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Tema 7 Potencial de reposo 7.1. Potencial de membrana Potencial de membrana es la diferencia de carga eléctrica o voltaje que existe en una neurona a ambos lados de su membrana. Será distinto según el momento fisiológico y la región de la neurona. Gracias al uso del voltímetro se ha podido medir las diferencias de carga eléctrica; se descubrió que cuando no se transmitía ninguna información relevante el voltímetro marcaba -65/-70 mV (difiere con el tipo de célula; puede ser también 80 en algunas) por lo que a esto se le denomina potencial de reposo. Así que el interior de la neurona es negativo respecto al exterior. Pero además se descubrió que las células son excitables ya que al estimular la neurona su valor de potencial cambia, a lo que se le denomina potencial de acción.

7.2. Distribuciones iónicas a través de la membrana. Canales y bombas. Potenciales de equilibrio iónico. La neurona: - El medio externo neuronal y citosol de la neurona son muy ricos en agua por lo que la mayoría de moléculas están en forma iónica; con carga eléctrica. - En las neuronas hay gradientes de concentración o diferencias de concentración para un ión entre el interior y el exterior (más concentrado dentro que fuera o al revés). - En el interior; grande aniones, mucha cantidad de potasio (más que fuera de la neurona) - Fuera de la neurona; sodio, calcio y cloro. - Dentro de la neuronas producen movimiento de estos iones: dependen de la permeabilidad de la membrana (cambia con el estado), gradiente  de concentración (“fuerza que empuja” es la concentración dentro y fuera de la neurona ) y electricidad del ion. - La membrana es semipermeable. - Transporte pasivo; proteínas de canal o canales. Dejan en su interior un canal acuoso (selectivo) - Bombas que realizan el transporte activo (gastan atp)

1. Permeabilidad de la membrana Difusión simple Muy pocas moléculas pueden atravesar la membrana por la bicapa lipídica. Las moléculas que lo hacen han de ser siempre pequeñas y no polares (apolares) o por lo menos si son polares que no tengan carga eléctrica (que no estén en forma de ión).

A) Canales de transporte pasivo: canales iónicos. Entre 4 y 6 unidades polipeptídicas distribuidas de forma que en su interior hay un canal de agua/acuoso (con unas características específicas de diámetro y carga). Son muy selectivos, ya que solo dejan pasar los iones con un tamaño y carga apropiados al tamaño y carga del canal; la mayoría son específicos para un ion, aunque a veces dejan pasar dos similares. Podemos diferenciar entre dos tipos de canales: ● No regulados: solo tienen un estado abierto. Únicos abiertos durante el potencial de reposo. Los más conocidos son los canales de fugas para el potasio, y tenemos menos para el cloro y pocos para el sodio y calcio ( Na+ , K+, Cl−, Ca2+). Dependen del gradiente electroquímico

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Los regulados; mínimo 2 estados; algunos tienen 3. Cerrado/abierto y el tercero sería el estado inactivo. Este estado sería el de recuperación (no responden a ningún estímulo para abrirse). Según lo que regula su estado diferenciamos 2 tipos de canales regulados: - Canales regulados por ligando; la apertura o cierre está regulado por el hecho de que se ligue a este canal una molécula, normalmente un neurotransmisor. La proteína tiene uno o más lugares donde se une el neurotransmisor. Se encuentran en la zona receptora. - Canales regulados por voltaje; los abre un cambio en el potencial de membrana. Se sitúan en la membrana: desde el cono hasta los botones terminales. - Inactivos: necesitan un tiempo para recuperarse y no se pueden volver a abrir, aunque se alcance el nivel de mV.

Todos los canales para el Na+ son regulados la neurona normalmente es impermeable al Na+, a no ser que la llegada de un neurotransmisor o un cambio de voltaje le abra el canal.

