Fisiología de la Membrana, el Nervio, y el Músculo

PALABRAS CLAVES

Proteínas de los Canales, Transportadoras, Fosfolípidos, Colesterol, Glicolípidos, Iones,

Calcio, Sodio, Potasio, Membrana Semipermeable, Osmosis, Osmolalidad, Voltaje,

Potencial de Membrana, Potencial de Acción, Potencial de Difusión, Proteínas

Transportadoras, Canales Proteicos, Fibra Muscular, Miosina, Actina, Nervio, Neurona,

Mielina, Fosfatos, ATP, ADP, Enzimas.

Transporte de Sustancias a través de la Membrana

Celular

Matriz Citoplasmática

Retículo Endoplasmático

Rugoso

Aparato de Golgi

Centriolo

Mitocondrias

Mirotúbulos

Microvellosidades

Lisosomas

Vacuola

Flagelo

Microfilamento

Retículo Endoplasmático

Liso

Ribosomas

Citoplasma

NúcleoNucléoloCromatina

Endosoma

Perosixoma

La Célula Animal

Proteínas Integrales

Proteínas Periféricas

Esta Formada

Colesterol

Glicolípidos

Fosfolípidos

3 Clases de Lípidos

Solamente sustancias liposolubles pueden atravesar la capa de Fosfolipidos

La Membrana Celular o Matriz Citoplasmática

Fosfolípido

Cabeza Hidrofílica Polar

Cola Hidrófoba Polar

Cabeza de Fosfato

Cola de Acido Graso

Sustancia Nutritivas

Sustancia de Desecho

O2, H2O, Iones, Aminoácidos, Carbohidratos, Ácidos Grasos

CO2, Exceso de H2O, Acido Úrico, Urea, Iones

Proteínas de Membrana

Proteínas Transportadoras

Proteínas de Canales

Espacios Acuosos en su

interior

Iones, Agua

Se unen a las sustancias que se van a transportar

Difusión Frente a Transporte Activo

Difusión Transporte Activo

El Transporte a través de la Membrana

Se refiere a un movimiento Molecular aleatorio

Movimiento de Iones o de otras

sustancias

en combinación con una

Proteína Transportadora

o

travès

travès

transporteDIFUSIÒN FRENTE A TRANSPORTE ACTIVO

Membrana Celular

PROTEÌNASBicapa Lipìdica

Produce-dos procesos bàsicos

TRANSPORTE ACTIVODIFUSIÒN

Movimiento molecular aleatorio

DIFUSIÓN

Combinación-proteína transportadora

Través-espacios intermoleculares

Sustancias-molécula a molécula

membrana

esENERGÍA-produzca-difusión

ENERGÍA DEL MOVIMIENTO CINÉTICO NORMAL DE LA MATERIA

Este movimiento

Con-proteína

Través

Movimiento de iones

TRANSPORTE ACTIVO

Otras sustancias

Transportadora-haceMembrana en combinación

Sustancia-mueva-contra-gradiente de

energía

Precisa-fuente de energía adicional

Como: estado-baja-concentración-a-estado-

alta-concentración

Además-energía cinética

DIFUSIÓN FACILITADA

Divide-dos subtipos

DIFUSIÓN A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CELULAR

DIFUSIÓN SIMPLEinteracción

Través-espacios intermoleculares

Movimiento cinético-moléculas o iones

DIFUSIÓN SIMPLE

Produce-abertura-membrana

Proteínas trasportadoras-

membrananinguna

mediante o

Ayuda-paso

iones

Interacción-proteína transportadora

moléculas

DIFUSIÓN FACILITADA

Unión química

Dos rutas

Través-grandes proteínas transportadoras

1.- través-intersticios-bicapa lipídica-sustancia-difunde-

liposoluble

producirDifusión Simple-través-membrana celular-

2.- través-canales acuosos-penetran todo

grosor-bicapa

Difusión Simple

Sin gasto de energía

Gradiente de menor a mayor concentración

Movimiento de partículas hasta obtener

el equilibrio

Difusión facilitada

No requiere ATP

De mayor a menor concentración

Ocurre con ayuda de proteínas transportadoras

Transporte Activo

Requiere ATP

De menor a mayor concentración

Las proteínas integrales funcionan como bomba

La mas importante es la bomba sodio- potasio

Difusión de Sustancias Liposolubles a través de la Bicapa Lipídica

Liposolubilidad

Velocidad de Difusión

Son directamente Proporcionales

Agua-insoluble-lípidos-membrana

DIFUSIÓN DE AGUA Y DE OTRAS MOLÉCULAS INSOLUBLES EN LÍPIDOS A TRAVÉS DE CANALES

PROTEICOS

Penetran-todo-espesor-membrana

Pasa-través-canales-moléculas proteicas

Pasa fácilmente

Agua-insoluble-lípidos-membrana

Canales proteicos

través

Permeables forma selectiva ciertas sustancias (Na, K)

