potencial de membrana
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MOVIMIENTO DE IONES POR FUERZAS ELÉCTRICAS
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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-
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• 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 .
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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
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• 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)
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• 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
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• 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
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POTENCIAL DE MEMBRANA
La diferencia de concentración de iones a través de una membrana selectivamente permeable crea un potencial de membrana.
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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
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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.
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INTRACELULAR EXTRACELULAR
Na ………10meq/L
K ………..140meq/L
Cl ………. 8meq/L
Na ………142meq/L
K ………..4.5meq/L
Cl ……… 107meq/L
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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
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DESTINO
ORIGEN
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El mantenimiento del Potencial eléctrico requiere del aporte de energía
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Con la ecuación de NERNST también se puede calcular el Potencial de Equilibrio de un ión:
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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
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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
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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
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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
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)( 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
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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%).
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Circuito equivalente y potencial de reposo
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N canales suman sus conductancias
Cada población de iones se representa del mismo modo:
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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
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Efecto de la bomba de Na+/K+ en el potencial de reposo
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Voltímetro de alta impedancia
Microelectrodos
Osciloscopio de rayos catódicos
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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
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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
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Periodo de latencia
Overshot
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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
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Periodos refractarios
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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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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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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - PMR
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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).
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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+)
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