseen canal iónico específico
– Metabotrópicos: Activador del “segundo mensajero”. Tres sub grupos
Receptor ionotrópico
• Cambio conformacional al unirse ligando• Apertura canal iónico específico• Ejemplo
– Receptores nAChR y NMDA permeables a sodio y calcio. Membrana despolarizada.
– GABAA y receptor de glicina son permeables a cloro. Membrana hiperpolarizada.
Receptor ionotrópico
• Respuesta extremadamente rápida (mseg)• No requiere segundo mensajero• El canal se abre una fracción de mseg. Si el NT ya
no está presente el canal se cierra.• La apertura y cierre de estos canales sirve para
activar o inhibir a la neurona postsináptica
Canales iónicos
• Canales de cationes: – Permiten paso de Na+ o Ca++ – Rodeados de cargas negativas que atraen
cationes que ingresan cuando diámetro de canal lo permite
– Excitan la membrana postsináptica– Transmisor que abre estos canales:
“excitadores”
Canales iónicos
• Canales de aniones:– Permeable a Cl- y pequeñas cantidades de otros– Inhiben a la neurona postsináptica– Transmisor que abre estos canales:
“inhibidores”
Receptor metabotrópico
• Activador del “segundo mensajero”• Activa otras sustancias en el interior de la
membrana postsináptica• Tipos
– Receptor con actividad guanilil ciclasa intrínseca
– Receptor con actividad tirosin quinasa intrínseca
– Receptor ligado a proteína G
Receptores inhibidores de la membrana postsináptica
• Mecanismos de inhibición– Apertura de canales iónicos: Ingreso de Cl-
– Aumento de la conductancia del K+: Facilita salida de K+
– Activación de enzimas del receptor que inhiben funciones metabólicas. Aumento de número de receptores inhibitorios o disminución de receptores excitatorios
Desde el punto de vista del tiempo que tarda la transmisión, las sinapsis químicas
son:• Rápidas
– En las sinapsis rápidas, la unión del neurotransmisor (NT) causa un inmediato cambio conformacional que abre el canal catiónico o aniónico
• Lentas– Muchas de las funciones del sistema nervioso,
operan en un tiempo que va de segundos a minutos.
– En la mayoría de los casos, los receptores de los neurotransmisores empleados en las sinapsis lentas están acoplados a proteínas G.
– Las respuestas postsinápticas a estos receptores son mas lentas pero tienen un tiempo de duración mas largo.
– Los receptores de acetilcolina que operan a través de proteínas G, son del tipo muscarínico.
Categorías de transmisión sináptica
Transmisión rápidaTransmisión rápidaAc. GlutámicoAc. Glutámico
AcetilcolinaAcetilcolinaGABAGABAGlicinaGlicina
Transmisión lentaTransmisión lenta
Aminas biógenasAminas biógenasPéptidosPéptidos
Canales que funcionanCanales que funcionan con ligandoscon ligandos
Segundos mensajerosSegundos mensajerosintracelularesintracelulares
Trasmisores tipo neuropéptido de acción lenta
• Sintetizados por ribosomas del soma neuronal y trasladadas a las terminales
• Se liberan por potenciales de acción
• No se reutilizan
Sinapsis lentas
•El neurotransmisor se une a un receptor que activa una proteína G que regula enzimas que producen segundos mensajeros que actúan directamente sobre canales iónicos ( conductancia) o a través de proteinquinasas fosforilan PTM.
Sinapsis lentas
•En otros casos, la proteína G activada por receptor estimula a la adenilato ciclasa o a la fosfolipasa C para que se incremente en el citosol AMPc o de iones Ca2+ respectivamente, los cuales afectan la permeabilidad iónica de alguna proteína canal.
Sinapsis lentas
• En ciertos tipos de sinapsis químicas, la neurona postsináptica envía señales a la presináptica. Estas señales retrógradas pueden ser en algunos casos gases, como el óxido nítrico (NO) y monóxido de carbono o hormonas peptídicas los cuales al llegar a la membrana presináptica, modifican la habilidad de la célula presináptica para enviar las señales a la postsináptica lo cual puede ser importante en muchos tipos de aprendizaje.
