Resumen Capítulo 3 Fisiología de las Membranas PDF

FISIOLOGÍA DE LAS MEMBRANAS: LA MEMBRANA CELULAR: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN COMPOSICIÓN MOLECULAR DE LA MEMBRANA CELULAR: La membrana está formada por lípidos, proteínas y carbohidratos de carbono. Su organización fue descrita por Singer y Nicolson en 1972 en su modelo de mosaico fluido, que tiene como...

FISIOLOGÍA DE LAS MEMBRANAS: LA MEMBRANA CELULAR: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN COMPOSICIÓN MOLECULAR DE LA MEMBRANA CELULAR: La membrana está formada por lípidos, proteínas y carbohidratos de carbono. Su organización fue descrita por Singer y Nicolson en 1972 en su modelo de mosaico fluido, que tiene como características: Bicapa de lípidos: donde la parte hidrofóbica queda enfrentada y la parte hidrofílica se orienta hacia el entorno acuoso Proteínas; pueden ser integradas o periféricas. Las primeras se insertan en la bicapa lipídica, las segundas se unen a los extremos polares de los fosfolípidos o a las proteínas. Carbohidratos; unidos a lípidos o a proteínas FUNCIONES DE LA MEMBRANA CELULAR: 1. Aislamiento físico: es una barrera física entre el citoplasma y el exterior 2. Movimiento entre sustancias dentro y fuera de la célula: regula la entrada de iones y de nutrientes, así como la salida de productos de desecho 3. Comunicación entre la célula y su entorno: responsable de detectar las señales procedentes del exterior relacionadas con el correcto funcionamiento de la célula 4. Comunicación intercelular: la comunicación tiene lugar mediante el establecimiento de uniones especializadas entre las membranas 5. Transmisión de señales: la detección y transmisión de señales de tipo eléctrico en las células excitables tiene lugar a través de la membrana mediante receptores para hormonas, neurotransmisores y otras moléculas. 6. Soporte estructural: muchas proteínas intracelulares que forman parte de citoesqueleto se asocian a proteínas membranosas PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA CELULAR: Los solutos se distribuyen en función a su permeabilidad selectiva a través de la membrana celular. En el caso de iones, la permeabilidad se define en función a la conductancia eléctrica de la membrana. Las moléculas polares se mueven a través de la membrana debido a dos tipos de proteínas integrales: canales iónicos que son proteínas de membrana con un poro hidrofílico que permite el movimiento de los iones a través de ellas y proteínas transportadoras que son sustancias específicas que sufres un cambio de conformación para transportar las sustancias. La membrana es totalmente permeable a solutos apolares como lípidos, O2 o CO2. MECANISMO DE TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANA: En las células existen diferentes mecanismos de transporte con el fin de mantener un continuo intercambio y sustancias entre los medios extra e intracelular. TRANSPORTE PASIVO: Se habla de transporte pasivo cuando las moléculas y los iones difunden a través de la membrana a favor del gradiente electroquímico. En este caso la célula no consume energía. Un ejemplo de transporte pasivo es la difusión simple. Esta se puede definir como el movimiento de las moléculas desde un área donde están más concentradas hacia un área donde están menos concentradas. Existe otro tipo de transporte pasivo que es la difusión facilitada. Las moléculas que por sus características químicas no son capaces de atravesar la bicapa lipídica necesitan una proteína transportadora que facilite su movimiento a través de la membrana. TRANSPORTE ACTIVO: Si el transporte se realiza en contra del gradiente electroquímico entonces, requiere de la célula energía metabólica, normalmente derivada de la hidrólisis del ATP y entonces se conoce como transporte activo. Aquí las proteínas transportadoras pueden mover una o varias moléculas distintas y se denominan cotransportador. Si el movimiento de esas moléculas se realiza en la misma dirección el proceso se llama simporte y si se realiza en diferente dirección entonces se llama antiporte. Se pueden distinguir dos tipos: Primario: si la energía necesaria para el transporte se obtiene directamente del ATP. Uno de los ejemplos más