CARACTERÍSTICAS DE LOS CANALES PROTEICOS

Abren o cierran por compuertas

Voltaje (Na+, K+)

Potenciales-acción nerviosa (conducción)

Química (ligando)

genera

Canal de acetilcolina

ejm

Transmisión de señales nerviosas

Difusión a través de los Canales Proteicos

Características

Son permeables de manera, selectiva

Se pueden abrir o cerrar por compuertas

selectivos

PERMEABILIDAD SELECTIVA DE LOS CANALES PROTEICOS

Canales proteicosTransporte-uno o más iones o

moléculas específicos

Canales proteicos mas importantes

CANAL DEL SODIO

mide

0.3 por 0.5 nm

Superficies internas

Este canal

Tienen-carga

Intensamente negativa

Arrastrar pequeños iones de sodio

Deshidratados-interior de estos canales

Separando iones de sodio

De moléculas de agua

Cargas negativas intensas

Que lo hidratan

Iones de sodio-difunden

Una u otra dimensión

Según leyes habituales-difusión

Manera específica-paso de iones de sodio

Canal-sodio-selectivo

Estando en el canalSelectivo-transporte

de potasioCanales proteicos

Canales-más pequeños que los canales de sodio

0.3 x 0.3 nmEnlaces químicos

diferentesNO tienen carga

negativa

Arrastre iones de potasio

NO hay fuerza de atracción intensa

Hacia interior-canales

Iones de potasio NO son separados

hidratanMoléculas de agua

Atraviesan fácilmente-pequeño canal

Rechazados-no permite-permeabilidad selectiva

Iones de sodio hidratados-mayor

tamañoPara ion específico

Pequeños iones-potasio hidratados

Activación de los Canales Proteicos

Se pueden abrir o cerrar por compuertas

Activación Por Voltaje Activación Química

Unión de una Sustancia Química

Ej. Células Nerviosas

ESTADO ABIERTO FRENTE A ESTADO CERRADO DE LOS

CANALES ACTIVADOS

Registro-flujo de corriente

principio

Cierre del canal

apertura y

Través-único canal de sodio

Activado por voltaje

«TODO O NADA»

demuestra

Método

Canal proteico único

De una Membrana celular viva

«parche»

Pinzamiento zonal de voltaje

Registrar-flujo-corriente

Realiza registro

través

Realiza-registro

Parche de membrana

Separado-célula

Difusión Facilitada

Atraviesa

La membrana celular

Glucosa

Aminoácidos

Proteína Transportadora

Utiliza canales

DIFUSIÓN FACILITADA

Formados-proteínas de membrana

Permitir-moléculas cargadas

Que de otra manera no podían atravesar la

membrana

Difundan libremente

Hacia afuera y adentro de la célula

Estos canales son usados por iones pequeños como K+, Na+, Cl-

Ósmosis A través de la membrana celular

Pres

enta

Permeabilidad Selectiva

AguaEn mayor Cantidad

AguaPuede producir

Diferencias de concentración de otras

sustancias

PRESIÓN OSMÓTICA

Es la presión necesaria para detener el flujo de agua a través de una membrana semipermeable: Fuerza necesaria para evitar la osmosis.

MEMBRANA SEMIPERMEABLE

Moléculas grandes de la SANGRE

Mientras-pequeñas de solvente SÍ

NO pueden atravesar la membrana

Las soluciones hipertónicas son aquellas, que con referencias al interior de la célula, contienen mayor cantidad de solutos

Las soluciones isotónicas tienen concentraciones equivalentes de solutos y, en este caso, al existir igual cantidad de movimiento de agua hacia y desde el exterior, el flujo neto es nulo