B) Bombas Este tipo de proteínas tiene un transporte activo, es decir, que consume ATP. Bomba de sodio y potasio y bomba de calcio. Estas bombas dependen del gradiente y la electricidad. Si hay gradiente se dará lugar a un proceso llamado difusión: de donde están más concentrados a donde están menos concentrados. También influye la carga eléctrica. La neurona tiene un dipolo. Ánodo atrae a los iones negativos (aniones) y viceversa. ● Bomba de sodio-potasio (Na+-K+): cada vez que actúa gasta 1 ATP y entra 2 potasios a la neurona y saca 2 sodios (en contra de su tendencia natural). ● Bomba de calcio: saca calcio de la neurona y cada vez gasta 1 ATP. 2. La difusión o gradiente de concentración Las diferencias de concentración entre el interior y el exterior (a los dos lados de la membrana neuronal). Cuando hay diferencias se dice que tiene un gradiente de concentración. En el exterior nos encontramos Na+, Cl- y una concentración mucho más elevada de Ca2+ y en el interior K+ y moléculas de gran tamaño también llamados grandes aniones (la mayoría proteínas sintetizadas por la neurona que en el interior adquieren carga negativa). - Los grandes aniones; no pueden abandonar la neurona por su gran tamaño, y son los principales responsables de que el potencial de reposo sea negativo. - Sodio y calcio  tienen carga positiva; por ambas razones tienden a entrar. Pero durante el potencial de reposo no hay canales abiertos para el sodio y el calcio. Tendrá que producirse la llegada de un neurotransmisor. - El Potasio por gradiente tiende a salir y por carga a entrar. Canales para el potasio llamados de fuga: sale. Se fugan pocos y a poca distancia. Cada ión que sale modifica el gradiente eléctrico de la neurona y su gradiente de concentración (de sí mismo). Solo se fugan aquellos que están muy cerca de los canales de fuga. Membrana suficientemente fina para que habrá una carga de atracción entre el potasio (fuera) y las cargas negativas de (dentro). Dipolo. Una de las causas principales por lo que el potencial de reposo es negativo con respecto al exterior. -El Cloro: carga eléctrica negativa; tiende a salir y por gradiente de concentración a entrar. Son equivalentes en carga. El cloro se da un paseillo. Conductancia inversamente proporcional a la resistencia.

Difusión: proceso por el cual las moléculas de soluto se distribuyen homogéneamente en el medio en que se encuentran (disolvente) de donde están más concentradas a donde lo están menos, hasta que se igualen las concentraciones (a favor de gradiente de concentración) GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN = GRADIENTE QUÍMICO El movimiento de los iones depende de varias cosas, por ejemplo, temperatura, si mezclamos... Para que los iones puedan entrar o salir de la neurona necesitamos que: 1. La membrana sea permeable a los iones haya canales abiertos. 2. Exista un gradiente de concentración a través de la membrana.

3. La electricidad Los iones tienen carga eléctrica y la membrana tiene un voltaje -> tenemos un dipolo eléctrico dentro de la membrana: polo negativo o cátodo (atrae iones con carga +, cationes y repele los iones de carga -) / fuera de la membrana: polo positivo o ánodo (atrae iones con carga -, aniones, y repele iones de carga +). Los grandes aniones del interior son proteínas sintetizadas por la neurona, y en el interior adquieren carga negativa. Su tamaño es demasiado grande para que puedan abandonar la neurona por los canales. Esta es una de las principales causas de que el interior sea negativo respecto al exterior. - El K+ por difusión (gradiente químico) tiende a salir hasta igualar las concentraciones. Por carga eléctrica (gradiente eléctrico) se siente atraído por el polo - y el polo + le repele, por tanto, se queda dentro. El potasio tiene varios canales de fuga (no regulados, siempre abiertos) El potasio depende del gradiente con más fuerza (entra o sale). El gradiente de concentración del K+ tiene un poco más de fuerza que el eléctrico, de manera que un poco de potasio saldrá (se fugará) de la neurona (la diferencia es poca). Gradiente eléctrico + Gradiente químico = Gradiente electroquímico El gradiente electroquímico del potasio es pequeño por la poca diferencia, por lo tanto, solo se pueden fugar de la neurona aquellos K+ próximos a los canales de fuga. Cada ion que se mueve (entra o sale) modifica el gradiente electroquímico. Si se fugan K+ el gradiente electroquímico disminuye. ● Como más desiguales sean las concentraciones; gradiente eléctrico menor, gradiente químico mayor.