importantes es la bomba Na-K-ATPasa. Esta proteína transportadora es antiporte puesto que los iones sodio y potasio se mueven en distintas direcciones y en contra de su gradiente de concentración. La bomba funciona transportando tres iones sodio fuera de la célula por cada dos iones potasio que transporta hacia adentro. Secundario: sí la energía para el transporte se obtiene de un gradiente de concentración y ha establecido. Un ejemplo es el cotransportador simporte glucosa-sodio que aprovecha la energía desprendida del movimiento de sodio a favor del gradiente de concentración para transportar la glucosa al interior de la célula. TRANSPORTE ACTIVO DE MACROMOLÉCULAS: Fagocitosis: proceso en el que las células engullen una partícula en una vesícula que se ha formado al envolver una determinada sustancia y quedar en el citoplasma Endocitosis: es un proceso parecido a la fagocitosis donde la vesícula que se forma es de menor tamaño. Puede ser poco selectiva englobando material extracelular líquido y se llama pinocitosis; o ser muy selectiva siendo un proceso mediado por receptores y se llama endocitosis mediada por receptor Exocitosis: mecanismo en el que la célula expulsa moléculas de gran tamaño. Las vesículas intracelulares que contienen la molécula que va a ser expulsada se mueven hacia la membrana, se unen a ella y secretan su contenido al medio extracelular. POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO: Los compartimentos extra e intracelulares están en equilibrio osmótico, pero en desequilibrio electroquímico. La desigual distribución de los iones determina una diferencia de carga neta que establece un desequilibrio eléctrico. El gradiente eléctrico entre el medio extra e intracelular se llama diferencia de potencial de membrana. Todas las células vivas incluso las no excitables presentan un gradiente eléctrico entre el medio extra e intracelular y por tanto un valor de potencial de membrana en reposo (PMR). Dos factores que contribuyen al PMR son: La diferente distribución de iones a través de la membrana La permeabilidad selectiva a Na+ y K-. La bomba Na+-K- es responsable del potencial de membrana en reposo ya que contribuye a mantener los gradientes iónicos para el Na+ y K- de los que depende el potencial de equilibrio. POTENCIAL DE ACCION: El potencial de acción es un cambio muy rápido en el valor de potencial de membrana. Los cambios pueden producirse en dos sentidos: Un aumento de (-70 mV) hacia (-80 mV) → hiperpolarización Un descenso de (-70 mV) hacia (-60 mV) → despolarización Cuando vuelve a su valor normal → repolarización Dependiendo de la zona en la que se produzca el potencial de acción hay cuatro tipos distintos (nervioso, fibra muscular esquelética, fibra muscular lisa y fibra muscular cardiaca). POTENCIAL DE ACCIÓN NERVIOSO: En las membranas existen distintos tipos de canales iónicos por los que pasan iones. En condiciones de reposo hay un continuo movimiento de Na+ y K- debido al transporte activo y pasivo. Los iones atraviesan la membrana por los canales iónicos a favor del gradiente mientras que son movidos en contra de gradiente por la bomba Na+-K-. Los canales por los que pasa Na+ y K- son canales no activables y siempre están abiertos; además existen canales activables que se abren dependiendo de la presencia de una sustancia química llamada ligando o dependiendo de un valor de potencial de membrana (dependientes de voltaje). 1. Canales iónicos que intervienen en el potencial de acción El potencial de acción se produce cuando la célula es estimulada por un estímulo externo o una despolarización espontánea, se traducen en alteraciones que provocan la apertura de canales iónicos que despolarizan la membrana. Si la despolarización alcanza un nivel crítico (potencial umbral) la membrana generará un potencial de acción, sino la despolarización se quedará en el sitio y se extinguirá. Si se alcanza el umbral se genera un potencial de acción en el que participan canales: Canales de Na+ dependientes de voltaje: son unas proteínas de membrana que tienen dos compuertas sensibles al voltaje. El cambio de conformación del canal permite la entrada de sodio a la célula. Canales de K- dependientes de voltaje: son proteínas transmembranarias con una única compuerta de activación. Si se abre sale potasio. 