EXCITABILIDAD, Apuntes de Química Orgánica

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Excitabilidad

Tema 4

2º curso, grupo D

Contenidos

4.1. Introducción

4.2. Potencial de Nernst

4.3. Equilibrio de Gibbs-Donnan

4.4. Calculo del potencial de difusión para varios iones

4.5. Potencial de membrana en reposo de los nervios

4.6. Origen del potencial de membrana en reposo normal

4.7. Potenciales graduados o potenciales locales.

4.8. Potenciales de acción.

4.9. Fases del potencial de acción.

4.10. Propagación de los impulsos nerviosos.

4.11. Velocidad de propagación de los impulsos nerviosos.

4.12. Comparación de las señales eléctricas que producen las

células excitables.

4.13. Los pot. de acción tienen formas diferentes en cada tejido.

Células glandulares, macrófagos y

células ciliadas utilizan los cambios

locales de los potenciales de

membrana para activar muchas de

las funciones de las células.

En este tema vamos a hablar de lo

concerniente a las células

nerviosas y musculares.

4.1. Introducción

Hay potenciales eléctricos a través de las membranas de prácticamente todas las

células del cuerpo.

Excitabilidad: capacidad presentada por

células especializadas como nerviosas y

musculares, las cuales son capaces de

responder a un estímulo mediante

modificaciones transitorias de las

conductancias iónicas y por tanto del

potencial de sus membranas.

Bomba Na+/K+

4.1. Introducción

4.2. Potencial de Nernst

Potencial de Nernst para un ión sería el valor de potencial de membrana necesario para

prevenir la difusión neta de un ión con diferentes concentraciones en ambos lados de la

membrana en cualquier dirección.

donde FEM es la fuerza electromotriz

Se asume que el potencial del LEC es 0.

Es + si el ion que difunde desde el interior hacia el exterior es —.

Es — si el ion es +.

4.3. Equilibrio de Gibbs-Donnan

El citoplasma contiene Sust. intracelulares no perrneantes con carga negativa (polifosfatos orgánicos, proteínas, ácidos nucleicos, etc) que no pueden atravesar la membrana. La mayoría son de carga negativa.

Estas sustancias afectan a la distribución de iones permeantes a través de la membrana y el citosol y pt al potencial de membrana en reposo.

Membrana permeable al HCO 3 -^ y al Cl-, pero impermeable al Y-.

Concentraciones iniciales Ejemplo: Membrana separando KCl de KY; Y-^ no permeante.

A = 0,1 M de KY B = Igual volumen de KCl 0,1 M.

[Cl-]B > [Cl-]A : Cl-^ pasará de B a A; A se hará (-) K+^ fluye de B al A.

Equilibrio de Gibbs-Donnan: describe propiedades de equilibrio estacionario de mezclas de iones permeantes y no permeantes.

4.3. Equilibrio de Gibbs-Donnan

La suma de concentraciones de K+^ y Cl-^ en A es superior a la de B. Esto es una propiedad general de Gibbs-Donnan.

Si a lo anterior se suma Y-, la concentración iónica en A es mucho mayor que en B.

En esas condiciones el agua tiende a fluir por ósmosis de B a A, los iones tenderían a reajustarse para volver al equilibrio de Gibbs-Donnan y al final todo el agua de B terminaría en A.

En las animales, el equilibrio de Gibbs-Donnan provocaría una presión osmótica en el citoplasma superior a la del LEC.

4.3. Equilibrio de Gibbs-Donnan

Esto reventaría las células, salvo que la célula se vuelva rígida (las células vegetales lo son, y gracias a esto pueden tener una presión de turgencia).

Para evitar estos problemas se han desarrollado los mecanismos de transporte de iones, así se controlan las consecuencias osmóticas del equilibrio de Gibbs-Donnan.

Difusión simple

Difusión facilitada

Energía

Canal proteico

Difusión Transporte activo

Proteínas transportadoras

Difusión simple

Difusión facilitada

Energía

Canal proteico

Difusión Transporte activo

Proteínas transportadoras

Transporte activo de los iones sodio y potasio a través de la membrana: la bomba sodio-potasio (Na-K). Bombea Na+^ al exterior, K+^ hacia el interior y es electrógena (más cargas + hacia el exterior que hacia el interior). La bomba Na-K genera grandes gradientes de concentración para el Na+^ y K+^ a través de la membrana nerviosa en reposo. Estos gradientes son los siguientes:

4.5. Potencial de membrana en reposo de los nervios

Los cocientes de estos dos iones desde el interior al exterior son:

Potencial de membrana en reposo: diferencia de potencial eléctrico que existe a través de

las membranas de las células vivas normales en condiciones de no estimulación o reposo. La

mayoría de las células corporales están polarizadas con voltajes de membrana que varían

de +5 mV a -100 mV (unos -90mV en reposo para la neurona).

4.5. Potencial de membrana en reposo de los nervios

Fuga de potasio y de sodio a través de la membrana nerviosa. La figura muestra una proteína del canal en la membrana nerviosa a través de la que pueden escapar iones potasio y sodio, denominado canal de «fuga» de K+-Na+.

La fuga de K+^ es importante porque los canales son 100 veces

más permeables al K+^ que al Na+.

Esta diferencia de permeabilidad es muy importante para determinar el nivel del potencial de membrana en reposo normal.

Contribución de la difusión de sodio a través de la membrana nerviosa.

La membrana nerviosa es ligeramente permeable al Na+^ debido a la difusión de estos iones por los canales de fuga K-Na.

El cociente de los iones sodio desde el interior hasta el exterior de la membrana es de O,1,y esto da un potencial de Nernst calculado para el interior de la membrana de +61 mV.

El potencial de Nernst para la difusión de K+ = —94 mV.

¿Como interaccionan ambos entre sí y cuál será el potencial resultante?

4.6. Origen del potencial de membrana en reposo normal

Según Goldman, si la membrana es muy permeable al K y poco al Na, el K será más importante.

En fibra nerviosa: permeabilidad membrana a K+ es 100 veces mayor que permeabilidad a Na+.

FEM (mV)

FEM (mV)= -61·log

FEM (mV)= -61·log 25,85 = -

4.6. Origen del potencial de membrana en reposo normal

Contribución de la bomba Na-K. Recordar su funcionamiento.

Al bombearse más Na+ que K+ se genera un grado adicional de negatividad (aproximadamente —4 mV más).

dos tipos de señales eléctricas:

Potenciales de acción (impulsos

nerviosos)

Potenciales graduados o locales

o subumbrales (dan lugar a las

respuestas locales o

subumbral).

La producción de estas señales depende de: La existencia de un potencial de membrana en

reposo y la existencia de canales iónicos específicos.

4.7. Potenciales graduados o potenciales locales

Realmente son simples cambios o desviaciones en la polarización de la membrana. Dan

lugar a las respuestas locales (señales eléctricas de corta distancia).

Membrana polarizada: Membranas cuya superficie exterior e interior tienen cantidades

diferentes de carga eléctrica y por lo tanto presentan una diferencia de potencial a través de

las mismas.

4.7. Potenciales graduados o potenciales locales

Tiempo (ms)

Potencial de membrana (mV)

Potencial de membrana en reposo

Potencial graduado hiperpolarizante

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