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TEMA 2: La membrana plasmática
1. Introducción.
2. Composición de la membrana:
2.1- Estructura común de bicapa lipídica. 2.2- Lípidos de membrana. 2.3- Proteínas. 2.4- Glúcidos de membrana.
3. Modelo de mosaico fluido.
4. Transportadores, canales y bombas iónicas:
4.1- Transportadores de membrana. 4.2- Canales iónicos. 4.3- Canales iónicos II: potencial de acción de las neuronas.
1- Introducción:
La membrana plasmática es una estructura que rodea la célula, define su extensión y mantiene una separación entre el contenido celular y el medio externo, sin embargo también posee propiedades mecánicas y dinámicas ya que cuando la célula crece o cambia la membrana también lo hace. Compuesta principalmente por lípidos, proteínas y glúcidos alcanza un grosor variable de entre 5-10 nm (50- átomos), manteniendo una estructura común de bicapa en todas las células a pesar de encontrar pequeñas diferencias entre tipos celulares.
Solo visualizable con microscopia electrónica; se pueden usar técnicas como la criofractura. Fundamental para el crecimiento y supervivencia celular ya que permite introducir y expulsar sustancias a través de las proteínas que contiene en sus membranas; además no solo se limitan al exterior de la célula sino que también los orgánulos poseen membranas que los compartimentalizan y actúan de forma selectiva.
2- Composición de la membrana:
2.1- Estructura común de bicapa lipídica:
Las bicapas lipídicas están constituidas por lípidos de membrana todos ellos anfipáticos, encontrando una cabeza hidrofílica y una o dos cola hidrófobas; los fosfolípidos son los más abundantes de todos (fosfatidilcolina el que más, molécula de colina unida al grupo fosfato con dos colas), los fosfolípidos poseen una estructura característica: la cabeza constituida por el grupo fosfato presenta atracción con el agua al poseer una carga neta negativa, por el contrario sus dos colas que son dos ácidos grasos son hidrófobos por lo tanto cuando se encuentran en disolución tienden a formar bicapas, las cuales son ventajosas energéticamente ya que el agua tiende a rodear las moléculas apolares encerrándolas en una estructura denominada clatrato, esto desde el punto de vista termodinámico supone un gasto energético (disminuye la cantidad de agua que tiene que ordenarse) que se minimiza al asociarse las moléculas lipídicas entre si y al adoptar forma esférica sellando sus bordes formando compartimentos cerrados (menor superficie de contacto con el gua y por lo tanto menor ordenación necesaria)
En las bicapas las colas se asocian entre sí protegiéndose del agua, mientras que las cabezas quedan expuestas al medio acuoso dándose la situación energética más favorable (forma de sándwich). Las fuerzas que forman la bicapa también le confieren fuerzas autoselladoras, cualquier solución de continuidad genera un borde libre expuesto al agua, este fenómeno es energéticamente desfavorable por lo que se reorganiza para evitarlo. Si el desgarro de la membrana es pequeño este reordenamiento
excluirá a las moléculas de agua. Si la solución de continuidad es grande la membrana comenzará a plegarse sobre sí misma y a fragmentarse en vesículas aisladas (eliminando en ambos casos bordes libres). Este principio implica que la única forma de evitar bordes libres consista en plegarse sobre sí misma (sellándose y fundamental para la creación de células)
2.2- Lípidos de membrana:
Son aproximadamente el 50% de la masa de la membrana plasmática. De entre todos los fosfolípidos son los más abundantes representando un 60% del total (+ colesterol, glucolípidos, otros). Los principales fosfolipidos son: fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, esfingomielina, fosfatidilserina, fosfatidilinositol.
La fluidez:
Los fosfolípidos de la membrana presentan movimiento, este es un factor determinante y debe estar dentro de unos límites. El grado de fluidez a una determinada temperatura dependerá básicamente de la composición de fosfolípidos y de la naturaleza de las colas hidrocarbonadas, cuanto más regular y compacto el agrupamiento de las colas más viscoso; este grado de compactación de las colas depende de la longitud de los ácidos grasos (más larga menos fluido) y del número de insaturaciones (a mayor más fluido), a cadenas más largas mayor interacción entre las colas, por otra parte a mayor número de insaturaciones mayor dificultad a que se den estas ya que el doble enlace genera una pequeña flexión en la cadena.
