Tema 1: Conceptos básicos de las células excitables PDF

Tema 1 Conceptos básicos de las células excitables UNIDAD III. Actividad bioeléctrica de las células excitables Iones: Aniones (carga negativa) Cationes (carga positiva) Aniones Cl- Na+ proteicos...

Tema 1 Conceptos básicos de las células excitables UNIDAD III. Actividad bioeléctrica de las células excitables Iones: Aniones (carga negativa) Cationes (carga positiva) Aniones Cl- Na+ proteicos K+ aminoácidos Diferente distribución de iones a ambos lados de la membrana produce carga eléctrica o diferencia de potencial… Exterior celular Interior celular Diferente distribución de iones a ambos lados de la membrana produce carga eléctrica o diferencia de potencial… Exterior celular K+ Na+ + Interior celular Aniones proteicos Aniones proteicos K+ Na+ - Potencial de membrana en reposo (Vm) -70 mV Diferente distribución de iones a ambos lados de la membrana produce carga eléctrica o diferencia de potencial… Exterior celular Aniones proteicos K+ Na+ Interior K+ Na+ celular Aniones proteicos 0 mV Diferente distribución de iones a ambos lados de la membrana produce carga eléctrica o diferencia de potencial… Exterior celular K+ Na+ + Interior celular Aniones proteicos Aniones proteicos K+ Na+ - ¿Cómo hemos llegado aquí?  ¿Cómo hemos llegado aquí? 1. Bomba sodio-potasio 2.Permeabilidad selectiva de la membrana 1.Bomba sodio-potasio Na+ Na+ Na+ Exterior celular Interior celular ATP-> ADP +Pi K+ K+ Genera déficit de cargas eléctricas en el interior 2.Permeabilidad selectiva de la membrana Los iones se mueven a través de la membrana neuronal gracias a los canales iónicos Canales iónicos pasivos o de fuga Los canales iónicos son poros transmembranales que pueden estar abiertos o cerrados y que permiten el paso de iones específicos a través de la membrana. Son de naturaleza proteica Canales iónicos Canales iónicos pasivos de pasivos de potasio sodio  Permeabilidad selectiva La membrana deja pasar algunos iones y otros no debido a la diferente densidad de canales iónicos Exterior celular K K K K Na K K Interior celular En reposo la membrana muestra mayor permeabilidad al potasio en comparación con el sodio. De hecho, en reposo es de 30-40 veces más permeable al potasio que al sodio ¿Qué leyes determinan el movimiento de iones a través de la membrana? Baja concentración Alta concentración de K+ de K+ K+ Gradiente de K+ K+ K+ K+ concentración o K+ K+ K+ químico/difusión + - + - + - + + + - Gradiente + + - - + eléctrico + + - + - Carga positiva Carga negativa Fuerza electroquímica  + Exterior celular K+ Na+ Fuerza [] Fuerza [] Interior celular K+ Aniones proteicos Na+ -  + K+ Na+ Exterior celular Fuerza Fuerza Fuerza [] electro Fuerza [] electro Interior celular K+ Aniones proteicos Na+ -  Permeabilidad selectiva La membrana deja pasar algunos iones y otros no debido a la diferente densidad de canales iónicos Exterior celular K K K K Na K K Interior celular  En estado de reposo la membrana es más permeable al potasio que al sodio debido a la mayor densidad de canales de fuga de potasio que de sodio. Exterior celular K K K K Na K K Interior celular  Aunque un ión pueda moverse a favor de gradiente electroquímico hay que tener en cuenta si la membrana le deja pasar o no… K+ Na+ Fuerza Fuerza Fuerza [] Fuerza [] electro electro Exterior celular K K K K K K K Na Interior K+ celular Na+ La misma cantidad de potasio que es egresado (por el efecto de la fuerza de concentración) es ingresado (por el efecto de la fuerza electroestática) Cuando esto ocurre se dice que se ha alcanzado el POTENCIAL DE EQUILIBRIO (gradiente eléctrico contrarresta gradiente de concentración). Fuerza Fuerza [] electro Exterior celular Interior celular  Netamente no existe cambio en las concentraciones de potasio intra y extra celular, sin embargo, existe un intercambio continuo. Fuerza Fuerza [] electro Exterior celular Interior celular Ecuación de Nerst: sirve para calcular en base a las concentraciones (intra y extra) el valor de potencial de equilibrio (valor de potencial de membrana en el que el intercambio del ion intra y extra es similar). EK= 61/1 (Log (5/150))= -90 