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Excitabilidad de la célula
La excitabilidad: Es una propiedad de los sistemas biológicos y se define como la capacidad que tienen la mayoría de las células mayoría aplica un estímulo. de nuestro cuerpo de responder cuando se les
- El sistema nervioso, los músculos y las glándulas de nuestro cuerpo son células excitables. La excitabilidad celular depende, entre otras cosas, de la existencia de diferentes concentraciones de iones de sodio, calcio, potasio, cloro a ambos lados de la membrana celular y de la capacidad de transporte activo y pasivo de estos iones, a través de estas membranas.
Un papel importante lo juegan algunas proteínas intrínsecas que atraviesan la membrana celular, conocidas como canales iónicos, a través de los cuales se mueven iones positivos y negativos que producen corrientes iónicas, que generan al igual que los cables eléctricos una corriente que se conduce rápidamente por las membranas de las células, conocido como potencial de acción.
Tenemos en la piel receptores que responden a diferentes estímulos: dolor, frio, calor, tacto etc. Estos receptores al activarse generan un potencial de acción (corrientes eléctricas) que se conducen hasta el cerebro y es cuando entonces, tu puedes interpretar lo que te está sucediendo.
Por ejemplo si alguien se lastima con un alfiler el dedo índice de la mano izquierda, rápidamente se generan estas corrientes eléctricas o potenciales de acción que viajan por las neuronas desde el dedo índice hasta el cerebro y es cuando tu evocas rápidamente la respuesta i Me estás pinchando el dedo! y puedes decir que dedo y ubicar en que parte del dedo es que te duele más.
El sistema nervioso es un tejido excitable por excelencia que responde ante olfato), lumínicos la aplicación de diferentes estímulos: químicos (gusto y térmicos (frio, calor) entre (visión), sonoros (audición), mecánicos (tacto), térmicos otros.
Los músculos que conforman nuestro cuerpo (músculo estriado) se activan eléctricamente cuando se excitan, luego se contraen y caminamos; los que revisten las vísceras (músculo liso) cuando se contraen, producen la peristalsis (que hace que el alimento se mueva hasta el ano)
El corazón (músculo estriado) que al contraerse funciona como una bomba, expulsando la sangre con nutrientes y oxígeno a los diferentes tejidos del cuerpo.
Las glándulas son también células excitables que cuando se activan producen una respuesta. Por ejemplo, la secreción salival aumenta cuando llega alimento a la boca facilitando la digestión de los alimentos
Las glándulas sudoríparas se activan cuando estamos en un lugar caliente con el fin de perder calor y de esa forma regular la temperatura.
Potenciales de membrana y potenciales de acción
- Hay potenciales eléctricos a través de las membranas de prácticamente todas las células del cuerpo. Algunas células, como las células nerviosas y musculares, generan impulsos electroquímicos rápidamente cambiantes en sus membranas, y estos impulsos se utilizan para transmitir señales a través de las membranas de los nervios y de los músculos.
En otros tipos de células, como las células glandulares, los macrófagos y las células ciliadas, los cambios locales de los potenciales de membrana también activan muchas de las funciones de las células.
Física básica de los potenciales de membrana
Potenciales de membrana provocados por concentración de iones
Diferencias a través de una membrana permeable selectiva
A la concentración de potasio es grande dentro de la membrana de una fibra nerviosa, pero muy baja fuera de esta.
Consideremos que en este caso la membrana es permeable a los iones potasio, pero no a ningún otro ion.
Debido al gran gradiente de concentración de potasio desde el interior hacia el exterior hay una intensa tendencia a que cantidades adicionales de iones potasio difundan hacia fuera a través de la membrana.
A medida que lo hacen transportan cargas eléctricas positivas hacia el exterior, generando de esta manera electro positividad fuera de la membrana y electronegatividad en el interior debido a los aniones negativos que permanecen detrás y que no difunden hacia fuera con el potasio.
En un plazo de aproximadamente 1 ms la diferencia de potencial entre el interior y el exterior, denominada potencial de difusión, se hace lo suficientemente grande como para bloquear la difusión adicional neta de potasio hacia el exterior, a pesar del elevado gradiente de concentración iónica de potasio.
En la fibra nerviosa normal del mamífero la diferencia de potencial es de aproximadamente 94 mV, con negatividad en el interior de la membrana de la fibra.
Fisiología celular
viernes, 16 de febrero de 2024 07:09 a. m.
Con una concentración elevada de iones sodio fuera de la membrana y una concentración baja de iones sodio dentro.