Movimientos principales: flip-flop (proteínas flipasas energéticamente desfavorable), difusión lateral, rotación y flexión.
Importancia de la fluidez: difundir proteínas rápido, señalización celular, evo de la célula (división membrana equitativa en mitosis)
La temperatura también es otro factor determinante ya que a mayor temperatura mayor agitación térmica lo que se traduce en energía cinética que mueve las moléculas lipídicas y que dificulta una unión que consolide a la bicapa, es decir, que la vuelva más viscosa.
- Levaduras y bacterias tienen que adaptarse a temperaturas muy variables por lo que experimentan continuo ajuste de la longitud e insaturaciones de sus cadenas, a T alta eliminan dobles enlaces para aumentar la viscosidad y sintetizan ácidos grasos de cadena larga que interaccionan más.
La distribución de los fosfolípidos de membrana es asimétrica, distinta composición de fosfolípidos y glucolípidos por emimembrana, además proteínas orientadas de forma específica según la función. En la cara externa: fosfatidilcolina, esfingomielina, glucolípidos; en la cara interna: fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina. El origen de esta asimetría reside en la síntesis de los lípidos de membrana que se sintetizan en el retículo endoplasmático a partir de unos precursores citoplasmáticos. La síntesis es llevada a cabo por unas enzimas presentes en la cara citosólica del R.E (a partir de ac.graso) sin embargo esto crea un desequilibrio entre ambos lados de la bicapa del R.E por lo que es necesaria la acción de las escramblasas que mezclan de forma homogénea y genérica los lípidos. La neomembrana ensamblada se exporta mediante un transporte vesicular a través de R.E A.Golgi ( también por prot. Transportadoras o contacto directo de membrana) en donde pequeños fragmentos de esta son liberados e incorporados por fusión. Cuando llega a la bicapa las flipasas redistribuyen de forma correcta cada fosfolípido (flopasas sacan, flipasas meten). Las flipasas tienen mecanismos de reconocimiento de fosfolípidos específicos.
El colesterol:
Lípido anfipático, tiene un cuerpo rígido (cuerpo esteroideo con estructura anular) en donde hay un grupo hidroxilo que en solución acuosa da carga negativa, es decir, la cabeza polar; después vendría una cola hidrocarbonada.
Básicamente permeable a moléculas hidrófobas pequeñas (las grandes no pasan) como los gases: O2, CO2, N2, encontrando el límite en los anillos de benceno. Las moléculas polares si son pequeñas y no tienen carga neta como el agua pasarán, las grandes a pesar de no tener carga (aminoácidos, glucosa, nucleótidos) no pasarán por lo que serán necesarios esos mecanismos. Las moléculas con carga como los iones tampoco pasan de forma natural independientemente del tamaño.
2.3- Proteínas de membrana:
Representan aproximadamente el 50% de la masa de la membrana y de ellas dependen muchas de las funciones que esta desempeña. Teniendo en cuenta que el tamaño de una proteína es mayor a la de los lípidos encontraríamos unos 50 lípidos por cada proteína.
Sus funciones son principalmente la de transporte de nutrientes, iones y metabolitos, pero también destacan por: anclaje del citoesqueleto a macromoléculas de la matriz extracelular, a otra célula, o a la propia membrana lo que resulta vital para la forma celular, receptor de señales químicas hacia el interior (atraviesan toda la membrana como antenas) y finalmente como enzimas con actividad catalítica (las del R.E para la síntesis de lípidos)
Distribución en membrana:
- Proteínas transmembrana: muchas proteínas se asocian a la bicapa atravesándola de un extremo a otro por lo que poseen regiones hidrófobas que se asocian con las colas lipídicas y otras hidrófilas que quedan expuestas al exterior e interior celular. Enlace covalente
- Lipoproteinas: otras se encuentran por fuera de la bicapa ya sea por un lado u otro y se unen a la membrana solo por uno o dos grupos lipídicos mediante enlaces covalentes. Normalmente a la parte externa de la membrana.
- Otras solo se localizan en la cara citosólica y se asocian con la lámina interna de la bicapa mediante la hélice alfa anfipática expuesta en la superficie de la proteína.
1,2,3Proteínas integrales
- Proteínas periféricas: otras están unidas de manera indirecta a una de las superficies de la membrana y se mantienen in situ solo por la interacción con otras proteínas de membrana. El enlace que presentan no es covalente.
