lunes, 1 de septiembre de 2008


CANALES




CANAL DE POTASIO
Cuando se abre el canal de potasio el potencial de la membrana se hace más negativo (hiperpolarización).
El potasio está más concentrado en el interior de la célula, por ese motivo cuando se abren canales de potasio este ion tiende a salir por gradiente de concentración. Esto extrae cargas eléctricas positivas del interior de la célula, y deja el potencial de ésta más negativo. El potencial de equilibrio del potasio es de aproximadamente –100 mV, y cuando aumenta la permeabilidad a este ión el potencial de la membrana se acerca a este potencial de equilibrio.
CANAL DE SODIO
La apertura del canal de sodio lleva el potencial de membrana a un valor muy positivo (+66 mV). El sodio tiende a entrar en la célula por gradiente de concentración y por atracción electrostática, con lo que introduce en la célula cargas positivas y produce depolarización. Durante el potencial de acción, la apertura de los canales de sodio dependientes de voltaje hace que el potencial de la membrana se haga positivo (+30 mV), aunque en este caso queda algo más bajo que el potencial de equilibrio del sodio, porque los canales están abiertos durante un tiempo muy corto y no da tiempo a que se equilibren las cargas.



CANAL CATIÓNICO
En muchas células existen canales catiónicos inespecíficos, que permiten el paso de todos los iones positivos (sodio, potasio, calcio) y excluyen a los negativos. Estos canales también producen depolarización. Cuando se abren estos canales se produce al mismo tiempo entrada de sodio y salida de potasio, pero la entrada de sodio es mayor que la salida de potasio, y se produce una entrada neta de cargas positivas en la célula, lo que produce depolarización. Cuando se abren estos canales el potencial de la membrana tiende a 0 mV, que está aproximadamente en el punto medio entre el potencial de equilibrio del sodio y del potasio.
CANAL DE CALCIO
El calcio está más concentrado fuera de la célula que dentro, por ese motivo este ión tiende a entrar en la célula, y los canales de calcio producen depolarización cuando se abren, lo mismo que sucedía con los canales de sodio. La depolarización que producen los canales de calcio es menos acentuada que la producida por los canales de sodio, porque la concentración extracelular de calcio (3 mM) no es tan grande como la concentración extracelular de sodio (145 mM).
Estos canales de calcio, además de producir depolarización, hacen que aumente la concentración intracelular de calcio, lo que constituye una señal para la activacion de muchas funciones celulares.
CANAL DE CLORO
La apertura del canal de cloro cambia muy poco el potencial de la membrana. Esto es debido a que el potencial de equilibrio del cloro está muy cerca del potencial de reposo. El cloro es un ión negativo, y el potencial negativo de la membrana tiende a impedir la entrada en la célula de este ión. Esta fuerza electrostática se equilibra casi exactamente con el gradiente de concentración, que tiende a introducir cloro en la célula. Cuando se abren canales de cloro no se produce entrada ni salida neta de este ión y el potencial de membrana casi no se modifica.
