Como vimos en el vídeo anterior de esta serie, el potencial eléctrico en el reposo registrado a través de la membrana es negativo. Pero, ¿cómo se genera y se mantiene esta diferencia de potencial? En el vídeo de hoy vamos a hablar sobre las bases iónicas de los potenciales de membrana. Bienvenidos a una nueva edición de NutriMente.
En la serie de cómo entran y salen sustancias de la célula, Mencionamos que la acción conjunta de los sistemas de transporte pasivo y activo le permite a una célula mantener estados estacionarios, en los que la concentración intracelular de la especie transportada, por lo general unión positivo, difiere. de la extracelular por ejemplo a través de canales iónicos específicos de sodio y potasio que actúan en conjunto con la bomba de sodio potasio se mantiene una concentración de sodio extracelular mucho mayor que la intracelular y una concentración de potasio intracelular mucho mayor que la externa los canales representan un mecanismo rápido en general muy selectivo para el transporte pasivo hasta favor de su gradiente electroquímico de un ión en particular. Y como ya mencionamos, su regulación puede ser muy fina.
¿Qué es lo que hace que un ión se mueva desde el exterior al interior de la célula o viceversa atravesando un canal iónico abierto? Como ya vimos en el video de las fuerzas que impulsan los intercambios de materia y energía, la migración iónica se debe a la diferencia de potencial electroquímico del ión. entre dos puntos.
Este potencial depende del tipo de carga eléctrica del ión, de su concentración iónica a ambos lados de la membrana y de la temperatura. Así, en el caso de llegar a un equilibrio, la diferencia de potencial se hace cero y la cantidad de iones por unidad de tiempo que atraviesa la membrana en una dirección es igual a la cantidad de iones que lo hace en dirección opuesta. En esta situación, el flujo neto de ese ión es cero, y a la fuerza química generada por la diferencia de concentración a ambos lados de la membrana, se le opone una fuerza eléctrica originada por la diferencia de potencial eléctrico. La resultante de este equilibrio es el denominado potencial de equilibrio del ión.
Este potencial de equilibrio es positivo Para iones positivos, cuando la concentración extracelular de esos iones es mayor que la intracelular, como en el caso del sodio, cuyo potencial de equilibrio en el axón del calamar es más 55 milivoltios. Es negativo cuando la concentración intracelular es mayor que la extracelular, como en el caso del potasio, cuyo potencial de equilibrio es menos 90 milivoltios. Las membranas biológicas en general son permeables a varios iones como el sodio, el potasio y el cloruro.
En estos casos, la diferencia de potencial eléctrico que se genera a través de la membrana depende de la concentración intracelular y extracelular de cada uno de esos iones y de la permeabilidad de la membrana a cada uno de ellos. La permeabilidad de una membrana a los iones, por su parte, Es consecuencia del tipo y de la cantidad de canales abiertos para cada especie iónica. Como vimos en el video sobre los canales, existen varios tipos de canales, incluso para una misma especie iónica.
Una membrana puede poseer gran cantidad de canales y, sin embargo, ser poco permeable a los iones si los canales poseen una probabilidad muy baja de estar abiertos. Solo cuando se disparan mecanismos adecuados que activen la membrana, activan un canal para un ión determinado, como un cambio en el potencial eléctrico, la fosforilación, el aumento en la concentración de calcio, entre otros, la membrana aumenta su permeabilidad a ese ión particular, ya que el canal pasa a un estado abierto. Volvamos ahora al ejemplo del axón del calamar y consideremos que el potencial de membrana está en reposo. La concentración de iones potasio en el citoplasma es unas 30 veces mayor que la concentración de ión en el canal.
que la del líquido externo, mientras que la concentración de iones sodio en el líquido externo es unas 10 veces mayor que en el citoplasma. La membrana de laxón posee una gran cantidad de canales de sodio sensibles a cambios en el potencial eléctrico, que en estado de reposo están mayoritariamente cerrados, es decir, poseen probabilidad muy baja de apertura, por lo que la membrana es muy poco permeable al sodio. Por el contrario, si bien posee muchos canales iónicos de potasio sensibles a cambios en el potencial eléctrico, una gran cantidad son insensibles al potencial eléctrico, que se llaman canales de escape o de fuga de potasio, y están abiertos, lo que hace a la membrana bastante permeable a los iones potasio durante el reposo.