Las proteínas directamente unidas a la membrana ya sean transmembrana, asociadas a la monocapa o unidas a lípidos solo se pueden separar mediante la ruptura de la bicapa con el uso de detergentes. Para las periféricas existen otros procesos que actúan directamente sobre las uniones específicas prot-prot y dejan la membrana intacta.
En las proteínas transmembrana la región proteica que atraviesa las colas lipídicas ha de ser hidrófoba, por lo que aminoácidos con carga y los polares sin carga no van a estar presentes ahí, el problema es que los aminoácidos tienden a formar enlaces peptídicos los cuales son esencialmente polares (por lo tanto hidrófilos) ya que la distribución de electrones no es homogénea por lo que queda una zona con densidad de carga positiva y otra negativa. Para ello la proteína toma una disposición de hélice alfa en esas zonas mediante el establecimiento de puentes de hidrógeno y en donde si existen radicales al ser hidrófobos quedarán orientados hacia el exterior, por el contrario hacia el interior quedarán todos los enlaces peptídicos polares. Hay proteínas que atraviesan varias veces la membrana por lo que en estas habrá secuencias ricas en esos aminoácidos hidrófobos (varias hélices alfa) un ejemplo sería la formación de un poro hidrófilo que permita dejar pasar el agua y moléculas hidrosolubles (dejan centro hidrofílico). Muchas de las proteínas transmembrana actúan como receptores de señales en donde la parte extracelular se une a la molécula señalizadora y la porción citoplasmática transmite la señal al interior. Algunas proteínas como las porinas se pliegan en forma de lamina B dando lugar a una estructura denominada barril B en donde los enlaces de hidrógeno se distribuyen en el plano horizontal, los radicales en función de la naturaleza quedarán hacia un lado u otro dejando un centro hidrófilo como ocurre en bacterias y mitocondrias. Permiten el paso de nutrientes e iones pequeños pero impiden el paso de otras de gran tamaño como las toxinas o antibióticos, a diferencia de la hélice alfa los barriles B solo pueden formar
canales anchos dado que solo se puede plegar la lamina beta hasta un cierto punto para formar el barril por lo que es menos versátil en este sentido.
Solubilizar y purificar mediante detergentes:
Es difícil extraer las proteínas de membrana sin alterar su estructura funcional, los conocimientos que disponemos de las proteínas de membrana son gracias a técnicas como el uso de detergentes (sulfato sódico, Triton X-100), los detergentes son moléculas anfipáticas que tienen una cola hidrófoba y una cabeza hidrofílica; los detergentes permiten disolver las bicapas y aislar a las proteínas para ellos se introduce en un cultivo un poco de el detergente que romperá la interacción lípido-hélice alfa ya que las colas se unirán al dominio hidrófobo de la proteína mientras que las cabezas quedarán orientadas hacia el exterior. Por otra parte el detergente también sella las membranas mediante este mismo principio. Posteriormente los complejos proteína-detergente y detergente-lípido pueden separase mediante el uso de técnicas como la electroforesis.
Proteínas transmembrana y la cortea celular:
La membrana plasmática es sumamente delgada y frágil por este motivo la mayoría están reforzadas por un esqueleto proteico que se extiende por debajo de la membrana (en la parte citosólica) y que va unido a esta mediante proteínas transmembrana. Esta red de proteínas fibrosas dan lugar a una corteza celular de la que depende la conformación y propiedades mecánicas de la corteza de muchos tipos celulares.
Es el caso de los eritrocitos en los que la forma tan particular cóncava de su membrana depende de esta red proteica que a su vez es reforzada por la flexión que experimentan ciertos tipos de fosfolípidos. La espectrina es la responsable directa de la forma de los eritrocitos que forma un entramado en el que juega un papel importantísimo las proteínas transmembrana, desde el punto molecular encontraríamos unas proteínas transmembrana en la intracelular hay sitios de unión específicos para elementos del citoesqueleto, principalmente filamentos de actina, y también para otras proteínas adjuntas y estas a su vez poseen sitios de unión específicos por enlaces covalentes a la espectrina que forma la corteza. Es la espectrina la que tirará de la membrana dándole esa forma tan característica, esto supone un gasto de energía para la célula pero en el caso de los eritrocitos células muy frágiles que no posen ni núcleo la propia presión sanguínea sería suficiente para romperlas, la manera de que no se rompan es soportar esta tensión arterial mediante este mecanismo (ya están aplastadas y no se aplastan más)
Si se produce una mutación en el gen que codifica la espectrina esta no se ensamblará como toca y no podrá formar una corteza correcta lo que desencadena una anemia grave que puede resultar fruto de la destrucción de los glóbulos rojos por la acción de la presión. Pocos eritrocitos y frágiles anemia crónica
2.4- Glúcidos de membrana:
Los glúcidos son uno de los elementos indispensables de la membrana ya que son los responsables de funciones muy diversas relacionadas con el reconocimiento celular, protección y adhesión. Muchos lípidos están asociados con oligosacáridos mediante enlaces covalentes de lo que resultan los glucolípidos; la asociación entre un oligosacárido y una proteína se denomina glicoproteína y finalmente los proteoglicanos son la unión entre un polisacárido y una proteína.
