fisiología de la membrana, músculo y nervio
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Fisiología de la Membrana, el Nervio, y el Músculo
PALABRAS CLAVES
Proteínas de los Canales, Transportadoras, Fosfolípidos, Colesterol, Glicolípidos, Iones,
Calcio, Sodio, Potasio, Membrana Semipermeable, Osmosis, Osmolalidad, Voltaje,
Potencial de Membrana, Potencial de Acción, Potencial de Difusión, Proteínas
Transportadoras, Canales Proteicos, Fibra Muscular, Miosina, Actina, Nervio, Neurona,
Mielina, Fosfatos, ATP, ADP, Enzimas.
Transporte de Sustancias a través de la Membrana
Celular
Matriz Citoplasmática
Retículo Endoplasmático
Rugoso
Aparato de Golgi
Centriolo
Mitocondrias
Mirotúbulos
Microvellosidades
Lisosomas
Vacuola
Flagelo
Microfilamento
Retículo Endoplasmático
Liso
Ribosomas
Citoplasma
NúcleoNucléoloCromatina
Endosoma
Perosixoma
La Célula Animal
Proteínas Integrales
Proteínas Periféricas
Esta Formada
Colesterol
Glicolípidos
Fosfolípidos
3 Clases de Lípidos
Solamente sustancias liposolubles pueden atravesar la capa de Fosfolipidos
La Membrana Celular o Matriz Citoplasmática
Fosfolípido
Cabeza Hidrofílica Polar
Cola Hidrófoba Polar
Cabeza de Fosfato
Cola de Acido Graso
Sustancia Nutritivas
Sustancia de Desecho
O2, H2O, Iones, Aminoácidos, Carbohidratos, Ácidos Grasos
CO2, Exceso de H2O, Acido Úrico, Urea, Iones
Proteínas de Membrana
Proteínas Transportadoras
Proteínas de Canales
Espacios Acuosos en su
interior
Iones, Agua
Se unen a las sustancias que se van a transportar
Difusión Frente a Transporte Activo
Difusión Transporte Activo
El Transporte a través de la Membrana
Se refiere a un movimiento Molecular aleatorio
Movimiento de Iones o de otras
sustancias
en combinación con una
Proteína Transportadora
o
travès
travès
transporteDIFUSIÒN FRENTE A TRANSPORTE ACTIVO
Membrana Celular
PROTEÌNASBicapa Lipìdica
Produce-dos procesos bàsicos
TRANSPORTE ACTIVODIFUSIÒN
Movimiento molecular aleatorio
DIFUSIÓN
Combinación-proteína transportadora
Través-espacios intermoleculares
Sustancias-molécula a molécula
membrana
esENERGÍA-produzca-difusión
ENERGÍA DEL MOVIMIENTO CINÉTICO NORMAL DE LA MATERIA
Este movimiento
Con-proteína
Través
Movimiento de iones
TRANSPORTE ACTIVO
Otras sustancias
Transportadora-haceMembrana en combinación
Sustancia-mueva-contra-gradiente de
energía
Precisa-fuente de energía adicional
Como: estado-baja-concentración-a-estado-
alta-concentración
Además-energía cinética
DIFUSIÓN FACILITADA
Divide-dos subtipos
DIFUSIÓN A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CELULAR
DIFUSIÓN SIMPLEinteracción
Través-espacios intermoleculares
Movimiento cinético-moléculas o iones
DIFUSIÓN SIMPLE
Produce-abertura-membrana
Proteínas trasportadoras-
membrananinguna
mediante o
Ayuda-paso
iones
Interacción-proteína transportadora
moléculas
DIFUSIÓN FACILITADA
Unión química
Dos rutas
Través-grandes proteínas transportadoras
1.- través-intersticios-bicapa lipídica-sustancia-difunde-
liposoluble
producirDifusión Simple-través-membrana celular-
2.- través-canales acuosos-penetran todo
grosor-bicapa
Difusión Simple
Sin gasto de energía
Gradiente de menor a mayor concentración
Movimiento de partículas hasta obtener
el equilibrio
Difusión facilitada
No requiere ATP
De mayor a menor concentración
Ocurre con ayuda de proteínas transportadoras
