TEMA 6 - Apuntes 6 PDF

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Fisiología general 1º Medicina...

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FISIOLOGÍA TEMA 6 · GRADIENTES IÓNICOS, PERMEABILIDAD Y POTENCIAL DE MEMBRANA GALVANI Sus experimentos se centraban en la teoría de que había objetos que podían cargarse eléctricamente y posteriormente liberar esta energía. Galvani diseccionó una rana y realizó una descarga eléctrica en la pata de la rana y observó que esta se movía. De esta forma desencadenó la teoría de que en los seres vivos había electricidad. Posteriormente, en los tiempos de Cajal, prevaleció la teoría reticulista, que sostenía que las neuronas no eran células independientes, sino que se colocaban en forma de red. Golgi era uno de los grandes defensores de esta teoría. Por el contrario, Cajal sostenía que las neuronas no eran redes sino que entre las células había una discontinuidad, es decir, no estaban en contacto, eran contiguas pero no continuas. EL POTENCIAL DE MEMBRANA Existen potenciales eléctricos a través de las membranas de prácticamente todas las células a causa de una diferencia de concentración de los iones en el interior y el exterior de la célula. Esta asimetría de sustancias cargadas debe ser la responsable de que haya una diferencia de potencial entre el interior y el exterior celular, de forma que cuando la célula está en reposo el interior es negativo respecto al exterior. Esta diferencia de carga, o diferencia de potencial, se conoce como potencial de membrana. CONCEPTOS BÁSICOS 1.LEY DE OHM La intensidad de la corriente que circula por un conductor es proporcional a la diferencia de potencial que aparece entre los extremos del citado conductor. Ohm completó la ley introduciendo la noción de resistencia eléctrica ; esta es el coeficiente de proporcionalidad que aparece en la relación entre y :

→ intensidad de corriente en amperios (A). → diferencia de potencial en voltios (V). → resistencia en ohmios (Ω).

2.Aniones y cationes Las proteínas por ejemplo con frecuencia están ionizadas y tienen carga negativa, el potasio la tiene positiva, el calcio positiva y bivalente. Los que tienen cargas negativas reciben el nombre de aniones, los que tienen cargas positiva reciben el nombre de cationes. Imaginemos que un anión cloro quiere pasar por la membrana plasmática y como está ionizado implicará un cambio eléctrico en el interior/exterior celular, se generará un flujo de corriente, es decir un flujo de cargas. 3.PERMEABILIDAD Permeabilidad: permite que los especies entran o salgan a través de la membrana plasmática. Si una célula es permeable al sodio significa que puede pasar a través de esta. Hará siempre alusión a la sustancia que es capaz de atravesar o no es capaz de atravesar la membrana. 4.FLUJOS IONICOS

Las distribución iónica va a depender de las cargas iónicas inmóviles. Si hay canales de potasio abiertos en un principio como solo hay agua y proteínas el potasio tendrá tendencia a entrar y así con otros elementos ionizados como sodio, esto ocurrirá hasta que se establezca un equilibrio electroquímico entre el interior y el exterior celular. Si hay más canales de sodio que de potasio entrará menos potasio que sodio, y así hasta que se establezca el equilibrio. En una célula hay iones fijos que son las proteínas. Se puede medir la diferencia potencial entre el interior y exterior celular que puede generar un trabajo, este es la señalización celular. La diferencia de potencial en reposo típicamente es de 90mV, viene determinado por los aniones proteícos. Así la pila celular puede generar el trabajo de comunicación en el cual las células se comunican entre sí. El caso del calcio su concentración dentro es extremadamente bajo en comparación con el que hay exteriormente, eso es porque cuando sube su nivel se activan muchos procesos celulares. 5.GRADIENTE ELECTROQUIMICO Se produce un gradiente electroquímico cuando a través de una superficie que tiene una permeabilidad limitada se puede producir el paso de sustancias por gradiente eléctrico y gradiente químico. Las sustancias pueden entrar y salir de la célula atraídas por dos tipos de fuerzas, concentración o carga. Los canales iónicos, si están abiertos permiten el paso de iones, estos pasaran a través del canal si tienen gradiente electroquímico.