En este estado, la permeabilidad de la membrana de la axón del calamar al potasio es cerca de 25 veces mayor que la del sodio y dos veces mayor que la del cloruro. Es decir, hay en promedio muchos más canales abiertos para el potasio que para el sodio y el cloruro. No es sorprendente entonces que el potencial de membrana en estas condiciones, es decir, en potencial de reposo, sea de alrededor de menos 70 milivoltios. un valor mucho más cercano al potencial de equilibrio del potasio que el de los otros guiones esto se debe a que el guión potasio por ser el más permeable tiene mayor capacidad de disipar su gradiente de potencial electroquímico y tratar de llegar al equilibrio como vemos el potasio tiene canales abiertos y su gradiente electroquímico favorece su pasaje hacia el exterior esta fuga de potasio produce un déficit de cargas positivas en el interior celular y una acumulación de esas cargas en el exterior debido a que dentro de la célula predominan las cargas negativas de las proteínas aminoácidos nucleótidos etcétera en el potencial de reposo el interior de la célula es negativo con respecto al exterior el potencial de membrana en reposo se genera y mantiene por la existencia de una distribución asimétrica de iones a ambos lados de la membrana. Debido a que la membrana presenta permeabilidad diferencial a los distintos iones, el valor numérico del potencial se aproxima al del potencial de equilibrio de la especie iónica a la cual la membrana es más permeable, es decir, para la cual posee más canales abiertos.
El valor del potencial de membrana en reposo no posee exactamente el mismo valor negativo que el potencial de equilibrio del potasio, que sería menos 90 milivoltios, sino que es un poco menos negativo, menos 70 milivoltios, porque algunas cargas positivas son acarreadas por el poco sodio que ingresa en el axón. Y por último, las bombas iónicas y algunos transportadores secundarios tienen un papel fundamental en el mantenimiento a largo plazo de los gradientes de concentración de los iones fuera del equilibrio electroquímico. Hasta ahora nos hemos referido al potencial de membrana en reposo, pero ¿qué sucede durante la excitación nerviosa? ¿Y cómo se origina un potencial de acción? Cuando un estímulo químico o eléctrico alcanza la membrana y hace que su potencial de membrana supere un potencial umbral determinado, induce la apertura de un gran número de canales de sodio sensibles al potencial eléctrico, que se encontraban cerrados.
lo cual provoca un aumento repentino de la permeabilidad al sodio. El potencial de membrana cambia con rapidez y alcanza un valor de alrededor de más 40 milivoltios, cercano al potencial de equilibrio del sodio. El potencial de membrana no solo cambia, sino que también invierte de signo.
Ahora es positivo del lado intracelular. Este cambio del potencial de membrana hacia valores positivos se denomina despolarización y constituye la etapa inicial del potencial de acción. A continuación, aunque no se observa en esta figura, se abren los canales de potasio regulados por potencial eléctrico y se inactivan los de sodio regulados por potencial eléctrico, lo que lleva a una repolarización de la membrana y al eventual restablecimiento del estado de reposo.
El cambio en la permeabilidad del sodio dura aproximadamente 0,5 milisegundos. Al final de la repolarización, la salida de iones potasio lleva ahora a un breve estado de hiperpolarización, en donde el potencial de membrana toma valores más negativos que en el reposo, cercanos al potencial de equilibrio del potasio. Al disminuir el potencial de membrana, los canales de potasio dependientes del potencial eléctrico vuelven al estado cerrado.
Dado el corto tiempo que los canales iónicos permanecen abiertos, el número total de iones sodio y potasio que se mueven durante el potencial de acción es pequeño. Por otra parte, la bomba de acción se desplaza en el potencial de membrana. de sodio potasio ATP-ASA que transporta sodio hacia el medio extracelular y potasio hacia el medio intracelular en forma activa. Contribuye a mantener las concentraciones de estos iones en sus niveles originales, restableciendo los valores del potencial de reposo.
Aquí vemos un gráfico que muestra los cambios del potencial de membrana en el tiempo durante un potencial de acción. Se señalan sus distintas fases y sus movimientos iónicos asociados. El potencial umbral es el valor del potencial de membrana al cual debe llegar la membrana del axón luego de la estimulación para que ocurra la apertura de canales de sodio sensibles al potencial de membrana. A partir de ese momento, la apertura de ese tipo de canales de sodio es autoinducida y dan origen al potencial de acción. Repasemos cada etapa.
En el estado de reposo están abiertos los canales no sensibles al potencial eléctrico, sobre todo los de potasio. Durante la despolarización se abren los canales de sodio dependientes del potencial eléctrico. Luego ocurre la repolarización, en la que se inactivan los canales de sodio y se abren los de potasio dependientes del potencial eléctrico.
Y por último, en la hiperpolarización, la salida aumentada del potasio vuelve a la membrana más negativa que en el reposo. Al finalizar el potencial de acción, la actividad de las bombas, sodio, potasio, ATP, ASA, aumentan su actividad, restableciendo las condiciones del reposo. En consecuencia, los potenciales de acción se originan a lo largo del axón en forma de rápidos cambios en el potencial de membrana, sin modificaciones sustanciales en las concentraciones internas y externas de los iones de sodio y potasio.
Habiendo entendido esto, En el próximo video vamos a hablar sobre la propagación del impulso nervioso y el papel de la vaina de mielina. Si este video te sirvió para aprender o comprender mejor este tema o si simplemente te gustó, por favor dale like y te invito a suscribirte al canal para poder tener a mano mucha más información. Porque lo que sabes influencia tu destino.