Post on 26-Jul-2015
Origen del Potencial de Membrana Celular I
Joel Barría
Tipos de Señales Eléctricas Neuronales
¿Cómo medir el potencial eléctrico de una célula neuronal?
Diámetro de microelectrodo < 1 µm En la mayoría de las células nerviosas en reposo, el potencial de membrana es de -65 mV.
¿Por qué se observa ese potencial negativo?
€
Definición Vm =Vi −Ve convención Ve = 0
Considere dos soluciones de KCl separadas por una membrana.
+ - -
-
-
- -
+
+
+ +
+
Si la membrana no es permeable a los iones presentes, no habrá flujo de iones entre los compartimientos 1 y 2.
2 1
¿Hay diferencia de potencial entre los dos compartimientos?
¿Qué sucede si la membrana se hace permeable al ión K+?
+ - -
-
-
- -
+
+ +
+
+
El ión K+ se mueve a favor de su gradiente de concentración.
+ -
Como consecuencia de lo anterior, se genera un exceso de cargas positivas en el compartimiento 2, y de cargas negativas en el 1.
2 1
¿Qué sucede con esta distribución iónica?
+ - -
-
-
- -
+
+ +
+
+ + - Se genera un gradiente eléctrico que impide el paso de más iones K+ en el equilibrio (Equilibrio Electroquímico).
2 1
Más aún, se genera una diferencia de potencial entre los dos compartimientos.
Distribución iónica en una neurona
Hay un desequilibrio iónico a ambos lados de la membrana plasmática.
Estimación de potenciales de equilibrio en una neurona de
mamífero
Si la membrana fuera permeable a un solo ión, ¿cómo sería el potencial de membrana, positivo o negativo?
+ + - -
Intracelular Extracelular
Potencial de Equilibrio de Nernst
€
VX =RTzFln
X[ ]eX[ ]i
VX : Potencial de equilibrio para cualquier ión X.
R: Constante de los gases (8,315 J/(mol·K)
T: Temperatura absoluta (en Kelvin)
Z: Valencia del ión (carga eléctrica) permeable.
F: Constante de Faraday (cantidad de carga eléctrica contenida en un mol de un ión univalente = 96480 C/mol)
Potencial de Equilibrio de Nernst
€
VX =RTzFln
X[ ]eX[ ]i
Considerando que ln(a) ≈ 2,3log(a) y que en condiciones fisiológicas T = 310 K (37ºC) entonces RT/F = 26,7 mV.
Por lo tanto, el Potencial de Nernst es:
€
VX =61,4mV
zlog
X[ ]eX[ ]i
Estimación de potenciales de equilibrio en una neurona de
mamífero
Si la membrana fuera permeable a un solo ión, calcule el potencial de equilibrio para cada ión de la tabla.
+ + - + 67 mV - 91 mV + 39 mV
Si en la mayoría de las células nerviosas en reposo el potencial de membrana es de -65mV, ¿qué puede concluir?
- - 95 mV
Origen de la Ecuación de Nernst
En presencia tanto de un gradiente de potencial químico (concentración) como de un campo eléctrico a través de la membrana, la fuerza total que empuja el transporte de iones (fuerza impulsora: driving force) es el gradiente negativo del potencial electroquímico.
• En el equilibrio el flujo neto del ión será cero, es decir:
Origen de la Ecuación de Nernst
Importante
• Un ión antes de alcanzar el equilibrio del potencial de membrana, se desplazará en la dirección que contribuya a su potencial de equilibrio de Nernst.
• Tratándose de una membrana permeable a más de un tipo de ión, cada ión se moverá tratando de “imponer” su potencial de equilibrio, aún cuando esto no se logre.
Aplicación ´
El Cloruro y el Potasio están en equilibrio.
El Sodio y el Calcio no están en equilibrio, esto indica que habrá un flujo neto de estos iones hacia dentro.
Evidencia experimental del principal ión involucrado en el potencial de
reposo
Hodgkin y Katz, 1949.
Potencial de reposo
• Una vez que se conocen los gradientes de concentración de los iones a través de distintas membranas neuronales, es posible, con la ecuación de Nernst, calcular los potenciales de equilibrio para el K+ y otros iones.
• Como el potencial de membrana de reposo de la neurona del calamar es de alrededor de -65 mV, el K+ es el ión que está más próximo al equilibrio electroquímico cuando la célula se encuentra en reposo.
• Esto implica que la membrana en reposo es más permeable al K+ que a otros iones.
• Hodgkin y Katz, se preguntaron qué le sucedería al potencial de reposo a medida que se alterara la concentración de K+ extracelular, manteniendo la concentración intracelular.
Potencial de reposo
Potencial de reposo
- La membrana de la neurona en reposo es más permeable al K+ que a otros iones presentes.
- Hay más K+ en el interior de las neuronas que el exterior.
Hodgkin y Katz, 1949.
Potencial de reposo
• La ecuación de Nernst sólo es válida si la membrana es permeable a un sólo tipo de ión.
• Si esta es permeable, en reposo, a más de un tipo de ión la ecuación debe contemplar las permeabilidades relativas de los iones presentes.
Potencial de reposo
• En general, en las neuronas, el Na+, K+ y Cl-, son los iones permeables primarios.
€
Vm = 58⋅ logPK K[ ]o + PNa Na[ ]o + PCl Cl[ ]iPK K[ ]i + PNa Na[ ]i + PCl Cl[ ]o
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
Goldman, 1943.