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LB- IUCBC 2021
POTENCIALES DE MEMBRANA Y POTENCIALES DE ACCION
Física básica de los potenciales de membrana
Diferencias a través de una membrana permeable selectiva
Cuando la membrana es permeable a iones potasio:
• La
concentración de potasio es grande dentro de la membrana de una fibra nerviosa→ pero muy baja
por
fuera
• Tendencia a que iones K difundan hacia afuera→ a medida que lo hacen transportan cargas eléctricas
positivas hacia el lado externo de la membrana generando
ELECTROPOSITIVADAD fuera de la membrana
y ELECTRONIEGATIVIDAD dentro
de la membrana (esto debido a iones negativos que no difunden)
• En la fibra nerviosa normal:
la diferencia de potencial es de aprox 94 mv, con negatividad en el interior de
la membrana
Cuando la membrana es permeable a iones sodio
• Elevada concentración de iones sodio por fuera→ baja concentración de iones sodio dentro
• La difusión de los iones sodio de carga positiva hacia el interior crea
un potencial de membrana con
negatividad en el exterior y positividad en el interior
•
La diferencia de potencial es de aprox 61 mv positivos en el interior de la fibra
Potencial de membranas en reposos de las neuronas
El potencial de membrana en reposo de las fibras nerviosas cuando no transmiten señales es de -90 mv
Transporte activo de los iones sodio y potasio a través de la membrana: la bomba sodio-potasio
• La bomba transporta 3 iones sodio desde el interio hacia el exterior de la membrana
ECUACION DE NERST: potencial de equilibrio para cada ion
ECUACION DE GOLDMAN: potencial de membrana en reposo.
Cuando todos los iones atraviesan la membrana
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• La bomba transporta 2 iones potasio desde el exterior hacia el interior
BOMBA ELECTRÓGENA: bombea mas cargas positivas hacia el exterior que hacia el interior→ deja un
déficit de iones positivos en el interior→ genera un potencial negativo en el interior de la membrana
celular
POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO:
•
Es la diferencia del potencial existente entre ambas caras de la membrana de una celula en reposo, siendo
la hemicapa interna negativa con respecto a la externa. La magnitud oscila entre -9 y -100
• ¿Quién la genera? La genera la permeabilidad selectiva de la membrana a los distintos iones
• ¿Quién la mantiene? La mantiene la bomba de sodio potasio
Origen del potencial de membrana en reposo normal
Contribución del potencial de difusión del potasio
• Partimos del supuesto de que el único movimiento de iones a través de la membrana es la difusión de
iones K
• Potencial de nerst: -94 mv (cociente de los iones potasio entre el interior y el exterior)
• Por lo tanto si los iones potasio fueran el único factor que genera el potencial en reposo→
el potencial en
reposo en el interior de la fibra es igual a -94 mv
Contribución de la difusión de sodio a través de la membrana nerviosa
• Potencial de nerst: 61 mv para el sodio
• -94 mv para el potasio
¿¿¿Cómo interaccionan entre sí y cuál será el potencial resultante???
La membrana es muy permeable al potasio pero ligeramente permeable al sodio→ la difusión de potasio
contribuye mucho mas al potencial de membrana que la difusión de sodio
Potencial de goldman: -86 mv (mas próximo al potencial del potasio)
Contribución de la bomba sodio- potasio
• Genera -4 mv cuando bombea 3 iones sodio hacia el exterior y 2 iones potasio hacia el interior
Potencial de acción de las neuronas
• Las señales nerviosas se transmiten mediante
potenciales de acción
• Potenciales de acción: son cambios rapidos del potencial de membrana que se extiende a lo largo de la
membrana de una fibra nerviosa
• Cada potencial de acción comienza con un cambio desde el potencial de membrana negativo en reposo
normal hasta un potencial positivo y termina con un potencial negativo
Fases del potencial de acción:
1. FASE DE REPOSO: potencial de membrana en reposo
El potencial de membrana neto cuando actúan todos estos
mecanismos es de -90 mv:
➢ -94 mv: potencial de difusión aislado del sodio y potasio
➢ -4 mv: bomba de sodio- potasio
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2.
FASE DE DESPOLARIZACION: ingresa Na→ gran numero de iones Na con carga positiva difunde hacia el
interior del axón. El potencial aumenta rápidamente en dirección positiva
3.
FASE DE REPOLARIZACION: los canales de sodio comienzan a cerrarse. Se abren los canales de potasio
para difusión de iones Ka hacia el exterior→ se restablece el potencial de membrana en reposo negativo
normal
4.