Todos se localizan en la emimembrana celular externa y conforman una cubierta apreciable mediante microscopia óptica como una red muy enmarañada y electrodensa formada por todos estos glúcidos y que recibe el nombre de glicocálix (capa de hidrato de carbono) Funciones:
- Protege a la célula de las lesiones mecánicas y químicas como la abrasión que se produce en el intestino al deslazarse por el epitelio del intestino los alimentos que están siendo procesados.
- Por su composición química son muy hidrófilos por lo que absorben agua y crean una superficie viscosa que en ocasiones resulta fundamental para la actividad de la célula (ayuda a cell móviles como los leucocitos a desplazarse a través de pasajes estrechos e impide que los eritrocitos se adhieran entre si o a las paredes de los vasos)
- Ayuda a la movilidad/inmovilidad de células (leucocitos)
Las evidencias morfológicas que confirmaron este modelo fueron gracias a técnicas complementarias como la criofractura en donde se consiguió separar las dos emimembranas y observar que efectivamente no existen tres capas diferenciadas.
Frye y Edidin realizaron otro experimento en el que fusionaron células de ratón con células humanas (yo puedo cultivarlas y en ocasiones de forma no espontanea fusionarlas con pequeñas descargas por ejemplo) las de ratón las marcaron con un fluorocromo que emitía luz en el rojo y las de humanos en el verde, cuando consiguieron el hibridoma lo analizaron con microscopia de fluorescencia y observaron que a tiempo cero se podía observar como las proteínas de humanos y ratón estaban perfectamente compartimentalizadas (no se mezclaban) sin embargo tras 40 min se observó que se habían mezclado completamente. Esto demostró que tanto la cinética como el modelo propuesto era correcto, sin embargo esto solo demostraba la fluidez de las proteínas.
Fluidez de los lípidos:
Fueron claves experimentos con dos técnicas FRAP (recuperación de la fluorescencia después de fotoblanqueo) y FLIP ( perdida de la fluorescencia en el fotoblanqueo), la fluorescencia posee un inconveniente ya que en una atmosfera con oxigeno cualquier fluoróforo cuando recibe excitación por luz durante mucho tiempo se descompone y se apaga la fluorescencia (fotoblanqueo).
FRAPDe tal forma que si yo tengo a una célula y sus fosfolípidos marcadados con fluorescencia y en un determinado punto la excito con luz d forma continua esa zona tras pasado un período dejará de emitir fluorescencia, tras esto apago la luz y deja la célula. Cuando vuelvo aponer la célula bajo el microscopia y proceso a observarla veo que esa ventana blanqueada anteriormente ha desaparecido, lo que a ocurrido precisamente por la propia cinética del mosaico fluido los fosfolípidos que estaban alrededor se han ido mezclando y han invadido la zona blanqueada. No se llegaría a la misma fluorescencia ya que hay parte de lípidos sin fluorescencia pero eso mi ojo no lo puede apreciar, a nivel de conteo de fotones si se podría analizar.
FLIP Cojo una célula y marco todos los fosfolípidos, en un punto concreto incido con luz para eliminar la fluorescencia sin embargo ahora no apago el foco de luz. Por la propia dinámica de la membrana los fosfolípidos irán entrenado en ese marco y se blanquearán poco a poco hasta que todos los fosfolípidos dejen de emitir fluorescencia.
Movilidad limitada: en casi todos los casos
A pesar de que los componentes de la membrana se mueven continuamente no todos los tipos celulares presentan esta movilidad total, estando delimitadas las proteínas de algunas de sus regiones ya que la funcionalidad de la célula depende de ello.