Sin embargo los canales de cloro tienen un importante efecto sobre el mecanismo de la transmisión sináptica. Pruebe en la simulación a activar al mismo tiempo el canal de cloro y el canal catiónico o el canal de sodio. Observe que en este caso la depolarización que se produce es menor que cuando el canal de cloro está cerrado. Durante la depolarización se produce la entrada en la célula de cargas negativas por el canal de cloro, lo que equilibra la entrada de cargas positivas (sodio) por el otro canal. Es decir, el canal de cloro atenúa el efecto excitador de otros canales.
Por este motivo ciertos neurotransmisores inhibidores como el GABA o la glicina actúan activando canales de cloro en la membrana de las neuronas.
http://www.uam.es/personal_pdi/medicina/algvilla/canales/canales.html (MODIFICACION DEL POTENCIAL DE MEMBRANA)
http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1bachillerato/animal/imagenes/nervio/Animacionak.gif
Como puede apreciarse la concentración intracelular de potasio es mucho mayor que la extracelular y lo contrario ocurre para el sodio. Estos gradientes están mantenidos por la bomba de sodio y potasio a expensas de la energía metabólica (ATP). La concentración intracelular del cloro es menor que la extracelular, pero esto depende más bien del potencial de membrana, como veremos.
Podemos imaginar lo que ocurriría en una situación hipotética en donde el potencial de membrana se cortocircuita a 0 bruscamente. En ese caso los iones de sodio tenderían a entrar, los de potasio a salir y los de cloro a entrar. Tomando en cuenta, por el momento, lo que ocurre solamente con el sodio y el potasio, y asumiendo que los gradientes de concentración son aproximadamente iguales pero de dirección opuesta, podemos analizar en nuestro experimento conceptual el resultado de manipular la permeabilidad a estos iones. En la figura 2a, la permeabilidad es igual para ambos iones y sus flujos son iguales y opuestos (hemos supuesto que los gradientes son iguales). Como no hay corriente neta no se genera una separación de cargas. En la figura 2b sin embargo, hemos supuesto, como ocurre en las células animales, que la permeabilidad es mucho mayor para el potasio que para el sodio. La situación mostrada constituye un transitorio que rápidamente se relaja hacia la situación mostrada en la figura 2c, en donde una pequeña separación de las cargas (ver el problema 1) determina la existencia de un potencial que retarda el flujo de potasio y acelera el flujo de sodio, de manera que el flujo neto de carga es nulo. A esta diferencia de potencial, que mantiene en un valor nulo el flujo neto de carga, a pesar de que ocurra la electrodifusión pasiva de iones con diferente permeabilidad, se la conoce como potencial de difusión. En la mayoría de los casos la mayor contribución al potencial de membrana la hace el potencial de difusión.
Se puede enunciar una explicación concisa del potencial de membrana que incluya este mecanismo y a los transportadores electrogénicos activos, como sigue:
El potencial de membrana en reposo es aquel potencial que determina que la suma vectorial de todos los flujos electrogénicos, ponderados por la valencia de los iones transportadores, sea nula.
http://biofisica.fcien.edu.uy/potencial_de_membrana.pdf