Transporte Activo
Requiere ATP
De menor a mayor concentración
Las proteínas integrales funcionan como bomba
La mas importante es la bomba sodio- potasio
Difusión de Sustancias Liposolubles a través de la Bicapa Lipídica
Liposolubilidad
Velocidad de Difusión
Son directamente Proporcionales
Agua-insoluble-lípidos-membrana
DIFUSIÓN DE AGUA Y DE OTRAS MOLÉCULAS INSOLUBLES EN LÍPIDOS A TRAVÉS DE CANALES
PROTEICOS
Penetran-todo-espesor-membrana
Pasa-través-canales-moléculas proteicas
Pasa fácilmente
Agua-insoluble-lípidos-membrana
Canales proteicos
través
Permeables forma selectiva ciertas sustancias (Na, K)
CARACTERÍSTICAS DE LOS CANALES PROTEICOS
Abren o cierran por compuertas
Voltaje (Na+, K+)
Potenciales-acción nerviosa (conducción)
Química (ligando)
genera
Canal de acetilcolina
ejm
Transmisión de señales nerviosas
Difusión a través de los Canales Proteicos
Características
Son permeables de manera, selectiva
Se pueden abrir o cerrar por compuertas
selectivos
PERMEABILIDAD SELECTIVA DE LOS CANALES PROTEICOS
Canales proteicosTransporte-uno o más iones o
moléculas específicos
Canales proteicos mas importantes
CANAL DEL SODIO
mide
0.3 por 0.5 nm
Superficies internas
Este canal
Tienen-carga
Intensamente negativa
Arrastrar pequeños iones de sodio
Deshidratados-interior de estos canales
Separando iones de sodio
De moléculas de agua
Cargas negativas intensas
Que lo hidratan
Iones de sodio-difunden
Una u otra dimensión
Según leyes habituales-difusión
Manera específica-paso de iones de sodio
Canal-sodio-selectivo
Estando en el canalSelectivo-transporte
de potasioCanales proteicos
Canales-más pequeños que los canales de sodio
0.3 x 0.3 nmEnlaces químicos
diferentesNO tienen carga
negativa
Arrastre iones de potasio
NO hay fuerza de atracción intensa
Hacia interior-canales
Iones de potasio NO son separados
hidratanMoléculas de agua
Atraviesan fácilmente-pequeño canal
Rechazados-no permite-permeabilidad selectiva
Iones de sodio hidratados-mayor
tamañoPara ion específico
Pequeños iones-potasio hidratados
Activación de los Canales Proteicos
Se pueden abrir o cerrar por compuertas
Activación Por Voltaje Activación Química
Unión de una Sustancia Química
Ej. Células Nerviosas
ESTADO ABIERTO FRENTE A ESTADO CERRADO DE LOS
CANALES ACTIVADOS
Registro-flujo de corriente
principio
Cierre del canal
apertura y
Través-único canal de sodio
Activado por voltaje
«TODO O NADA»
demuestra
Método
Canal proteico único
De una Membrana celular viva
«parche»
Pinzamiento zonal de voltaje
Registrar-flujo-corriente
Realiza registro
través
Realiza-registro
Parche de membrana
Separado-célula
Difusión Facilitada
Atraviesa
La membrana celular
Glucosa
Aminoácidos
Proteína Transportadora
Utiliza canales
DIFUSIÓN FACILITADA
Formados-proteínas de membrana
Permitir-moléculas cargadas
Que de otra manera no podían atravesar la
membrana
Difundan libremente
Hacia afuera y adentro de la célula
Estos canales son usados por iones pequeños como K+, Na+, Cl-
Ósmosis A través de la membrana celular
Pres
enta
Permeabilidad Selectiva
AguaEn mayor Cantidad
AguaPuede producir
Diferencias de concentración de otras
sustancias
PRESIÓN OSMÓTICA
Es la presión necesaria para detener el flujo de agua a través de una membrana semipermeable: Fuerza necesaria para evitar la osmosis.