Pueden estar ancladas a elementos del citoesqueleto como sucede con la corteza celular, también a la matriz extracelular, en otros casos es vital unirse de forma estrecha con otras células por lo que en las zonas de membrana que medien la unión no habrá movimiento, lo mismo sucede con las células que poseen una morfofuncional como sucede con las células del intestino. Estas células tiene una cara que da hacia el lumen, hacia el intestino, y otra que da hacia el tejido conjuntivo que queda por debajo del intestino. Por la parte que da hacia el intestino tiene que absorber moléculas y nutrientes y por la otra los tiene que soltar por lo que no tendrá la misma composición la membrana en una parte que en otra, es decir, las proteínas que se encuentren en esa región no serán las mismas. Sin embrago si las proteínas encargadas de absorber se dispusieran en la parte encargada de liberar y las de liberar en la de absorber se produciría una catástrofe ya que a diferencia de tomar nutrientes los perderíamos, por lo que es necesario una especie de barreras que impidan la difusión de estas proteínas. En ocasiones hay proteínas que solo se anclan a balsas lipídicas por lo que su movimiento también será restringido. Otro ejemplo notable serian la membrana de los espermatozoides en cuya cabeza poseen unas proteínas especificas especializadas en la liberación del acrosoma el cual permite la fecundación, por otra parte el flagelo encargado de la motilidad de la célula tendrá otras proteinas específicas por lo que si realizamos técnicas inmunocitoquímicas podremos observar que la membrana y sus proteínas están muy compartimentalizadas.
Los contactos sinápticos son otro claro ejemplo en donde se requiere una gran especialización en la composición de la membrana justo donde se está realizando la unión. Si se esta liberando glutamato (excitador) el elemento postsinaptico tendrá que tener receptores en esa zona concreta. Además para que
se mantenga el contacto tiene que haber unión proteina-proteina entre las dos neuronas, proteínas las cuales están unidas siempre al citoesqueleto (el mantenimiento del contacto sináptico es lo que permite el proceso de aprendizaje y memoria a largo plazo, si yo dispongo de un recuerdo, conocimiento... es gracias es estas uniones que continúan vivas en el tiempo para ello la célula elimina la fluidez total de la membrana)
4- Transportadores, canales y bombas iónicas: mirar permeabilidad
La célula necesita mantener una composición interna muy distinta a la del medio extracelular, como la mayoría de moléculas no son capaces por carga o tamaño de atravesarla requieren de proteínas transmembrana específicas.
En células vivas en el entorno celular abundan: iones hidrógeno (protones), iones cloro, iones calcio e iones potasio; su flujo desempeña múltiples funciones como la síntesis de ATP o responsable de la actividad neuronal. En el exterior celular destaca el sodio. Es necesario que las cargas positivas y negativas estén equilibradas sin embargo existen pequeñas descompensaciones fundamentales para muchos procesos.
Las proteínas de transporte pueden ser de dos tipos:
- Proteínas transportadoras: dejan pasar moléculas específicas a través de un cambio conformacional propiciado por la unión de la molécula a un sitio de unión específico.
- Proteínas de canales: selección de la molécula que pasa según carga y tamaño, si están abierto y cumple los requisito pasa sin problemas. Son más rápidos y se pueden taponar
4.1- Transportadores de membrana:
El transporte puede ser: pasivo o activo.
- Transporte pasivo: el transporte se produce a favor de un gradiente químico (de mayor a menor concentración) por lo que no supone un gasto energético para célula y se producirá de forma espontánea si se dispone del canal o proteína transportadora adecuada (no todas). No llega a saturarse nunca.