mV ENa= 61/1 (Log (145/15))= +60 mV  Es útil considerar estos valores como una referencia que nos informa de a que valor de voltaje “aspira” cada ion. De hecho, todos los iones tienden a moverse para acercar el potencial de membrana a su valor de potencial de equilibrio EK ENa K+ Na+ Hay una lucha… La permeabilidad de la membrana determina la fuerza en dicha lucha Na+ K+ Vm -70mV ENa= +60 mV Positivo Negativo EK= -90 mV Si no existiese el sodio… (la membrana es impermeable al sodio) El potencial de membrana en reposo seria de -90 mV (que es el potencial de equilibrio del potasio). K+ Vm +60 mV -90 mV Si no existiese el potasio… (la membrana es impermeable al potasio) El potencial de membrana en reposo seria de +60 mV (que es el potencial de equilibrio del sodio). Na+ Vm +60 mV -90 mV En reposo el potasio casi gana… El potencial de membrana en reposo se mantiene en el valor de -70 mV debido a la influencia principalmente del potasio (trata de hacerlo negativo) y escasamente al sodio (trata de hacerlo positivo ) Na+ K+ Vm ENa EK +60 mV -70 mV -90 mV  Ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz Potencial de Permeabilidad Permeabilidad membrana en relativa del K+ relativa del Na+ reposo Es muy parecida a la ecuación de Nerst pero se añade una ponderación por la permeabilidad selectiva de la membrana (que es diferente para cada ion). Cuanto mayor sea la permeabilidad de un ion mayor será su importancia en el mantenimiento del potencial de membrana en reposo.  Los iones con carga positiva se denominan cationes (Na y K) Los iones con carga negativa se denominan aniones (Cl y aniones orgánicos). Potasio es el principal catión intracelular. Sodio es el principal catión extracelular. El potencial de membrana tiene un valor de -70 mV (lo que quiere decir que el interior neuronal es unas 70 veces más negativo que el exterior). La distribución diferente de iones a ambos lados de la membrana produce el potencial de membrana en reposo. De hecho, si los iones estuviesen homogéneamente distribuidos Vm= 0. Por lo tanto, la concentración iónica a ambos lados de la membrana se relaciona con el voltaje. La bomba sodio-potasio expulsa tres iones de sodio y introduce dos iones potasio (consume ATP) generando un déficit de cargas positivas en el interior neuronal. La permeabilidad de la membrana es selectiva a los iones. Es más permeable al potasio que al sodio.  La permeabilidad de la membrana viene determinada por el número de canales iónicos pasivos (no consumen ATP). 2 leyes rigen el movimiento de iones: el gradiente de difusión (zonas con alta concentración a zonas con baja concentración) y el gradiente eléctrico (zonas negativas atraen cationes y zonas positivas atraen aniones). Ambas fuerzas pueden actuar en el mismo sentido o en sentido contrario. La unión del gradiente eléctrico y de concentración recibe el nombre de gradiente electroquímico. En reposo la fuerza de concentración tiende a egresar potasio mientras que la fuerza eléctrica tiende a ingresarlo. Ambas fuerzas actúan con sentido contrario. Se dice que el potasio se encuentra en equilibrio(cantidad de potasio que entra=cantidad de potasio que sale). En reposo la fuerza de concentración y eléctrica tiende a ingresar sodio. Sin embargo, su entrada está limitada por la baja permeabilidad de la membrana a este ión.  La ecuación de Nerst relaciona las concentraciones intra y extra celulares de un ión dado con valores de voltaje. Sirve para calcular a que valor de voltaje un ión dado se encuentra en equilibrio (cantidad de ión que sale=cantidad de ión que entra). Por tanto sirve para calcular el valor de potencial de equilibrio. Ek= -90 mV. ENa= +60 mV. Si la membrana no fuese nada permeable al potasio Vm = +60 mV. Si la membrana no fuese nada permeable al sodio Vm = +90 mV. En reposo el potencial de membrana se sitúa en -70 mV (debido a la influencia principalmente del potasio). La ecuación de Goldman-Hodking-Katz sirve para determinar el potencial de membrana en reposo teniendo en cuenta diversos iones. Cuanto mayor sea la permeabilidad de un ión mayor será su importancia en el mantenimiento del potencial de membrana en reposo.