MEMBRANA SEMIPERMEABLE
Moléculas grandes de la SANGRE
Mientras-pequeñas de solvente SÍ
NO pueden atravesar la membrana
Las soluciones hipertónicas son aquellas, que con referencias al interior de la célula, contienen mayor cantidad de solutos
Las soluciones isotónicas tienen concentraciones equivalentes de solutos y, en este caso, al existir igual cantidad de movimiento de agua hacia y desde el exterior, el flujo neto es nulo
Las hipotónicas son aquellas, que en cambio contienen menor cantidad de solutosOSMOSIS Flujo de agua a través de una
membrana semipermeable
Desde un comportamiento
Mas baja
Donde-concentración de solutos
Donde-concentración-mayor Hacia otro
Presión Osmótica
Esta determinada ConcentraciónDe la solución
En función del
Número de Partículas Concentración Molar
OSMOLALIDAD= EL OSMOLosmoles por kilogramo de agua
OSMOLARIDAD normal-líquidos extracelular e intracelular
aproximadamente 300 miliosmoles por kilogramo de agua
Concentración molecular
Todas partículas osmóticamente activas
Expresada en osmoles o miliosmoles por kg de solvente
OSMOL: peso molecular-gramo de un soluto osmóticamente activo
Contenidas en una solución
Osmolalidad Osmolaridad
Osmoles por litro de soluciónOsmoles por kilogramo de agua
Presión Osmótica
TRANSPORTE ACTIVO DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS
Paso-sustancia-través-membrana semipermeable
Desde-zona-menor concentración
A-otra-mayor concentración
Gasto de energía
MECANISMO DE TRANSPORTE ACTIO
Cotransporte
Bombas ATP-asa
Endocitosis
Exocitosis
transportaMembrana celular Moléculas o iones
O «contra corriente»
Contra-gradiente eléctrico o de presión
TRANSPORTE ACTIVOdenomina
hierro
cloruro calcio
Iones sodio
potasio
Sustancias-transportan activamente-membranas celulares-incluyen:
urato hidrógeno
Mayor parte aminoácidos
Diversos azúcares diferentes
yoduro
Transporte Primario Transporte Secundario
Transporte ACTIVO
Energía Energía
Procede de
Escisión de ATP
Procede de
Concentración Iónica de sustancias Moleculares
Proteínas Transportadoras
Ejemplos
Glándulas Gástricas del
Estómago
Porción distal de los
túbulos distales del
riñón.
Transporte Primario Activo
TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIOBOMBA SODIO-POTASIO
Proteína de membrana específica que transporta Na+ y K+ en contra de su gradiente de concentración por transporte activo, es decir, con uso de energía
Los iones potasio tienden a salir debido a que la membrana es permeable a este ión porque posee canales de potasio que están siempre abiertos cuando la neurona esta en reposo.En el interior de la membrana existe una mayor concentración de iones potasio y proteínas
cargadas negativamente.
En el lado externo de la membrana hay una mayor concentración de Na+ y Ca++.
El sodio que está fuera de la célula tiende a entrar, sin embargo, los canales de sodio, durante el potencial de reposo están generalmente cerrados.
Una proteína de membrana llamada Bomba de Sodio-Potasio, transporta (“devuelve”) iones sodio hacia el exterior de la célula nerviosa.
Existe una entrada de sodio y una salida de potasio por efecto de la gradiente de concentración. Pero esto amenaza a la membrana plasmática de sacarla de su estado de reposo.
Para conservar este potencial se requiere de la Bomba Sodio-Potasio, la cual saca de la célula 3 iones sodio por cada 2 iones potasio que ingresan, incrementando así la diferencia de potencial.
Mecanismo para controlar el Volumen Celular
Bomba de Sodio y de
Potasio
Osmosis
Para impedir que exploten
esElectrógena
Genera un potencial eléctrico
TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO DE IONES CALCIO
Concentración-calcio-baja Dentro-célula 10.000 veces menor-líquido extracelular
Existen dos bombas de calcio que funcionan mediante transporte activo primario
Esta-membrana celular-bombea calcio
Exterior-célula
Bombea iones calcio-hacia uno o mas
Orgánulos vesiculares intracelulares-célula
mecanismoTRANSPORTE ACTIVO
PRIMARIO
Requiere ENERGÍA
Sustancias disueltas
Través-membrana
transportar
célula
permiteEnergía-deriva-ruptura Trifosfato de Adenosina (ATP)
Otro fosfato-alta Energía
sirve Hacer pasar Iones calcio
Requiere energía mecanismo
Membrana celular
través
Región-baja concentración-iones
TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO
COTRANSPORTECONTRATRANSPORT
E
tiene dos procesos
Necesitan-establecimientos-gradiente-concentración
SODIO deja fuerte gradiente
Exterior-célula-porIones de sodio-transportados
Transporte activo primario
COTRANSPORTEConcentración de
SODIO-fuera-membrana celular
Esta energía Arrastra-sustancias Junto con el sodioCONTRATRANSPORT
EIon de sodio
Entra-célula
Sustancia-que-contratransportar
Exterior-célula encuentra Ion de sodio
Sustancia salga
Exterior-célula
Energía ocasionadaencuentra
interior-célula
provoca
COTRANSPORTETransporte-dos iones o
moléculas-mismo tiempoUno-favor-gradiente-
otro-contra
CONTRATRANSPORTE
Movimiento-moléculasO iones-diferentes
sentidos
Cotransporte
Proteínas Transportadora
Puntos de Unión
Glucosa Aminoácidos
Iones de Sodio Cotransporte de Sodio y GlucosaIones de Sodio Cotransporte de Sodio y Aminoácidos
Ejemplo
Células del tubo Digestivo y de los Túbulos Renales
CONTRATRANSPORTE CON SODIO DE IONES CALCIO O HIDRÓGENO
En riñones
Casi todas-membranas celulares
Entra SODIO, sale CALCIO
Entra sodio a célula
Contratransporte Sodio-calcio produce
Contratransporte Sodio-hidrógeno
Sale hidrógeno-hacia-luz tubular
Transporte a través de las Capas Celulares
Epitelio Intestinal
Epitelio Túbulos Renales
Epitelio Glándulas Exocrinas
Epitelio Membrana del Plexo Coroideo
Se Realiza por
Transporte Activo Difusión Simple o Difusión Facilitada
Potenciales de Membrana y Potencial de Acción
FÍSICA BÁSICA DE LOS
POTENCIALES DE
MEMBRANA
POTENCIAL DE DIFUSIÓN PRODUCIDO POR UNA DIFERENCIA DE CONCENTRACIÓN IÓNICA A LOS
DOS LADOS DE LA MEMBRANA
Membrana-permeable-iones
potasio-NO otro ion
Concentración-potasio-
grande
Dentro-membrana-
fibra nerviosa
Baja fuera de la misma
Gradiente-concentración-potasio
Hacia fuera-través-
membrana
Interior hacia exterior
Cantidades-iones potasio
transportan cargas eléctricas positivas-hacia-exteriorGenerando electropositividad Fuera-membrana
Debido-aniones negativos
Electronegatividad-interior
Permanecen detrás Fuera-potasio
NO difunden
fuera-membrana
Concentración elevada-iones sodio
Concentración baja-sodio-dentro
Iones-carga positiva
Membrana-permeable-iones sodio
Impermeable-demás iones
Las Células Nerviosas y Musculares
Son capaces de Generas
Impulsos Electroquímicos
Potencial de Nernst
Determinada por
Gradiente de Concentración
FEM (Milivoltios) = + 61 LogConcentración Exterior
Concentración Interior-
El Potencial es (-) si el ion que difunde desde el interior hacia el exterior es (+)El Potencial es (+) si el ion que difunde desde el interior hacia el exterior es (-)
Potencial de Difusión
Es el potencial eléctrico
a la difusión de iones
A favor de un
gradiente de
concentración
Depende
1) Polaridad de la Carga Eléctrica
2) Permeabilidad de la Membrana
3) La Concentración de los IonesEn el Interior y el exterior
MEDICIÓN DEL
POTENCIAL DE
MEMBRANA
Pipeta pequeña-llena-solución de
electrolitos
Coloca otro electrodo (ELECTRODO
INDIFERENTE)
Utilizando-voltímetro adecuado
Entre (interior y exterior) de la fibra
Mide-diferencia potencial
Líquido extracelular
Pipeta-inserta-membrana celular-hasta-interior-fibra
Resistencia mayor de un millón de ohmios
Diámetro luminal menor de 1 um
Través-punta de la micropipeta
Voltímetro-aparato electrónico
Puede medir voltajes-pequeños
Resistencia elevada-flujo eléctrico
Distribución-iones
Liquido extracelular
Rodea-fibra nerviosa
Y-liquido-interior-fibra
Carga (Positiva y Negativa)
Largo-superficie interna-membrana
Cargas negativas
Observa-alineación
Cargas positivas-largo-superficie externa
Cambios súbitos de potencial de membrana
muestra
Parte inferior
Producen-membranas de los dos lados-fibra
Potencial de Membrana en Reposo de los Nervios
Potencial en reposo de las
fibras Nerviosas
Cuando no transmiten señales nerviosas-90 mV
La Bomba de Sodio y Potasio
Membranas CelularesBombea
Interior Exterior
Na+K+
Tres Iones de Na+ por cada 2 Iones de K+
En la Fibra Nerviosa Normal la permeabilidad de la membrana de Potasio es 100 veces mayor que la permeabilidad al Sodio
POTENCIAL DE ACCIÓN NERVIOSO
Es un fenómeno electroquímico producido por cambios en la concentración de iones Sodio y Potasio, entre el medio extra e intracelular.