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Como más iguales sean las concentraciones gradiente eléctrico mayor, gradiente químico menor. Como la membrana es muy fina habrá una atracción electroestática entre las cargas negativas en exceso del interior y las positivas del exterior. o Polo negativo en el interior o Polo positivo en el exterior Se crea un DIPOLO - El Na+ por gradiente de concentración entra, por gradiente eléctrico entra (se siente atraído por el polo negativo) -> Por gradiente electroquímico entra. En reposo NO hay canales abiertos para el sodio (la membrana no es permeable, ya que la mayoría de canales para el Na+ son regulados). Por tanto el sodio se encuentra fuera esperando a que llegue un neurotransmisor (ligando) que abra canales o a que se produzca un cambio en el voltaje de la neurona. - El Cl- por gradiente de concentración entra, por gradiente eléctrico sale.SÍ hay canales de fuga para el cloro. Los dos gradientes son muy equivalentes en fuerza (no son estables, cada ion que se mueve los modifica). El movimiento del cloro depende del gradiente con más fuerza. -

El Ca2+ por gradiente electroquímico quiere entrar, pero los canales para calcio son regulados por ligando o por voltaje, no hay de fuga, así que se encuentra fuera esperando a que venga un neurotransmisor (ligando) o se produzca un cambio de voltaje. Cuando los iones se mueven (entran o salen de la neurona) generan electricidad. Decimos que la información en la neurona es de naturaleza electroquímica. La corriente eléctrica que se genera (se mide en A, amperios), según la Ley de Ohm depende de 2 cosas: - Del potencial de membrana (o voltaje). Si es de -70mV o de -30mV se atraen con más fuerza las cargas positivas cuando sea -70mV. Si es de 0 mV no hay polos y no se atraen los iones. - La conductancia de la membrana viene determinada por el número de canales abiertos, contra más canales, menos resistencia de la membrana (es inversamente proporcional a la resistencia de membrana). Para que el potencial de membrana de reposo sea de -70mV/-65mV contribuyen todos los iones, pero algunos mucho más que otros. Se puede calcular cuánto contribuye cada ion al valor del potencial de membrana (en reposo y en acción) mediante una fórmula ECUACIÓN DE NERST (mediante la cual obtenemos el valor del potencial de equilibrio iónico para cada ion). Es un valor teórico basado en una premisa falsa: pensar que la membrana solo es permeable a ese ion para el cual lo estamos calculando. Ej: - Calcula si solo fuera permeable al K+ qué valor tendría que tener el potencial de membrana para contrarrestar (anular) la fuerza del gradiente químico del K+ para que los 2 gradientes (químico y eléctrico) estén en equilibrio tendríamos que hacer un poco más grande el gradiente eléctrico, ya que el químico del potasio es un poco más fuerte. Si el potencial de membrana fuera -80mV no se produciría la fuga de K+.

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Na+ el potencial de membrana tendría que ser de +62mV, para hacer positivo el interior respecto el exterior. (El potasio y el sodio son los dos iones que más contribuyen). Como el potencial de reposo es más parecido al del K+, quiere decir que en reposo es más permeable al K+ (es el ion que más contribuye) y es un poco permeable al sodio. Cuando se produce un potencial de acción la membrana es muy permeable al Na+ y muy poco al K+. Ley de Ohm: I= gV Conductancia que se mide en ohms. Más canales > más conductancia

Potenciales de equilibrio iónico (constructo teórico) Se calcula para cada ión y tiene una premisa falsa (ya que es teórico); no tiene lugar de verdad en la neurona; se piensa que la membrana solo es permeable a ese ión. Es decir en este constructo teórico planteamos que en la suposición del potasio la membrana solo es permeable a este. > Nos sirve para averiguar cuánto participa/contribuye el ión en el potencial de membrana. Se calcula usando la ecuación de Nerst. Para saber en qué momento está en equilibrio un ión lo que buscamos es el valor en el que las dos fuerzas (la que le hace entrar y la que le hace salir) se contrarrestan. El valor del potencial de membrana que haga el equilibrio de la concentración es -80 mV -Ejemplo del potasio: buscar ejemplo. -80 mV -Ejemplo del sodio: Buscar valores teóricos para alcanzar la concentración en equilibrio. +62 mV La membrana es más permeable al potasio porque el potencial de concentración del potasio se parece más al de reposo que el del sodio. Apenas hay canales de fuga para el sodio En el potencial de acción es más permeable al sodio y en el de reposo más al potasio.

7.3. Cómo mantenemos el potencial de reposo. Distintos factores: - Grandes aniónes - Fuga de potasio - Regulación del potasio por los astrocitos y la barrera hematoencefálica. - Bomba de sodio y potasio. Transporte activo > consumen ATP. Transporte en contra de gradiente. Saca el sodio y entra el potasio ( en contra de sus gradientes). Entra dos potasios y saca tres sodios: tiene 3 funciones: 1. Genera y mantiene los gradientes de concentración del sodio. 2. Genera y mantiene los gradientes de concentración del potasio 3. Genera y mantiene el valor del potencial de membrana de reposo. El interior es negativo respecto al exterior....