- Transporte activo: se produce a la contra de un gradiente de concentración y por lo tanto requiere de gasto energético, es realiza exclusivamente por proteínas transportadoras (no canales!!!) llamadas bombas. Este transporte llega a saturarse ya que como este depende de energía llegará un momento en el que la energía se agote
Transporte pasivo:
- Para moléculas sin carga el gradiente de concentración determina la dirección del transporte: un ejemplo las proteínas transportadoras de glucosa de los hepatocitos. Este transportadores es pasivo y responde en ambas direcciones según las necesidades celulares, al ingerir comida tendremos una glucemia alta en sangre, los hepatocitos detectan una concentración extracelular muy alta en glucosa (estado conformacional A) y los sitios específicos de unión a glucosa siempre van a quedar hacia el exterior extracelular por lo que después de comer por una serie de señales hormonales los hepatocitos van a transportar toda la glucosa hacia el interior. Si el transporte es continuo y prolongado o estamos en un periodo de ayuno la concentración celular de glucosa será mucho mayor a la extracelular ya que debido a las necesidades energéticas en hepatocito recibe una señal hormonal (glucagón) y degrada glucógeno a glucosa, como mecanismo para mantener un equilibrio ahora la proteína adopta un estado conformacional B en el que el sitio de unión especifico queda orientado al interior celular por lo que se liberará glucosa al exterior. - Para las moléculas con carga la dirección es determinado por el gradiente de concentración y potencial de membrana: la mayoría de moléculas poseen carga y este trasporte viene mediado por un gradiente de concentración y por uno eléctrico cuya conjunción da lugar a lo que se denomina gradiente
(hacia lumen) de manera que este siempre independiente de las condiciones va a meter glucosa aprovechando al gradiente de concentración del sodio que es un simporte; el otro trasnportador pasivo de glucosa facilita la salida de esta hacia los fluidos extracelulares como la sangre que la reparten por todos los tejidos, por otra parte el sodio que está entrando de forma masiva sale gracias a la bomba sodio- potasio. Aquí entran en juego las uniones oclusivas que rompen la fluidez del mosaico y que permiten establecer dos dominios morfofuncionales diferenciados que evitan la difusión las proteínas.
4.2- Canales iónicos :
Propiedades esenciales:
-No cambian su conformación al ser atravesados por un ion, pero si que pueden estar abiertos o cerrados.
- No son tan selectivos, simplemente por la carga y tamaño.
- La especifidad de carga (iónica) viene determinada por los radicales químicos que se encuentren justo en el poro, si el canal deja pasar cargas positivas lo más normal es que en el poro tenga radicales con carga negativa que harán una fuerza de tracción.
- La velocidad de transporte es muy superior en el canal (hasta 1000 veces mayor= 1 millón/s)
A pesar de ser más rudimentarios pueden alcanzar también una especifidad y capacidad para discriminar los iones (ej: Na+/k+). Los iones potasio son un poco más grandes que los sodio (en estado acuoso están unidos a una molécula de agua), el canal de sodio tiene la apertura justa para que entre solo un ion sodio hidratado, sin embargo el potasio a pesar de tener la misma carga al ser un poco más grande ya no puede pasar. Existe otro canal para potasio, por este no pasará el sodio a pesar de lo que se podría pensar al ser más pequeño, para ello el mecanismo radica en que solo puede atravesar el canal el potasio deshidratado de lo contrario no pasará (para que suelte el agua pongo en la parte inicial del poro una concentración muy alta de grupos carbonilo(-) que van a tirar muy rápido del potasio y va a soltar el agua), en el sodio no pasa lo mismo porque al ser más pequeño no está tan cerca de los grupos carbonilo y no va a sufrir esa interacción por lo que no abandona el agua y no puede pasar el sodio hidratado. Casi todos funcionan así, pueden ser radicales con otras cargas según el ion, esencial el estado hidratado de los iones.
Técnica de patch-clamp:
A permitido conocer todo sobre los canales iónicos y su cinética. Consiste en que se puede coger una célula en cultivo mediante succión con una pipeta, cojo una micropipeta con un diámetro en la punta muy pequeño y con eso puede sellar un trozo de membrana en donde se encontraran los elementos de interés como proteínas transportadoras o canales, si soy lo suficientemente cuidadoso la membrana se autosellará y la célula no se romperá. Posteriormente yo puedo usar esa sección de membrana para observar experimentalmente como se comportan los elementos que la integran mediante la conexión de esta a electrodos que miden los cambios eléctricos, también puedo: cambiar concentración, tipos de iones, ver como se produce el flujo, medir la cinética, medir la acción de inhibidores, antagonistas y agonistas… Normalmente las células de cultivo suelen haber sido manipuladas genéticamente para que sobreexprese un gen de interés.
Los canales iónicos se abren y cierran por lo que su actividad que no es continua está regulada por:
- Voltaje (diferencia de potencial a lo largo de la membrana)
- Unión de un ligando específico en un sitio activo del canal (tanto del exterior como el interior)
- Otras responden a condiciones de estrés mecánico. (sensibles)
Muchas veces cuando un canal se abre permanece funcional durante un corto periodo de tiempo para después permanecer inactivos (se vuelve a recuperar al tiempo) aunque continúe abierto. Fundamento de la transmisión sináptica.
