Capitulo 5 Potenciales de Membrana
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El documento describe los potenciales eléctricos que se generan a través de las membranas celulares debido a las diferencias de concentración iónica entre el interior y el exterior de la célula. Explica que los potenciales de membrana se generan por la difusión de iones a través de la membrana y que alcanzan un equilibrio conocido como potencial de difusión. También presenta fórmulas como la ecuación de Nernst y de Goldman-Hodgkin-Katz para calcular los potenciales de membrana cuando la
Capitulo 5 Potenciales de Membrana
- 1. CAPITULO 5 POTENCIALES DE MEMBRANA.<br />Hay potenciales eléctricos a través de las membranas de prácticamente todas las células del cuerpo. Además algunas células como la células nerviosas y musculares son capaces de general impulsos electroquímicos rápidamente cambiantes en sus membranas, y estos impulsos se utilizan para transmitir señales atreves de las membranas de los nervios y de los músculos. En otros tipos de células q como l células glandulares, los macrófagos y las células ciliares, los cambios locales de los potenciales de membrana también activan muchas de las funciones de las células. Este análisis se refiere a los potenciales de membrana que se generan en reposo y durante la acción en las células nerviosas y musculares. <br />FISICA BASICA DE LOS POTENCIALES DE MEMBRANA.<br />POTENCIALES DE MEMBRANA PROVOCADOS POR DIFUSION.<br /> POTENCIAL DE DIFUSION @PRODUCIDO PRO UNA DIFERENCIA DE CONCENTRACION IONICA A LOS DOS LADOS DE LA MEMBRANA. <br />La concentración de potasio es grande dentro de la membrana de una fibra nerviosa, pero muy baja fuera de la misma. Consideremos que en este caso la membrana es permeable a los iones de potasio, pero no a ningún otro ion. Debido al gran gradiente de concentración de potasio desde el interior hacia el exterior hay una intensa tendencia a que cantidades adicionales de iones potasio difunden hacia afuera a través de la membrana. A medida que lo hacen transportan cargas eléctricas positivas hacia el exterior, generando de esta manera electropositividad fuera de la membrana y electronegatividad en el interior debido a los aniones negativos que permanecen detrás y que no difunden hacia afuera con el potasio.<br />Tarda un milisegundo para darse la diferencia del potencial entre el interior y el exterior denominado potencial; de difusión, se hace lo suficientemente grande como para bloquear la difusión adicional neta de potasio hacia el exterior, a pesar del elevado gradiente de concentración iónica de potasio. En la fibra nerviosa normal del mamífero la diferencia de potencial necesario es de aproximadamente 94mV, con negatividad en el interior de la membrana de la fibra. <br />La figura 5-1 B muestra el fenómeno que la figura 5/1ª pero esta vez con una concentración elevada de sodio fuera de la membrana y una concentración baja de sodio adentro. Estos iones también tienen carga positiva. Esta vez la membrana es muy permeable a los iones sodio, aunque impermeable a todos los demás iones.<br />La difusión de los iones sodio de carga positiva hacia el interior crea un potencial de membrana de polaridad opuesta al de la figura 5/1ª con negatividad en el exterior y positividad en el interior. Una vez más el potencial de membrana se hace lo suficientemente elevado en un plazo de milisegundos como para bloquear la ulterior difusión neta de iones sodio hacia el interior<sin embargo esta vez en la fibra nerviosa del mamífero, el potencial es de aproximadamente 61 mV positivo en el interior de la fibra. Así vemos que una diferencia de concentración de iones a través de una membrana puede, en condiciones adecuadas, crear un potencial de membrana. En secciones posterior <br />RELACION DEL POTENCIAL DE DIFUSION CON LA DIFERENCIA DE CONCENTRION POTENCIAL DE NERNST/<br />El nivel de potencial de difusión a través<br />La magnitud de este potencial de Nernst viene determinada por el cociente de las concentraciones de ese ion específico en los dos lados de la membrana. Cuanto mayor es este cociente mayor. es la tendencia del ion a difundir en misma dirección y, [por tanto mayor será será el potencial de Nernst necesario para impedir la difusión