El potencial de membrana en reposo

Para qué sirve el potencial de membrana Para llevar a cabo en forma eficiente los procesos celulares.

Equilibrio iónico genera un potencial electroquímico Equilibrio iónico genera un potencial electroquímico. Es una energía potencial que puede ser usada para generar trabajo. Un ión en equilibrio a través de la membrana satisface la ecuación de Nernst.

El potencial de equilibrio de un ión se puede predecir mediante la ecuación de Nernst Ex= RT ln[X]2 zF [X]1 R= constante de los gases T= temperatura en grados Kelvin z = valencia del ión permeable (carga) F= constante de Faraday (cantidad de carga eléctrica contenida en un mol de un ión univalente) Ex= 0,058V log[X] (I)LEC z [X] (II) LIC Ex= 58mV log[X] (I)LEC z [X](II) LIC

VK  -60 mV [K+]in -60 mV VK  log zK [K+]out [K+]in -RT VK = ln zKF Ejemplo para el ión K+ VK = ln [K+]in [K+]out -RT zKF R = 8.31 J/(mol-deg) T = 310o K F= 96,500 coul/mol ln to log (x2.303) VK = log [K+]in [K+]out -61.5 mV zK VK  log [K+]in [K+]out -60 mV zK This would be a good place to have a diagram of a RBC or some generic cell with Kin & Kout & V(K) ~Vm Color code Na, K, and Cl as on slide 11 throughout …. Better visual effect…. Also helps folks to keep track of the ions [K+]in = 100 mM and [K+]out = 10 mM VK  -60 mV Ecuación de Nernst sólo se establece para los iones en equilibrio

Ecuación de Nernst sólo se establece para los iones en equilibrio. Se puede utilizar para predecir el sentido en el que tienden a fluir los iones. Ejemplos: Después del ejemplo, la ecuación de Nernst nos dice que en equilibrio, el lado A debe ser 60mV más negativo que el lado B.

¿Y a quién le puede importar? Para llevar a cabo en forma eficiente los procesos celulares. Bueno, la ecuación de Nerst: Descifra la igualdad que existe entre las fuerzas eléctricas y químicas. Es una herramienta que permite predecir el transporte activo si es que existe Punto de partida conceptual para entender las bases fisiológicas de la actividad bioeléctrica.

EK+= 0,058 log[K+] LEC z [K+] LIC Ión no permeable LEC= 0,01 M LIC = 0,1 M Por lo tanto, si hay una gradiente de concentración para un ión, la ecuación de Nernst otorga el potencial de equilibrio para ese ión El potencial de equilibrio para un ion dado es el potencial de membrana que detiene la difusión de este ión a través de la membrana celular.

Conceptos que hay que digerir..... 1.- El potencial de membrana (Vm), es el voltaje producido a través de la membrana cuando las cargas se separan. 2.- Todas las células vivas tienen potencial de membrana. Esta lista incluye entre otras a las células epiteliales, fibroblastos, glóbulos rojos, células de la piel, osteoblastos/osteoclastos, ovocitos, espermatozoides, hongos, bacterias, etc. 3.- El Vm 0 no implica que no exista voltaje. El Vm tiene una dirección. Y cero es sólo un punto donde el Vm se mueve hacia + o -.

Por qué se genera el potencial de membrana en reposo Todas las células poseen potenciales eléctricos: Diferencias en las concentraciones de iones específicos. Membranas tienen permeabilidad selectiva a estos iones.

electroquímico - + Se genera un potencial eléctrico que tiende a impedir el mayor flujo de K+ de 1 a 2

Equilibrio electroquímico : balance neto entre 2 fuerzas opuestas sobre el K+ Una gradiente química de concentración que provoca el movimiento de potasio desde el compartimiento 1 al 2, tomando consigo una carga positiva. Una gradiente eléctrica opuesto que tiende a detener el movimiento de K+ a través de la membrana. La fuga de cargas positivas deja una carga negativa en el interior de la membrana, lo que atrae al K+. A medida que aumenta la gradiente de concentración, mayor es la gradiente eléctrica necesaria para detener el flujo de K+.

Equilibrio de Donnan Equilibrio entre iones que pueden atravesar la membrana y otros que no pueden atravesarla. A- puede corresponder a proteínas y nucleótidos Investigar sobre la esferocitosis hereditaria

Generación de una diferencia de potencial a ambos lados de una membrana En el equilibrio electroquímico, una diferencia de gradiente química de concentración se equipara exactamente con una diferencia de potencial eléctrico. emf: fuerza electromagnéticas LIC LEC

Hay más potasio en el interior de la célula que en el exterior. El potencial de reposo de interior negativo de las células surge porque: (Hodgkin and Katz, 1949). La membrana en reposo es más permeable al K+ que a cualquiera de los otros iones presentes. Los canales iónicos que atraviesan la membrana son selectivamente permeables a iones. Hay más potasio en el interior de la célula que en el exterior. Diferencia de concentración de varias especies iónicas dentro y fuera de la célula. Estas diferencias se mantienen a expensas de energía metabólica.

La ecuación de Goldman integra la permeabilidad a varios iones E Na,K,Cl= RT log PK [K+]LEC+PNa [Na+]LEC+ PCl [Cl-]LIC F PK [K+]LIC+PNa [Na+]LIC+ PCl [Cl-]LEC E Na,K= 0,058 log PK [2,5]LEC+PNa [120]LEC PK [140]LIC+PNa [10]LIC Vm= ?

Factors influencing the Membrane Potential at Rest A. Ion Gradients Ion [in] [out] Veq (Nernst) Na+ 12 mM 140 mM +64 mV K+ 135 4 -92 Cl+ 4 116 -88 Pi 10-9 cm/sec 10-7 cm/sec 10-8 cm/sec B. Membrane Permeability Goldman prediction of Vm = -84 mV

PK[K+]out + PNa[Na+]out + PCl [Cl-]in Vm  -60 mV log PK[K+]in + PNa[Na+]in + PCl [Cl-]out +50 -50 -100 Membrane Potential (mV) VNa ‘boundary conditions’ Vm VCl VK

What is the basis of ‘PK’? 3Na+ 2K+ So, at ‘rest’ PK dominates ATP 2K+ In large part, it reflects the constitutive activity of a population of K Channels (‘inward rectifier’ - KIR channels)

Origen del potencial de membrana en reposo Todas las células poseen potenciales eléctricos: Diferencias en las concentraciones de iones específicos. Membranas tienen permeabilidad selectiva a estos iones. Presencia de bombas y canales

-mueven iones en forma activa en contra de gradiente de concentración El ión es bombeado a través de la membrana El ión difunde a través del canal El ión se une Bombas: -mueven iones en forma activa en contra de gradiente de concentración -crean gradientes Canales iónicos: -difusión de iones y reducen los gradientes de concentración -producen permeabilidad selectiva

La membrana plasmática es un capacitor: puede mantener una separación de las cargas - +

¿ Cuál sería el Potencial de membrana si la membrana fuera permeable sólo al Na+ ? Permeabilidad relativa