Las hipotónicas son aquellas, que en cambio contienen menor cantidad de solutosOSMOSIS Flujo de agua a través de una

membrana semipermeable

Desde un comportamiento

Mas baja

Donde-concentración de solutos

Donde-concentración-mayor Hacia otro

Presión Osmótica

Esta determinada ConcentraciónDe la solución

En función del

Número de Partículas Concentración Molar

OSMOLALIDAD= EL OSMOLosmoles por kilogramo de agua

OSMOLARIDAD normal-líquidos extracelular e intracelular

aproximadamente 300 miliosmoles por kilogramo de agua

Concentración molecular

Todas partículas osmóticamente activas

Expresada en osmoles o miliosmoles por kg de solvente

OSMOL: peso molecular-gramo de un soluto osmóticamente activo

Contenidas en una solución

Osmolalidad Osmolaridad

Osmoles por litro de soluciónOsmoles por kilogramo de agua

Presión Osmótica

TRANSPORTE ACTIVO DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS

Paso-sustancia-través-membrana semipermeable

Desde-zona-menor concentración

A-otra-mayor concentración

Gasto de energía

MECANISMO DE TRANSPORTE ACTIO

Cotransporte

Bombas ATP-asa

Endocitosis

Exocitosis

transportaMembrana celular Moléculas o iones

O «contra corriente»

Contra-gradiente eléctrico o de presión

TRANSPORTE ACTIVOdenomina

hierro

cloruro calcio

Iones sodio

potasio

Sustancias-transportan activamente-membranas celulares-incluyen:

urato hidrógeno

Mayor parte aminoácidos

Diversos azúcares diferentes

yoduro

Transporte Primario Transporte Secundario

Transporte ACTIVO

Energía Energía

Procede de

Escisión de ATP

Procede de

Concentración Iónica de sustancias Moleculares

Proteínas Transportadoras

Ejemplos

Glándulas Gástricas del

Estómago

Porción distal de los

túbulos distales del

riñón.

Transporte Primario Activo

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIOBOMBA SODIO-POTASIO

Proteína de membrana específica que transporta Na+ y K+ en contra de su gradiente de concentración por transporte activo, es decir, con uso de energía

Los iones potasio tienden a salir debido a que la membrana es permeable a este ión porque posee canales de potasio que están siempre abiertos cuando la neurona esta en reposo.En el interior de la membrana existe una mayor concentración de iones potasio y proteínas

cargadas negativamente.

En el lado externo de la membrana hay una mayor concentración de Na+ y Ca++.

El sodio que está fuera de la célula tiende a entrar, sin embargo, los canales de sodio, durante el potencial de reposo están generalmente cerrados.

Una proteína de membrana llamada Bomba de Sodio-Potasio, transporta (“devuelve”) iones sodio hacia el exterior de la célula nerviosa.

Existe una entrada de sodio y una salida de potasio por efecto de la gradiente de concentración. Pero esto amenaza a la membrana plasmática de sacarla de su estado de reposo.

Para conservar este potencial se requiere de la Bomba Sodio-Potasio, la cual saca de la célula 3 iones sodio por cada 2 iones potasio que ingresan, incrementando así la diferencia de potencial.

Mecanismo para controlar el Volumen Celular

Bomba de Sodio y de

Potasio

Osmosis

Para impedir que exploten

esElectrógena

Genera un potencial eléctrico

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO DE IONES CALCIO

Concentración-calcio-baja Dentro-célula 10.000 veces menor-líquido extracelular

Existen dos bombas de calcio que funcionan mediante transporte activo primario

Esta-membrana celular-bombea calcio

Exterior-célula

Bombea iones calcio-hacia uno o mas

Orgánulos vesiculares intracelulares-célula

mecanismoTRANSPORTE ACTIVO

PRIMARIO

Requiere ENERGÍA

Sustancias disueltas

Través-membrana

transportar

célula

permiteEnergía-deriva-ruptura Trifosfato de Adenosina (ATP)

Otro fosfato-alta Energía

sirve Hacer pasar Iones calcio

Requiere energía mecanismo

Membrana celular

través

Región-baja concentración-iones

TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO

COTRANSPORTECONTRATRANSPORT

E

tiene dos procesos

Necesitan-establecimientos-gradiente-concentración

SODIO deja fuerte gradiente

Exterior-célula-porIones de sodio-transportados

Transporte activo primario

COTRANSPORTEConcentración de

SODIO-fuera-membrana celular

Esta energía Arrastra-sustancias Junto con el sodioCONTRATRANSPORT

EIon de sodio

Entra-célula

Sustancia-que-contratransportar

Exterior-célula encuentra Ion de sodio

Sustancia salga

Exterior-célula

Energía ocasionadaencuentra

interior-célula

provoca

COTRANSPORTETransporte-dos iones o

moléculas-mismo tiempoUno-favor-gradiente-

otro-contra

CONTRATRANSPORTE

Movimiento-moléculasO iones-diferentes

sentidos

Cotransporte

Proteínas Transportadora

Puntos de Unión

Glucosa Aminoácidos

Iones de Sodio Cotransporte de Sodio y GlucosaIones de Sodio Cotransporte de Sodio y Aminoácidos