Sinapsis lentas
• Algunos axónes terminales de una neurona pueden hacer sinapsis en el axón terminal de otra neurona produciendo un efecto inhibitorio o estimulante según el caso. De esta manera, el segundo axón terminal secreta su contenido de vesículas sinápticas logrando alterar la señal de la célula postsináptica.
Sinapsis lentas
•La mayoría de NT actúan sobre ambos receptores, el de compuerta de ligando y el receptor acoplado a proteínas G, el transmisor puede tener una variedad de efectos.
Sinapsis lentas
•De otro lado, la activación de un segundo mensajero puede modificar otras proteínas diferentes que las del canal como por ejemplo proteínas reguladoras de la transcripción que afectan la expresión génica.
Sinapsis lentas
•La presencia de poliribosomas en la base de las espinas dendríticas, permite la síntesis proteica en esa zona ocasionando cambios estructurales en las sinapsis (facilitación).
Neurotransmisores
Neurotransmisores
Neurotransmisores
Neurotransmisores Localización Función (Pequeños)
ACETILCOLINA Placa, glándulas, SNC Excitatorio, memoria
SEROTONINA Varias regiones del SNC Inhibitorio, sueño
ánimo y emociones
HISTAMINA Encéfalo Excitatorio, emociones, temp, balance agua
DOPAMINA Encéfalo; SNA Inhibitorio, emociones
regulación control motor
EPINEFRINA Áreas del SNC y SNS Excitatorio o inhibitorio
NOREPINEFRINA
Áreas del SNC y SNP Excitatorio o inhibitorio; encéfalo, emociones
GLUTAMATO SNC Excitatorio (75%) SNC
GABA Encéfalo Inhibitorio + abundante
GLICINA Médula espinal Inhibitorio más común
ÓXIDO NÍTRICO Incierto Señal post-presináptica
ATP SNC Excitatorio
Neurotransmisores más importantes
Neurotransmisores(Grandes)
NEUROPÉPTIDOS
Localización Función
PÉPTIDO VASOACTIVO INTESTINAL
Encéfalo, SNA, retina, tracto GI, sensoriales
Función en el SN incierta
COLECISTOQUININA Encéfalo; retina Función en el SN incierta
SUSTANCIA P
Encéfalo;médula espinal, rutas dolor y tracto GI
Mayormente excitatorio; sensaciones de dolor
ENCEFALINAS Varias regiones del SNC; retina; tracto intestinal
Mayormente inhibitorias; opiatos bloquear dolor
ENDORFINAS
Varias regiones del SNC; retina; tracto intestinal
Mayormente inhibitorias; opiatos bloquear dolor.
Neurotransmisores más importantes
Transporte de los neurotransmisores• Transportador de recaptación:
– Neuronas presinápticas y en las células plasmáticas– Bombea los Neurotransmisores desde el espacio
extracelular hacia el interior (repone el abastecimiento) ayuda a concluir su acción
– Para el glutamato, mantiene niveles debajo de tóxico– La energía proviene del ATP
• Transportador de la membrana de las vesículas– Estos transportadores son activados por el pH
citoplasmático y el gradiente de voltaje a través de la membrana vesicular.
En la anoxia e isquemia, cambia el gradiente iónico transmembrana, y el glutamato se transporta desde las vesículas hasta el citoplasma, aumentando su concentración hasta niveles potencialmente tóxicos.
Receptores para glutamato – Receptores NMDA es el más abundante SN. – Participa numerosas funciones entre ellas: aprendizaje y memoria, mecanismos de muerte neuronal o en enfermedadescomo la epilepsia. – Glutamato y aspartato son excitadores sobre la actividadneuronal (CC, Cb y ME)– En el hipocampo radican los mecanismos de la memoria y elaprendizaje– El Glutamato relacionado memoria a largo plazo, a nivel de lasinapsis. – Su receptor: N-metil-D-aspartato (NMDA) rol en la transmisiónglutamatérgica.