Potencial de membrana caracterizado por un medio extracelular positivo y un medio intracelular negativo, dependiendo de los canales de potasio y la acción de la bomba sodio-potasio. En este estado no se transmiten impulsos por las neuronas.• El potencial pasa a negativo en el
LEC y positivo en el LIC• Se abren los canales de Na+
dependientes del voltaje, por lo que ENTRA Na+ al LIC
• El potencial vuelve a ser negativo en el LIC y positivo en el LEC
• Esto se debe a la SALIDA de K+
POTENCIAL DE ACCIÓN
POTENCIAL DE REPOSO
Na+ Na+ Na+ Na+
K+ K+
DESPOLARIZACIÓN
K+ K+
REPOLARIZACIÓN
Potencial de Acción Nervioso
Las señales Nerviosas
Se transmiten
Potencial de AcciónCambios rápidos del potencial de Membrana
al lo largo de la Fibra Nerviosa
Canales de Sodio y Potasio Activados
En la Despolarización y Repolarización
De la membrana Nerviosa
Es el canal de Sodio Activado por el Voltaje
Activación e Inactivación
del Canal
Activación del Canal de
Sodio
Inactivación del Canal de
Sodio
Canal de Potasio Activado por el Voltaje
En reposo (Puerta Cerrada)
Final del Potencial de Acción(Puerta Abierta)
Ritmicidad de algunos tejido excitables
Latido Rítmico del Corazón
Peristaltismo de los
Intestinos
Control rítmico de la Respiración
CARACTERÍSTICAS ESPECIALES DE LA TRANSMISIÓN DE SEÑALES EN LOS
TRONCOS NERVIOSOS
Corte transversal-
nervio pequeño
Fibras nerviosas grandes
muestra
constituyen
Mayor parte-área transversal
NÚCLEO central-fibra
FIBRA MIELINIZADA
membrana
Conduce-potencial-
acción
Líquido intracelular
viscoso
Contiene-centro
AXOPLASMA
alrededor
a lo largo
encontramos
Células de SCHWANN
depositan
alrededor
1.- Membrana-célula de SCHWANN rodea-axón
Célula de SCHWANN rota-alrededor-axón
Deposita-sustancia lipídica esfingomielina
Reexcitación necesaria para la Ritmicidad
Los Iones de Sodio y
Calcio Fluyen hacia el Interior
Aumento de Voltaje
positivo en la membrana -
PermeabilidadUn Mayor
flujo de Iones
Mayor Permeabilidad,
hasta que se genera un
potencial de Acción
Al final del P. de Acción, se Repolariza la Membrana, y
vuelve a Despolarizar
Contracción del Músculo Esquelético
El 40% del Cuerpo es Músculo esquelético
y el 10% es Liso y Cardiaco
Anatomía Fisiológica del Músculo Esquelético
Los Músculos Esqueléticos
Formados por
Numerosas Fibras
10 – 80 µm
Inervadas por una Fibra
Nerviosa
Sarcolema
Formada por Polisacáridos
Fibrillas de Colágeno
Se fusionan con
Fibra tendinosa
Agrupadas enHaces Musculares
Tendones Musculares
¿ Qué mantiene en su lugar a los filamentos de Miosina y Actina?
Moléculas Filamentosas de Titina Filamentosa y Elástica
Actúan como un armazónQue mantiene la posición
Sarcoplasma Retículo Sarcoplásmico
Es el liquido intracelular
entre las miofibrillas
Contiene
Potasio, Magnesio, y Fosfato
Función: Controlar la contracción Muscular
Almacén de Calcio
Actividad ATPasa de la Cabeza de la Miosina
Actúa como unaEnzima ATPasa
Par obtener energía
Filamento de Actina
Formado por tres componentes proteicos
Actina Tropomiosina Troponina
F - Actina ADPG - Actina
Miosina
Contracción Muscular
Complejos de 3 Subunidades
proteicas
Troponina I Actina
Troponina II Tropomiosina
Troponina III Calcio
BIBLIOGRAFÍA
Páginas Web1. Blogspot. (19 de Febrero de 2011). Fisiología. Recuperado el 10 de
Octubre de 2013, de Unidad III: Fisiología Muscular: http://fisiologiajmv-hilda.blogspot.com/2011/02/unidad-iii-fisiologia-muscular.html
Libros2. Guyton, A. C., & Hall, J. E. (2006). Tratado de Fisiología Médica.
Fisiología de la Membrana, el Nervio, y el Músculo, 11ava Ed., Pag.45-100. Elsevier.
Video3. YouTube. (2012 de Mayo de 2012). La Contracción Muscular.
Recuperado el 7 de Octubre de 2013, de Nova Real: http://www.youtube.com/watch?v=DwncW3Q1z7w
Gracias Por Su Atención !
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