Ejemplo

Células del tubo Digestivo y de los Túbulos Renales

CONTRATRANSPORTE CON SODIO DE IONES CALCIO O HIDRÓGENO

En riñones

Casi todas-membranas celulares

Entra SODIO, sale CALCIO

Entra sodio a célula

Contratransporte Sodio-calcio produce

Contratransporte Sodio-hidrógeno

Sale hidrógeno-hacia-luz tubular

Transporte a través de las Capas Celulares

Epitelio Intestinal

Epitelio Túbulos Renales

Epitelio Glándulas Exocrinas

Epitelio Membrana del Plexo Coroideo

Se Realiza por

Transporte Activo Difusión Simple o Difusión Facilitada

Potenciales de Membrana y Potencial de Acción

FÍSICA BÁSICA DE LOS

POTENCIALES DE

MEMBRANA

POTENCIAL DE DIFUSIÓN PRODUCIDO POR UNA DIFERENCIA DE CONCENTRACIÓN IÓNICA A LOS

DOS LADOS DE LA MEMBRANA

Membrana-permeable-iones

potasio-NO otro ion

Concentración-potasio-

grande

Dentro-membrana-

fibra nerviosa

Baja fuera de la misma

Gradiente-concentración-potasio

Hacia fuera-través-

membrana

Interior hacia exterior

Cantidades-iones potasio

transportan cargas eléctricas positivas-hacia-exteriorGenerando electropositividad Fuera-membrana

Debido-aniones negativos

Electronegatividad-interior

Permanecen detrás Fuera-potasio

NO difunden

fuera-membrana

Concentración elevada-iones sodio

Concentración baja-sodio-dentro

Iones-carga positiva

Membrana-permeable-iones sodio

Impermeable-demás iones

Las Células Nerviosas y Musculares

Son capaces de Generas

Impulsos Electroquímicos

Potencial de Nernst

Determinada por

Gradiente de Concentración

FEM (Milivoltios) = + 61 LogConcentración Exterior

Concentración Interior-

El Potencial es (-) si el ion que difunde desde el interior hacia el exterior es (+)El Potencial es (+) si el ion que difunde desde el interior hacia el exterior es (-)

Potencial de Difusión

Es el potencial eléctrico

a la difusión de iones

A favor de un

gradiente de

concentración

Depende

1) Polaridad de la Carga Eléctrica

2) Permeabilidad de la Membrana

3) La Concentración de los IonesEn el Interior y el exterior

MEDICIÓN DEL

POTENCIAL DE

MEMBRANA

Pipeta pequeña-llena-solución de

electrolitos

Coloca otro electrodo (ELECTRODO

INDIFERENTE)

Utilizando-voltímetro adecuado

Entre (interior y exterior) de la fibra

Mide-diferencia potencial

Líquido extracelular

Pipeta-inserta-membrana celular-hasta-interior-fibra

Resistencia mayor de un millón de ohmios

Diámetro luminal menor de 1 um

Través-punta de la micropipeta

Voltímetro-aparato electrónico

Puede medir voltajes-pequeños

Resistencia elevada-flujo eléctrico

Distribución-iones

Liquido extracelular

Rodea-fibra nerviosa

Y-liquido-interior-fibra

Carga (Positiva y Negativa)

Largo-superficie interna-membrana

Cargas negativas

Observa-alineación

Cargas positivas-largo-superficie externa

Cambios súbitos de potencial de membrana

muestra

Parte inferior

Producen-membranas de los dos lados-fibra

Potencial de Membrana en Reposo de los Nervios

Potencial en reposo de las

fibras Nerviosas

Cuando no transmiten señales nerviosas-90 mV

La Bomba de Sodio y Potasio

Membranas CelularesBombea

Interior Exterior

Na+K+

Tres Iones de Na+ por cada 2 Iones de K+

En la Fibra Nerviosa Normal la permeabilidad de la membrana de Potasio es 100 veces mayor que la permeabilidad al Sodio

POTENCIAL DE ACCIÓN NERVIOSO

Es un fenómeno electroquímico producido por cambios en la concentración de iones Sodio y Potasio, entre el medio extra e intracelular.