Fármacos como anestésicos, ansiolíticos, anticonvulsivos, actúan sobre los receptores de neurotransmisores.
Receptores para glutamato
• Sus receptores se clasifican en: - Receptores ionotropicos: Las tres familias de
receptores ionotrópicos para glutamato (AMPA, Kainato y NMDA), son complejos macromoleculares que contienen tres dominios transmembranales denominados M1, M3 y M4.
- Receptores metabotrópicos: Median los efectos lentos del glutamato y estos a su vez han sido clasificados en tres grupos distintos. - El primer grupo esta integrado por el subtipo
mGluR1 y mGluR5, el cual activa a una fosfolipasa C,
- el segundo son (mGluR2 y GluR3) y - el tercer grupo (mGluR4, , mGluR6 , mGluR7 y
mGluR8).
SUMACIÓN ESPACIALSUMACIÓN ESPACIALy TEMPORALy TEMPORAL
PPSE = + 40mVPPSI = - 125mV
PPSE = + 20mVPPSI = - 110mV
Clasificación de las fibras nerviosas
Neurotransmisores
Neurotransmisores
Los lípidos omega-3 son críticos para el crecimiento y mantenimiento de las células cerebrales, especialmente de la membrana celular, en donde transitan todos los neurotransmisores importantes, que comunican entre sí a las células nerviosas. Lo dramático es que cuando omega-3 no está disponible, el cuerpo usa lo que tiene, típicamente omega-6, el cual produce membranas menos capaces de manejar el tráfico de neurotransmisores.
LÍPIDOS OMEGA 3LÍPIDOS OMEGA 3
Transmisión neuromuscular
Conducción por receptor de dihidripiridina
Transmisión Neuromuscular
ACETILCOLINA• Se almacena en
vesículas en la botón terminal
• Existen 500 000 quanta en cada terminal
• Se liberan por impulso nervioso: Canales de Ca++
Ca++ Ca++
Transmisión Neuromuscular
UNIÓN• El contenido la vesícula
sale por exocitosis• Se une a las “Zonas
Activas” de la membrana sináptica
• Receptores:– SNAP-25, Syntaxín,
VAMP/sinaptobrevina
Liberación del transmisor
• La membrana presináptica tiene gran número de canales de Ca++ voltaje dependientes
• El potencial de acción despolariza la terminal y abre los canales de Ca++
• Ca++ se une a proteínas en la superficie interna de la membrana (zonas activas)
• Las vesículas del transmisor se unen a la membrana y se libera el transmisor (exocitosis)
CONDUCCIÓN EN LA FIBRA MUSCULAR
Estructura del m. esquelético
Conducción por receptor de dihidripiridina
Distribución de las Pt. reguladorasDistribución de las Pt. reguladoras
Conducción por receptor de Conducción por receptor de dihidripiridinadihidripiridina
Receptor de RyanodineReceptor de Ryanodine
Dominios del receptor de ryanodineDominios del receptor de ryanodine
Desplazamiento de las Pt. Desplazamiento de las Pt. contráctilescontráctiles
Actividad del calcio en el retículo Actividad del calcio en el retículo sarcoplásmicosarcoplásmico
Clases de canales de calcioClases de canales de calcio
1. Canales voltaje dependientes2. Receptores de IP3 en RE liso3. Receptor de Ryanodine en RES
Regulación intracelularRegulación intracelular
Bomba de calcioBomba de calcio
Intercambiador NaIntercambiador Na++/Ca/Ca2+2+
Canales de ryanodineCanales de ryanodine
Canales estimulados por IPCanales estimulados por IP33
Intercambiador NaIntercambiador Na++/Ca/Ca2+2+ en en mitocondriamitocondria
CONTRACCIÓN MUSCULAR CARDIACA
VasoconstricciónVasoconstricción
Proteína reguladora: Proteína reguladora: calmodulinacalmodulina
VasodilataciónVasodilatación
SEGUNDOS MENSAJEROS