neta adicional. Se puede utilizar la siguiente ecuación denominada Ecuación de Nernst, para calcular el potencial de Nersnst para calcular cualquier ion univalente a la temperatura corporal normal *37 o C<br />FEM MILIVOLTIOS= +-61 LOG Concentración interior<br /> Concentración exterior<br />Donde \FEM es la fuerza motriz. Cuando se utiliza esta fórmula se asume que el potencial del líquido extracelular que esta fuera de la membrana se mantiene a un nivel del potencial cero, y que el potencial de Nernst es el potencial que está en el interior de la membrana. Además el signo del potencial es + si el ion que difunde desde el interior hacia él; exterior es un ion negativo y es negativo – si el ion es positivo. Así cuando la concentración del ion potasio positivos en el interior es 10 veces mayor que la del exterior, el logaritmo de 10 es 1 , de modo que se calcula que el potencial de Nernst es de -61 mV en el interior de la membrana.<br />CALCULO DEL POTENCIAL DE DIFUSIÓN. CUANDO UNA MEMBRANA ES PERMEABLE A VARIOS IONES DIFERENTES Cuando una membrana es permeable a varios iones diferentes el potencial de membrana que se genera depende de tres factores><br />La polaridad de la carga eléctrica de cada uno de los iones<br />La permeabilidad de la membrana para cada uno de los iones<br />Y las concentraciones de los respectivos iones en el interior y en el exterior de la membrana. Así la Formula que se denomina Ecuación de Goldman o ecuación de Goldman-Hodgkin –Katz, da el potencial de membrana en el interior de la membrana cuando participan dos iones positivos univalente, sodio NA+ y potasio K+ y un ion negativo univalente Cl-<br />La importancia de esta ecuación y el significado. En primer lugar los iones sodio, potasio y cloro son los iones más importantes que participan en la generación de los potenciales de membrana en las fibras nerviosas y musculares, así como en la células neuronales del sistema nervioso. El gradiente de concentración de cada uno de estos iones a través de la membrana ayuda a determinar el voltaje del potencial de membrana. Segundo el grado de importancia de cada uno de los iones en la determinación del voltaje es proporcional a la permeabilidad de la membrana para ese ion particular. Es decir si la membrana tiene una permeabilidad 0 para los iones potasio y cloro, el potencial de membrana está dominado totalmente por el gradiente de concentración de los iones de sodio de manera aislada y el potencial resultante será igual al potencial de Nernst para el sodio. Lo mismo se puede aplicar a los otros dos iones si la membrana se hiciera permeable selectivamente para uno u otro de manera aislada.<br />Tercero un gradiente positivo de concentración iónica desde el interior de la membrana hacia el exterior produce electronegatividad en el interior de la membrana. La razón de esto es que el exceso de iones positivos .difunde hacia el exterior cuando su concentración es mayor en el interior que en el exterior. Esto desplaza cargas positivas hacia el exterior, aunque deja a=los aniones negativos no difusibles en el interior, creando de esta manera electronegatividad en el interior. Se produce el efecto contrario cuando hay un gradiente de un ion negativo.<br />Por ejemplo un gradiente del ion de cloruro desde el exterior hacia el interior produce negatividad en el interior de la célula porque el exceso de iones cloruro de carga negativa difunde hacia el interior, a la vez dejan los iones positivos no difunde hacia el interior, a la vez que dejan los iones positivos no difusibles en el exterior. <br />Cuarto como se explica más adelante la permeabilidad de los canales de sodio y de potasio experimenta cambios rápidos durante la transmisión de un impulso nervioso, mientras que la permeabilidad de los canales de cloruro no se modifica mucho durante este proceso. Por tanto el cambio rápido de la permeabilidad al sodio y el potasio son los principales responsables de la transmisión de las señales en los nervios, que es el tema de la mayor parte del capítulo.<br />MEDICION DEL POTENCIAL DE MEMBRANA<br />EL METODO PARA MEDIR EL POTENCIAL DE MEMBRANA ES SIMPLE EN TEORIA aunque con frecuencia es difícil en la práctica debido al pequeño tamaño de la mayor parte de las fibras. <br />