POTENCIAL DE MEMBRANA

Potencial de membrana
Las células animales mantienen una diferencia de potencial a través de la membrana plasmática que ronda los 90 mV, siendo el interior electronegativo con respecto al exterior. Lo que intenta responder este pequeño texto es a qué se debe esa diferencia de potencial. Para una real comprensión del tema es necesario leer la bibliografía recomendada en el curso de Biofísica.
La electroneutralidad
La existencia de una diferencia de potencial es ante todo una indicación de la existencia de una separación de cargas. De alguna manera las membranas biológicas contribuyen a que se mantenga un exceso relativo de cargas negativas en el interior celular con respecto al medio extracelular. Sin embargo, es un hecho empírico muchas veces elevado a nivel de principio, el que cualquier porción macroscópica de una solución es electroneutra. La contradicción aparente se despeja cuando se considera lo que se entiende por “macroscópica” en la frase precedente. El entorno inmediato de las membranas biológicas puede ser lo suficientemente pequeño para ser considerado no macroscópico, y sin embargo soportar una diferencia de potencial medible con los instrumentos usuales. Un modesto (y muy aproximado) cálculo aclarará las cosas. Ver para ello el ejercicio 1. El resultado es que con variaciones pequeñas de la concentración es posible mantener una diferencia de potencial del orden de 100 mV . El pequeño exceso de carga se distribuye rápidamente en una delgada capa cercana a las proximidades de la membrana plasmática, haciendo al interior celular electroneutro.
Las posibles fuentes
En principio podríamos distinguir varios motivos por los que existe una separación de cargas. Por un lado, muchos de los componentes estructurales de la membrana son ionizables a pH celular y podría pensarse que una distribución asimétrica de estos grupos con diferentes pK daría lugar a una diferencia de potencial similar a la observada. Por otro lado, algunas proteínas transportadoras acopladas a la hidrólisis de ATP-notablemente la bomba de sodio y potasio- son electrogénicas. Esto significa que en la operación normal del transportador se separan cargas, o dicho de otra forma, son generadores de corriente. Por último, en situaciones en las que existen gradientes de potencial electroquímico de iones a través de la membrana pueden aparecer potenciales de difusión.
Con respecto a los componentes cargados de las membranas biológicas, no es imposible que de existir diferencias de densidad superficial de carga entre ambas láminas de las bicapas, estas contribuyan a la generación o estabilización del potencial de membrana. Se ha propuesto que estas cargas, si bien no contribuyen al potencial transmembrana global, pueden tener un efecto local sobre las proteínas de transporte. La consideración de estos aspectos excede los objetivos de este texto.
Las otras fuentes son las más aceptadas como generadoras del potencial de membrana. Entre los transportadores electrogénicos, es obvia la contribución de la bomba de sodio y potasio al potencial de membrana. El carácter electrogénico se pone en evidencia al constatar que la estequiometría fenomenológica es de aproximadamente 3Na+transportados hacia afuera /2K+hacia adentro, por cada hidrólisis de ATP, o sea en cada ciclo de la bomba se transporta una carga positiva hacia el exterior celular. En las células excitables, el flujo de la bomba en condiciones de reposo transporta una corriente cercana a los 1,8 A/cm2.
En condiciones de reposo la contribución electrogénica de la bomba de sodio en células excitables y en la mayoría de las células animales es del orden del 10 % del potencial.
El papel más importante de la bomba es indirecto, más concretamente es el mantenimiento del gradiente electroquímico de los iones sodio y potasio. Estos gradientes son fundamentales en el establecimiento del potencial de difusión. La mayor parte de las células deben su potencial de membrana a este mecanismo, que pasamos a considerar en detalle en la siguiente sección.
La composición iónica y la permeabilidad: potencial de difusión.
En la figura 1 se esquematizan la situación de los principales iones y se presentan las
concentraciones típicas de los iones sodio, potasio y cloro en una célula muscular esquelética de rana.

INTRODUCCION

1. Introducción.
En las membranas de casi todas las
células del organismo hay potenciales eléctricos. Algunas células como las nerviosas y musculares son excitables, es difícil capaces de generar impulsos electroquímicos rápidamente cambiantes en sus membranas. Casi en todos lo casos estos impulsos se pueden utilizar para transmitir señales a lo largo de las membranas nerviosas o musculares.La finalidad de este trabajo es dar explicaciones a los potenciales de membrana generados tanto en reposo como durante la acción por las células nerviosas y musculares.
2. Desarrollo
Antes de estudiar el potencial de reposo y de acción, se debe tener conocimiento de ciertas definiciones tales como:
· Ion: partícula con carga eléctrica.
· Canal Iónico: es una proteína de membrana a veces específica que transporta iones y otras moléculas pequeñas a través de la membrana por difusión pasiva o facilitada, es decir, sin uso de energía.
· Polaridad: es la capacidad de un cuerpo de tener dos polos con
características distintas.
· Impulso Nervioso: es el
transporte de información a través de los nervios, y por medio de sustancias como el Sodio y el Potasio y su interacción con la membrana.
· Potencial de Reposo: es
el estado en donde no se transmiten impulsos por las neuronas.
· Potencial de Acción: es la transmisión de impulso a través de la
neurona cambiando las concentraciones intracelulares y extracelulares de ciertos iones.
· Potencial de Membrana: es el voltaje que le dan a la membrana las concentraciones de los iones en ambos lados de ella.