2. Fases del potencial de acción En función de los cambios de permeabilidad que sufre la membrana durante el potencial de acción, se pueden distinguir varias fases: Fase de reposo: periodo en el que la neurona está en reposo antes del potencial de acción. La membrana está polarizada y el interior es más electronegativo. Dependiendo del tipo neuronal el valor está entre -55mV y -75mV. Fase de despolarización: la neurona se despolariza hasta alcanzar un valor de potencial umbral, a partir de este valor la entrada de Na+ es masiva y muy rápida por la activación de canales de Na+ dependientes de voltaje. El valor máximo de despolarización puede llegar a sobrepasar el valor cero haciendo que el interior celular se haga electropositivo, esto se llama sobredisparo. Fase de repolarización: es la vuelta al valor de potencial de membrana en reposo. Los canales de Na+ dependientes de voltaje empiezan a inactivarse y comienzan a abrirse los canales de K- dependientes de voltaje provocando salida de K- a favor de gradiente electroquímico restableciéndose el valor negativo de la membrana en reposo. Fase de hiperpolarización: hay un momento en el que el potencial de membrana es más negativo que el potencial en reposo se debe a que los canales de K- dependientes de voltaje tardan en cerrarse. Durante este periodo el potencial vuelve lentamente a su valor en reposo.  3. Periodo refractario absoluto y relativo: Una vez que se inicia el potencial de acción, existen periodos de tiempo en los que la membrana de la neurona no puede volver a generar otro potencial de acción, se llama período refractario absoluto, o que se requiere un mayor estímulo para producirlo y se llama período refractario relativo. Una vez que se ha producido un potencial de acción, los canales de Na+ dependientes de voltaje necesitarán pasar desde el estado inactivo en el que se encuentran hasta el estado cerrado. El periodo refractario absoluto es el tiempo necesario para que los canales pasen desde el estado inactivo a cerrado. Aunque hay un periodo de tiempo en el que solamente algunos canales de Na+ han vuelto a su estado cerrado. Aquí podría generarse un segundo potencial de acción siempre que el estímulo sea lo suficientemente intenso. POTENCIAL DE ACCIÓN DE UNA FIBRA MUSCULAR ESQUELÉTICA: Para que el músculo esquelético se contraiga, el potencial de acción nervioso tiene que viajar por todo el nervio motor hasta las terminaciones en las fibras musculares donde se induce la generación de un segundo potencial de acción responsable de la contracción. La combinación de fenómenos eléctricos y mecánicos en una fibra se llama acoplamiento excitación-contracción. El potencial de acción de la motoneurona provocará que en su terminal axónico se libere acetilcolina. La membrana de la fibra muscular tiene receptores de acetilcolina que al abrirse permiten el flujo simultáneo de Na+ y K-. Como resultado se produce una entrada de cargas positivas en la fibra muscular debido a que el gradiente electroquímico es mayor para el Na+ que para K- (entran más Na+ que K- salen). Esta entrada hace que la membrana de la fibra muscular se despolarice provocando lo llamado potencial de placa motora. Esta despolarización genera un potencial de acción muscular debido a la activación de canales Na+ dependientes de voltaje. Este potencial de acción viaja a lo largo de la membrana y de los túbulos T. POTENCIAL DE ACCIÓN DE UNA FIBRA MUSCULAR LISA: El potencial de membrana reposo es poco estable y varía continuamente entre -40 y -80mV. Las células que tienen este comportamiento cíclico de despolarizaciones y regularizaciones (ondas lentas), pueden llegar al valor de potencial umbral y producirse una descarga de potenciales de acción. Esta descarga produce la contracción de las células musculares lisas. Otras células musculares lisas tienen potenciales de membrana inestables, pero en estos casos los ciclos de estabilizantes siempre llegan a alcanzar el potencial umbral. Como consecuencia en cada ciclo despolarizante se dispara uno o varios potenciales de acción que generan contracciones rítmicas llamado ondas lentas marcapasos o