FASE DE HIPERPOLARIZACION: La bomba restaura
Periodos del potencial de activación
• Periodo refractario absoluto: de ninguna manera se puede producir nuevo potencial de acción. Se debe a
la apertura de los canales de sodio voltaje dependiente
•
Periodo refractario relativo: se puede producir un nuevo potencial de acción si se aplica un estímulo más
fuerte que el primero
Canales de sodio y potasio activados por el voltaje
Para la despolarización y la repolarización se utiliza el canal de sodio activado por voltaje. En la repolarización
también se utiliza el canal de potasio activado por voltaje
Activación e inactivación del canal de sodio activado por el voltaje
El canal de sodio tiene 2 compuertas:
1. En el exterior→ compuerta de activación
2. En el interior→ compuerta de inactivación
Reposo: cuando el potencial de membrana es de -90 mv. Compuerta de activación cerrada→ impide la entrada
de iones sodio
Activación del canal de sodio
• Cuando el potencial de membrana se hace menos negativo→ se abre la compuerta de activación→
ingresan los iones Na
Inactivación del canal de sodio
• El mismo aumento de voltaje que abre la compuerta de activación también cierra la compuerta de
inactivación unos segundos mas tarde→ los iones sodio ya no pueden pasar hacia el interior de la
membrana.
El potencial de membrana comienza a recuperarse de nuevo hacia el estado de
membrana en reposo→
proceso de REPOLARIZACION
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Los canales se van a volver a abrir cuando la membrana alcanza un potencial de reposo
Canal de potasio activado por el voltaje y su activación
Reposo: la compuerta del canal cerrada→ no pasan iones potasio hacia el exterior
Aumenta el potencial de membrana→ apertura→ difusión de potasio hacia el exterior
Los canales de potasio se abren al mismo tiempo que están comenzando a cerrarse los canales de sodio.
Disminución de entrada de sodio hacia la celula y aumento de la salida de potasio→ aumenta el proceso de
repolarización=== RECUPERACION COMPLETA DEL POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO
RESUMEN DE LOS FENOMENOS QUE CAUSAN EL POTENCIAL DE ACCION
• Durante el estado de reposo (antes de que comience el potencial de acción) la conductancia de los iones
Ka es mayor que los Na
• Al inicio del potencial de acción:
➢ Elevada conductancia de sodio. Poca conductancia de potasio→ fluyen MAS iones sodio hacia el
interior que iones potasio salen hacia el exterior → POTENCIAL DE MEMBRANA POSITIVO AL
INCIO DEL POTENCIAL DE ACCION
•
Al final del potencial de acción:
➢ Empiezan a cerrarse los canales de sodio y a abrirse los de potasio→ elevada conductancia de
potasio. Baja conductancia de sodio
➢ Mucho flujo de iones potasio hacia el exterior. Flujo nulo de iones sodio hacia el interior→ EL
POTENCIAL DE ACCION VUELVE A SU NIVEL BASAL
Restablecimiento de los gradientes ionicos de sodio y potasio tras
completarse los potenciales de acción: la importancia del metabolismo de
la energía
• Despolarización: los iones sodios difunden hacia el interior
• Repolarización: los iones potasio difunden hacia el exterior
Es necesario restablecer las diferencias de las concentraciones de membrana de sodio y potasio→ BOMBA DE
SODIO Y POTASIO. La actividad de la bomba se estimula mucho cuando se acumula un exceso de iones sodio en el
interior de la membrana
En la celula cardiaca
• En la fase de depolarizacion= apertura de los canales de calcio voltaje dependiente
• Meseta: alarga el periodo refractario absoluto por la apertura de los canales de calcio→ para que no se
produzcan potenciales de acción uno tras otro (se sobreexitaria)
• El calcio que ingresa es utilizado por el musculo cardiaco para contraer
PERIDO REFRACTARIO ABSOLUTO: periodo durante el cual no se puede generar un segundo potencial de
acción incluso con un estimulo intenso
No se puede producir un nuevo potencial de acción mientras la membrana siga despolarizada.
Después del inicio del potencial de acción se inactivan los canales, y ninguna señal exitadora abrirá las
compuertas de inactivación→ por lo único que se pueden abrir es cuando el potencial de membrana
vuelva al nivel de potencial en reposo.
Se abren las compuertas de inactivación→ se inicia un nuevo potencial de acción
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