Potencial de membrana caracterizado por un medio extracelular positivo y un medio intracelular negativo, dependiendo de los canales de potasio y la acción de la bomba sodio-potasio. En este estado no se transmiten impulsos por las neuronas.• El potencial pasa a negativo en el

LEC y positivo en el LIC• Se abren los canales de Na+

dependientes del voltaje, por lo que ENTRA Na+ al LIC

• El potencial vuelve a ser negativo en el LIC y positivo en el LEC

• Esto se debe a la SALIDA de K+

POTENCIAL DE ACCIÓN

POTENCIAL DE REPOSO

Na+ Na+ Na+ Na+

K+ K+

DESPOLARIZACIÓN

K+ K+

REPOLARIZACIÓN

Potencial de Acción Nervioso

Las señales Nerviosas

Se transmiten

Potencial de AcciónCambios rápidos del potencial de Membrana

al lo largo de la Fibra Nerviosa

Canales de Sodio y Potasio Activados

En la Despolarización y Repolarización

De la membrana Nerviosa

Es el canal de Sodio Activado por el Voltaje

Activación e Inactivación

del Canal

Activación del Canal de

Sodio

Inactivación del Canal de

Sodio

Canal de Potasio Activado por el Voltaje

En reposo (Puerta Cerrada)

Final del Potencial de Acción(Puerta Abierta)

Ritmicidad de algunos tejido excitables

Latido Rítmico del Corazón

Peristaltismo de los

Intestinos

Control rítmico de la Respiración

CARACTERÍSTICAS ESPECIALES DE LA TRANSMISIÓN DE SEÑALES EN LOS

TRONCOS NERVIOSOS

Corte transversal-

nervio pequeño

Fibras nerviosas grandes

muestra

constituyen

Mayor parte-área transversal

NÚCLEO central-fibra

FIBRA MIELINIZADA

membrana

Conduce-potencial-

acción

Líquido intracelular

viscoso

Contiene-centro

AXOPLASMA

alrededor

a lo largo

encontramos

Células de SCHWANN

depositan

alrededor

1.- Membrana-célula de SCHWANN rodea-axón

Célula de SCHWANN rota-alrededor-axón

Deposita-sustancia lipídica esfingomielina

Reexcitación necesaria para la Ritmicidad

Los Iones de Sodio y

Calcio Fluyen hacia el Interior

Aumento de Voltaje

positivo en la membrana -

PermeabilidadUn Mayor

flujo de Iones

Mayor Permeabilidad,

hasta que se genera un

potencial de Acción

Al final del P. de Acción, se Repolariza la Membrana, y

vuelve a Despolarizar

Contracción del Músculo Esquelético

El 40% del Cuerpo es Músculo esquelético

y el 10% es Liso y Cardiaco

Anatomía Fisiológica del Músculo Esquelético

Los Músculos Esqueléticos

Formados por

Numerosas Fibras

10 – 80 µm

Inervadas por una Fibra

Nerviosa

Sarcolema

Formada por Polisacáridos

Fibrillas de Colágeno

Se fusionan con

Fibra tendinosa

Agrupadas enHaces Musculares

Tendones Musculares

¿ Qué mantiene en su lugar a los filamentos de Miosina y Actina?

Moléculas Filamentosas de Titina Filamentosa y Elástica

Actúan como un armazónQue mantiene la posición

Sarcoplasma Retículo Sarcoplásmico

Es el liquido intracelular

entre las miofibrillas

Contiene

Potasio, Magnesio, y Fosfato

Función: Controlar la contracción Muscular

Almacén de Calcio

Actividad ATPasa de la Cabeza de la Miosina

Actúa como unaEnzima ATPasa

Par obtener energía

Filamento de Actina

Formado por tres componentes proteicos

Actina Tropomiosina Troponina

F - Actina ADPG - Actina

Miosina

Contracción Muscular

Complejos de 3 Subunidades

proteicas

Troponina I Actina

Troponina II Tropomiosina

Troponina III Calcio

BIBLIOGRAFÍA

Páginas Web1. Blogspot. (19 de Febrero de 2011). Fisiología. Recuperado el 10 de

Octubre de 2013, de Unidad III: Fisiología Muscular: http://fisiologiajmv-hilda.blogspot.com/2011/02/unidad-iii-fisiologia-muscular.html

Libros2. Guyton, A. C., & Hall, J. E. (2006). Tratado de Fisiología Médica.

Fisiología de la Membrana, el Nervio, y el Músculo, 11ava Ed., Pag.45-100. Elsevier.

Video3. YouTube. (2012 de Mayo de 2012). La Contracción Muscular.

Recuperado el 7 de Octubre de 2013, de Nova Real: http://www.youtube.com/watch?v=DwncW3Q1z7w

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