Ejemplos:
Órgano de corti: los canales iónicos de este activados por estrés mecánico nos permiten oír. Posee una serie de células ciliares que tienen estereocilios los cuales están unidos y concatenados de forma escalonada, estos están pegados a la membrana tectorial y por la parte basal están en contacto con neuronas cuyos axones constituyen el nervio auditivo que a su vez están en contacto con otras células epiteliales que descansan sobre la membrana basal (basilar membrane). El movimiento oscilatorio del aire que se produce cuando se habla llegan hasta el oído interno provocando que la membrana basal vibre y que se muevan las células ciliadas y sus estereocilios que se apoyan en la membrana tectorial. El movimiento de los estereocilios se transmite a través de todos ellos al estar conectados por una serie de proteínas, estos estereocilios están repletos de canales sodio dependientes de estrés mecánico que se abren provocando la transmisión del impulso nervioso por la despolarización de las células debido a la liberación de sodio.
Venus atrapamoscas: mecanismo similar, atrapa a los insectos mediante una serie de sustancia atractiva al olfato y color rojizo. Tiene en sus hojas unas células especiales con cilios sensores (3 por cada célula) si la mosca toca dos a la vez el estrés mecánico que se produce hace se abran canales dependientes de estrés entren iones, cambie la turgencia de la hoja y al entra agua hace que se cierre de forma rápida.
Mimosa pudica: sus hojas se cierran desde la base hasta arriba (cremallera), cuando yo toco a la célula cambian las condiciones de voltaje se abren canales que hace que entre agua y se cierra.
4.3- Canales iónicos II: potencial de acción de las neuronas:
Normalmente una zona por donde se capta la información (dendritas) y otra por la que se libera para proseguir su transmisión (botón terminal del axón), en algunos casos particulares conexiones sinápticas por toda la neurona. En estado de reposo la distribución de cargas es tal que el interior es ligeramente negativo respecto al exterior, las neuronas suelen tener un potencial en reposo de -60mV, estas células son fácilmente excitables por lo que a determinados estímulos se excitarán y cambiarán un poco su voltaje (potencial de membrana), si se despolariza un poco hasta llegar a los -40 (punto umbral) en donde los canales dependientes de voltaje se habrán y cambian las condiciones de potencial pasando ahora a +40mv y después se recuperan las condiciones básicas.
A t=0 tenemos los canales de sodio y potasio cerrados, cuando se produce una pequeña excitación y cambia el potencial hasta -40mV reaccionan los dos canales pero los de Na son más rápidos que los de K por lo que al entrar Na a favor de gradiente durante unos milisegundos se produce una despolarización rápida que vuelve el interior positivo (+30mV), justo en ese momento se abren los de K y por gradiente de concentración sale el K (-75mV) hasta que se recupera las condiciones de potencial negativo del inicio.
¿Cómo viaja el potencial de acción por todo el axón?
Se transmite siempre en una única dirección por lo que es clave que los canales se puedan abrir y cierra y que ha pesar de estar abierto permanecer inactivo. Si en un momento determinado se produce una excitación los canales de Na se vana a abrir provocando la entrada de Na (despolariza la célula), como todo lo que tengo son canales de sodio dependientes de voltaje la despolarización afectará a los canales que tenga cerca y por los que podrá entrar de nuevo sodio que cambiará el voltaje del siguiente pero no del anterior por permanecer un tiempo inactivo.
Primero entra Na se produce la despolarización y luego esa se rectifica con el potasio, la clave es que los de K son más lentos y segundo como los de NA tienen un periodo de latencia en el que permanecen inactivos solo pueden viajar hacia delante (permite mantener la polaridad morfofuncional)
Conducción saltatoria:
Si el transporte se produjera de canal a canal en términos electrofisiológicos sería lento, para que sea más rápido recubren sus axones de vainas de mielina dejando unos pequeños huecos (Nódulos de Ranvier) sin cubrir para que la transmisión se produzca de hueco en hueco. Propagación mucho más rápida, muchas de las enfermedades como la esclerosis múltiple que es de carácter autoinmune que ataca mediante inmunoglobulinas o con linfocitos T que ataca directamente o desencadena otros mecanismos a las neuronas o a las células gliales que producen la mielina.