potenciales marcapasos. El potencial de acción es debido a la entrada de Ca2+, la fase despolarizante del potencial de acción en estas células se debe a la activación de canales de Ca2+. Esto determina que la duración del potencial de acción será de unos 50 ms. Las fibras musculares lisas no siempre necesitan estimulación externa para producir la contracción. Los potenciales de acción en las fibras lisas son controlados por sustancias hormonales o paracrinas, o por una señal procedente del SN autónomo. POTENCIAL DE ACCIÓN DE UNA FIBRA MUSCULAR CARDIACA: El 1% de las células cardíacas generan potenciales de acción rítmicos y espontáneos, son las responsables de que el corazón pueda contraerse sin señal externa. El ritmo de las contracciones está determinado por el ritmo de los potenciales de acción generados espontáneamente. Las células marcapasos se localizan en el nódulo senoauricular (SA), en la región auriculoventricular y en la red His-Purkinje. El resto de las células que componen el corazón son células contráctiles y se localizan en los músculos auricular y ventricular. Existe un tercer tipo de células llamadas células conductoras que se encargan de conducir el potencial de acción. Los potenciales de acción cardíaco son más lentos y dependiendo del tipo de célula cardíaca se ven distintos potenciales: 1. Potencial de acción de células marcapasos: Poseen un potencial de membrana inestable que comienza en -60mV que se va desplazando. Sí se alcanza el valor umbral la célula puede disparar un potencial de acción, esto se repite cíclicamente generando potenciales de acción rítmicos. La inestabilidad del potencial de membrana de las células marcapasos se debe a la presencia de unos canales llamados If que están abiertos a -60mV y son permeables a Na+ y K-. en los receptores nicotínicos de acetilcolina hay más entrada de Na+ que salida de K-, que resulta en la entrada de cargas positivas a la célula. Esta entrada genera la despolarización que resulta en el cierre gradual de los canales If y la apertura de canales Ca2+. Cuando se alcanza el umbral muchos canales de Ca2+ se abre y la entrada masiva de Ca2+ es responsable de la fase de despolarizando del potencial de acción cardíaco. Cuando se alcanza el valor máximo de despolarización los canales de Ca2+ se cierran y se abren los canales de K- responsables de la fase de  regularización. La repolarización de células marcapasos es similar a la del resto de células excitables. La duración del potencial de acción cardíaco es variable, generalmente 150 ms. 2. Potencial de acción de células contráctiles: Constante y negativa. Su duración es de 200 ms y el responsable es el calcio. Cuando se produce un potencial de acción en células marcapasos la onda de despolarización se transmite a las demás células a través de uniones en hendidura o uniones tipo gap. Esta onda de despolarización hace que, en las células contráctiles, el potencial de membrana en reposo pase de -90mV a valores más despolarizantes lo que provoca la apertura de canales Na+ dependientes de voltaje. Se produce una entrada masiva de Na+ que justifica la fase 0 de despolarización. Cuando se alcanza el valor umbral los canales de Na+ se cierran y se detecta una leve polarización debido a la salida de K-. La fase 2 es característica de los potenciales de acción de estas células, se conoce como meseta del potencial de acción, como resultado; menor flujo de K- y aumenta la permeabilidad al Ca2+. Esta fase termina cuando los canales de Ca2+ dependientes de voltaje se cierran y se abren los de K-. Estos canales son distintos a los que participaron en la fase 1 puesto que son de cinética lenta y se activan con la despolarización. Una vez abiertos, el potasio sale de la célula a través de estos canales haciendo que el potencial de membrana se regularice y vuelva a recuperar su valor de reposo. Resumen: Nervio Mus. Esquelético Mus. Liso Mus. Cardiaco Potencial en reposo -55 a -75 mV -90 mV Oscila (valor medio - -90 mV 50 mV) Duración 2 ms 5 ms 50 ms 150 a 200 ms Marcapasos No, requiere No, requiere un Si en algunas células Si en el 1% de las estimulo impulso nervioso células Iones implicados Na y K Na y K Na, K y Ca Na, K y Ca Potencial de acción