6.CONDUCTANCIA Es la facilidad con la que un ion puede atravesar una membrana. Se expresa con la letra “g” y es inversa de la resistencia. Se produce conductancia porque la membrana es permeable a una determinada sustancia. Si el canal de sodio está cerrado la membrana no tiene permeabilidad al sodio, no habrá conductancia. En condiciones de reposo una célula solo tiene abierta una población de canales de potasio. Aquellos iones para los que no hay permeabilidad, no tienen canal abierto, es como si no existieran. Para que un ion influya sobre la membrana el canal ha de estar abierto para que las cargas fluyan. Cuando se abre una canal, los iones entran y llevan el potencial de membrana a su potencial de equilibrio. Como los otros canales están cerrados es como si no existieran. Si se abren los dos canales, sodio y potasio, se llegara a un consenso, que estará en función de la densidad de cada canal. Se establecerá entre los valores de -90 y +66. Conclusión Las proteínas celulares y los grupos fosfato del ATP y otras moléculas orgánicas tienen carga negativa al pH del citoplasma celular. Estos iones negativos (aniones) están “fijos” dentro de la célula porque no pueden penetrar la membrana plasmática. Como resultado, estos aniones atraen iones inorgánicos con carga positiva (cationes) desde el líquido extracelular, que pueden pasar a través de canales de iones en la membrana plasmática. De esta manera, los aniones fijos dentro de la célula influyen sobre la distribución de cationes inorgánicos (principalmente K +, Na+ y Ca2+) entre los componentes extracelular e intracelular. Dado que la membrana plasmática es más permeable al K+ que cualquier otro catión, el K+ se acumula dentro de la célula más que los otros como resultado de su atracción eléctrica para los aniones fijos. De este modo, en lugar de estar uniformemente distribuida entre los compartimientos intracelular y extracelular, la concentración de K+ se hace más alta dentro de la célula. Como resultado de la distribución desigual de cargas entre el interior y el exterior de las células, cada célula actúa como una pila pequeña con el polo positivo fuera de la membrana plasmática y el polo negativo dentro. La magnitud de esta diferencia de carga, o diferencia de potencial, se mide en voltaje.

Conceptos derivados: 1.POTENCIAL DE MEMBRANA O POTENCIAL DE REPOSO Es el potencial de membrana de las células cuando no están transmitiendo señales, es decir, cuando están en el llamado estado de reposo, de cerca de -90 milivoltios (un signo + ocolocado delante del voltaje siempre indica la polaridad del interior de la célula debido a que cuando una neurona produce un impulso, la polaridad se revierte brevemente). Es decir, el potencial en el interior de la célula o fibra es 90mV más negativo que el del líquido intersticial. En potencial de reposo la célula no está excitada y la membrana es más permeable a K y menos a Na, por lo que en reposo estarán abiertos los canales de K. El potencial de membrana en reposo está cerca del potencial de equilibrio de K, pero es un poco menos negativo debido

a una leve difusión de Na hacia adentro. Las neuronas, las células secretoras y las células musculares pueden cambiar el potencial de membrana. 2.POTENCIAL DE ACCION Se denomina potencial de acción a la onda de descarga eléctrica que viaja a lo largo de la membrana celular modificando su distribución de carga eléctrica 3.POTENCIAL DE EQUILIBRIO El potencial de equilibrio de un ion es el potencial de membrana que estabilizara la concentración del mismo. En otras palabras, sería el voltaje del potencial de membrana si la membrana fuera permeable solo a un ion. Así, el potencial de equilibrio del K seria -90mV, en el cual las concentraciones de K dentro de la célula son de 150mM y fuera de 5Mm, y el potencial de equilibrio del Na seria +66Mv , y las concentraciones estabilizadas serian dentro 12mM de la célula y fuera de la misma 145mM. Es útil conocer los potenciales de equilibrio porque dicen que le sucede al potencial de membrana cuando la membrana plasmática se torna muy permeable a un ion particular.

EQUILIBRIOS DE DONNAN Es el equilibrio que se produce entre los iones que pueden atravesar la membrana y los que no son capaces de hacerlo.

En el interior de la célula existen proteínas (con cargas negativas a pH fisiológico), que no pueden atravesar la membrana ya que la misma es impermeable a la misma. Son moléculas o aniones no difusibles. Como consecuencia, comienza un reordenamiento de aniones difusibles, principalmente cloro y potasio, hacia el lado intracelular para compensar las cargas negativas, pero este flujo de iones aumenta el número de osmolitos (compuestos orgánicos solubles que afectan la ósmosis que desempeñan un papel en el mantenimiento del volumen de célula y el equilibrio fluido) dentro de la célula, lo que provoca movimiento de agua hacia el interior de la

misma. Debido a esto, la concentración de partículas es desigual a ambos lados de la membrana y se establece un gradiente osmótico (con flujo de agua) en dirección hacia el compartimento que contiene proteínas.

Ecuación de Nerst Permite calcular el valor del potencial de equilibrio de cualquier ion....