Propiedades eléctricas de la membrana celular Lic. Julio Rubio M. Correo:

Logro de la sesión Comprende el proceso de permeabilidad de la membrana celular como base para los procesos de creación de un impulso nervioso en células excitables

¿Cómo se mueven las moléculas y elementos a través de la membrana?

¿Todas las elementos/moléculas atraviesan la membrana?

Entonces, ¿Cómo se distribuyen las moléculas a través de la membrana?

Las células eléctricamente excitables:  Las musculares esqueléticas y lisas, que generan señales eléctricas que activan el mecanismo contráctil.  Las células secretoras que activan el mecanismo secretor por medio de señales eléctricas, las que producen a su vez, un aumento intracelular transitorio de la concentración del ión Ca2+.  Las neuronas que generan y transmiten señales eléctricas

En el caso de las neuronas…  La función primordial de la neurona es integrar la información que le llega por los contactos sinápticos y emitir señales a:  Otras neuronas  A efectores:  Células musculares  Órganos de secreción  Para realizar esta función las neuronas operan con señales eléctricas especializadas, que consisten en la modificación del potencial de membrana (Vm).

Si colocásemos electrodos en un axón en reposo, podríamos observar un diferencia de carga de 70mV (40 a 90mV) siendo el medio intracelular más negativo con respecto al exterior: -70mV (-40 a -90mV)  Es la diferencia de potencial entre los medios intra- y extra- celular en un célula en reposo cuando un ión difunde siguiendo su gradiente de electroquímica  Se debe a la difusión de todos los iones que pueden atravesar la membrana.  No genera cambios en la concentración del ión Potencial (de membrana en) de reposo

Las modificaciones del potencial de membrana… …resultan de cambios conformacionales de proteínas estructurales de la membrana plasmática: Los canales iónicos  Estos provocan variaciones de la permeabilidad selectiva de la membrana de los iones

El ión potasio…  > Concentración K + intracelular:  La gradiente de concentración (fuerza química) tiende a empujarlo hacia fuera de la célula Sin embargo:  > carga positiva extracelularmente:  La gradiente eléctrica tiende a empujar al potasio hacia el interior. De esta forma las dos fuerzas se equilibran

El ión cloro…  > Concentración Cl - extracelular:  La gradiente de concentración tiende a empujarlo hacia el interior de la célula. Sin embargo:  > carga negativa intracelularmente:  La gradiente eléctrica lo empuja hacia el exterior. De esta formas las dos fuerzas vuelven a equilibrarse

El ión sodio…  > Concentración Na + extracelular:  La gradiente de concentración tiende a empujarlo hacia el interior de la célula.  Al contrario que el ión cloro, el Na + está cargado positivamente  La gradiente eléctrica no impide al Na + entrar en la célula; al contario, lo atrae.

Entonces, ¿Porqué el Potencial de reposo es negativo?  La membrana en reposo es 20 a 100 veces más permeable al K + que a otros iones.  El K + se mueve del interior al exterior de la célula dejando un exceso de cargas negativas en el lado citoplasmático de la membrana.  Deja una mayor cantidad de iones negativos (aniones)  La bomba de Na + /K + genera negatividad adicional (5 a 20%)

¿Cómo es posible que el sodio siga en mayor concentración en el liquido extracelular? …debido a la Bomba de Na + /K +  Bombea 3 iones de Na+ hacia al LEC al mismo tiempo que bombea 2 iones K+ hacia el LIC.  Esta bomba consume energía que le es suministrada por las mitocondrias en forma de ATP h_Animations/sp_sodium_potassi um.swf

Potencial de Acción

El Potencial de Acción es una inversión rápida del potencial de membrana  Cambio en el Vm de gran magnitud y corta duración  Caída breve de la resistencia de la membrana al Na + = Na + entra en la célula = Despolarización  Brevemente el Vm se torna positivo intracelularmente (“overshoot”)  Seguida por una caída transitoria de la resistencia de la membrana al K + = K + sale rápidamente de la célula = Repolarización  Mayor K+ extracelular + Activación de la bomba de Na+/K+ = Salida preferencial del Na+ hacia LEC = Hiperpolarización

Características del Potencial de Acción  Es unidireccional: constituye el mensaje transportado por el axón desde el cuerpo celular hasta los botones terminales.  Refractoriedad: Excitabilidad reducida  Periodo refractario absoluto  Periodo refractario relativo  Ley del todo o nada  Conserva su misma forma

Ley de todo o nada: Umbral de excitación  Determina que las respuestas activas sólo se generen cuando el potencial de membrana alcanza un valor crítico, umbral, mientras que para valores sub-umbrales del potencial de membrana las respuestas son pasivas.

¿La conducción del potencial de acción es siempre igual?  La vaina de mielina…

Factores que determinan la propagación del potencial de acción:  Diámetro de la fibra nerviosa  Grado de mielinización  Distancia internodal  Amplitud de la corriente de entrada de sodio La mielina es una capa discontinua de lipoproteínas que funciona como aislante eléctrico para acelerar la conducción del impulso nervioso a través del axón.

Codificación de la intensidad del estímulo  Si todos los potenciales de acción son de igual tamaño:  ¿Cómo pueden los sistemas sensitivo y motor responder de distintas formas?  ¿Porqué un roce suave se diferencia de una presión más firme?  ¿Cómo puede controlarse la acción muscular desde una ligera y delicada a una fuerte y energética? “FRECUENCIA DE GENERACIÓN DE IMPULSOS DESDE LA ZONA DESCENCADENANTE”

¿Cómo se propaga el potencial de acción?

Un dato…no todos los potenciales de acción son iguales: Músculo Liso Músculo CardíacoMúsculo Esquelético

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Referencias bibliográficas  Audesirk, T., Audesirk, G., Byers, B. (2013). Biología: La vida en la tierra. 9º Ed. Mexico: Pearson Educación.  Campbell, N., Reece, J. (2007). Biología. 7º Ed. Madrid: Editorial Médica Panamericana.  Pinel, J. (2006). Biopsicología. 6º Ed. México: Pearson Educación.  Purves, D. (2016) Neurociencia. 5º Ed. Madrid: Editorial Médica Panamericana.