MOVIMIENTO DE IONES POR FUERZAS ELÉCTRICAS

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-

• 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 .

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

• 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)

• 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

• 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

POTENCIAL DE MEMBRANA

La diferencia de concentración de iones a través de una membrana selectivamente permeable crea un potencial de membrana.

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

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.

INTRACELULAR EXTRACELULAR

Na ………10meq/L

K ………..140meq/L

Cl ………. 8meq/L

Na ………142meq/L

K ………..4.5meq/L

Cl ……… 107meq/L

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

DESTINO

ORIGEN

El mantenimiento del Potencial eléctrico requiere del aporte de energía

Con la ecuación de NERNST también se puede calcular el Potencial de Equilibrio de un ión:

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

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

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

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

)( 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

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%).

Circuito equivalente y potencial de reposo

N canales suman sus conductancias

Cada población de iones se representa del mismo modo:

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

Efecto de la bomba de Na+/K+ en el potencial de reposo

Voltímetro de alta impedancia

Microelectrodos

Osciloscopio de rayos catódicos

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

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

Periodo de latencia

Overshot

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

Periodos refractarios

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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CONDUCCIÓN SALTATORIA

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Este tipo de conducción del PA se realiza en las neuronas de tipo MIELINICAS (mas veloces).

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+)