Como se ha dicho, el potencial de reposo es el estado en donde no se transmiten impulsos por las neuronas y este potencial está dado por la permeabilidad de los canales iónicos. El sitio de transmisión del impulso nervioso en las neuronas es el axón.Los canales iónicos para el potencial de acción son específicos y sensibles al voltaje, es decir, este los puede activar o desactivar.
Las concentraciones de los iones sodio (Na) y potasio (K) deben ser de:Entonces, el sodio debe ser mayormente extracelular y el potasio debe ser mayormente intracelular, en condiciones normales y durante el periodo de reposo. Como ambos iones tienen carga positiva, le dan una carga al
ambiente donde se encuentran; pero en realidad, el espacio extracelular tiene carga positiva, debido a la positividad del Na, pero el espacio intracelular, tiene carga negativa debido a que hay mayor Na extracelular que K intracelular aunque este también sea positivo. Es decir, hay mas positividad afuera de la célula; además, las proteínas intracelulares tienen carga negativa, lo cual hace que intracelularmente haya una positividad menor que extracelularmente, a tal grado que el espacio intracelular se considere negativo.Estas cargas intra y extracelulares le dan a la membrana una polaridad, positiva en su cara extracelular y negativa en su cara intracelular, además le dan carga llamada potencial de membrana, y es de –90 mili Volts, es estado de reposo.Para que se lleve a cabo el potencial de acción se debe excitar eléctricamente a la neurona, entonces los canales de sodio se hacen miles de veces mas permeables de lo normal, y la difusión de este al interior de la membrana, es muy grande. Esta entrada de cargas positivas le quita la polaridad a la membrana ya que ambos lados de ella son positivos, esta fase se llama despolarización. Esta despolarización lleva al potencial de membrana a +40 mV en menos de un milisegundo. Esta carga de membrana hace que se cierren los canales de Na, y se permeabilicen los de K, haciendo que este difunda al exterior de la célula y creando un potencial de membrana de cerca de – 100 mV que luego se reestabiliza a – 90 mV. Ahora, los iones están intercambiados, es decir, el Na mayormente adentro, y el K mayormente afuera. El mecanismo que se encarga de devolver estos iones a sus sitios originales es la ATPasa, vulgarmente llamada bomba de sodio y potasio. Esta proteína de membrana requiere ATP para intercambiar los iones, por cada dos iones K que entran, salen tres Na. Esto le devuelve su estado mayormente positivo al espacio extracelular.Durante un impulso y otro hay un periodo refractario, en el cual no puede haber otro impulso nervioso. La duración de ese periodo es de 1/2500 segundos, es decir, en un segundo pueden haber 2500 impulsos nerviosos o potenciales de acción.Cuando los iones Na fluyen al interior de la célula, desencadenan el mismo ciclo en el sitio celular adyacente y así se transmite el impulso a lo largo de todo el axón.
Hay cuatro puntos muy importantes que deben tenerse en mente:
1. El potencial de acción no disminuye a los largo de la fibra nerviosa.
2. el potencial de acción es un fenómeno todo o nada, es decir, si no se llega al umbral, no ocurre el P. De A.
3. una vez pasado por una parte de axón, el potencial de acción no puede reactivarse por un periodo refractario.
4. el aumento del estímulo no aumenta el potencial, pero si aumenta la frecuencia de los impulsos.
La vaina de mielina que se enrolla en forma de espiral alrededor de la
célula de Schwann y esta a su vez rodea a la fibra nerviosa. Su función es aumentar la velocidad del impulso nervioso a través de la fibra. La vaina de mielina no tiene una continuidad uniforme, está segmentada a los largo de la fibra; los espacios entre esos segmentos, se llaman nodo de Ranvier.En las fibras pequeñas amielínicas, el potencial de acción tiene una velocidad de 0.25 m/s. En las grandes fibras mielínicas se transmiten a velocidad de 100 m/s.
http://www.monografias.com/trabajos10/poel/poel.shtml