- Estos iones también tienen carga positiva. Esta vez la membrana es muy permeable a los iones sodio, aunque es impermeable a todos los demás iones.
La difusión de los iones sodio de carga positiva hacia el interior crea un potencial de membrana de polaridad opuesta al de la de de K con negatividad en el exterior y positividad en el interior.
Una vez más el potencial de membrana se hace lo suficientemente elevado en un plazo de milisegundos como para bloquear la ulterior difusión neta de iones sodio hacia el interior.
Sin embargo, esta vez, en la fibra nerviosa del mamífero, el potencial es de aproximadamente 61 mV positivos en el interior de la fibra.
La ecuación de Nernst describe la relación del potencial de
difusión con la diferencia de concentración de iones a través de
una membrana
El nivel del potencial de difusión a través de una membrana que se opone exactamente a la difusión neta de un lon particular a través de la membrana se denomina potencial de Nernst para ese lon
La magnitud del potencial de Nernst viene determinada por el cociente de las concentraciones de ese lon especifico en los des lados de la membrana.
Cuanto mayor es este cociente, mayor es la tendencia del lon a difundir en une dirección por tanto, mayor será el potencial de Nernst necesario para Impedir la difusión neta adicional.
Se puede utilizar la siguiente ecuación, denominada ecuación de Nernst, para calcular el potencial de Nernst para cualquier ion univalente a la temperatura corporal normal (37)
- Donde FEM es la fuerza electromotriz y z es la carga eléctrica del ion (p. e).. +1 para K Cuando se utiliza esta fórmula habitualmente se asume que el potencial del líquido extracelular que está fuera de la membrana se mantiene a un nivel de potencial cero, y que el potencial de Nemst es el potencial que está en el Interior de la membrana
Además, el sig el signo del potencial es positive (+) si el lon que difunde desde el Interior hacia el exterior es un lon negativo, y es negativo (-) si el lon es positivo. Asi, cuando la concentración de lones potasio positivos en el Interior es 10 veces mayor que la del exterior, el logaritmo de 10 es 1, de modo que se calcula que el potencial de Nernst es de-61 mV en el interior de la membrana.
La ecuación de Goldman se utiliza para calcular el potencial de
difusión cuando la membrana es permeable a varios iones
diferentes
Cuando do una membrana es permeable a varios lones diferentes, el potencial de difusión genera depende de tres factores: que se
- la polaridad de la carga eléctrica de cada uno de los iones.
- la permeabilidad de la membrana (P) a cada uno de los lones.
- las concentraciones (C) de los respectivos lones en el interior (i) y en el exterior (e) de la membrana. Así, la fórmula siguiente, que se denomina ecuación de Goldman o ecuación de Goldman- Hodgkin-Katz, da el potencial de membrana calculado en el interior de la membrana cuando participan dos lones positivos univalentes, sodio (Na+) y potasio (K+), y un lon negativo univalente, cloruro (CI).
Contribución del potencial de difusión de potasio
Partimos del supuesto de que el único movimiento de iones a través de la membrana es la difusión de iones potasio, como muestran los canales abiertos entre los símbolos del potasio (K+) en el interior y el exterior.
Debido al elevado cociente de los iones potasio entre el interior y el exterior, 35:1, el potencial de Nernst que corresponde a este cociente es de - 94 mV porque el logaritmo de 35 es 1,54, y 1,54 multiplicado por-61 mV es - 94 mV.
Por 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 sería igual a - 94 mV.
Contribución de la difusión de sodio
La ligera permeabilidad de la membrana nerviosa a los iones sodio, producida por la minúscula difusión de estos a través de los canales de fuga de K+-Na+.
El cociente de los iones sodio desde el interior hasta el exterior de la membrana es de 0,1, lo que da un potencial de Nernst calculado para el interior de la membrana de +61 mV.
- El potencial de Nernst para la difusión de potasio es de - 94 mV. ¿Cómo interaccionan entre sí y cuál será el potencial resultante? se puede responder utilizando la ecuación de Goldman.
En la fibra nerviosa normal la permeabilidad de la membrana al aproximadamente 100 100 veces mayor que la permeabilidad potasio es sodio. Utilizando este valor en la ecuación de Goldman se obtiene un potencial en el interior de la membrana de - 86 mV, que es próximo al potencial del potasio.
Contribución de la bomba Na + - K+
- La bomba Na + - K+ proporciona una contribución adicional al potencial en reposo. Se produce un bombeo continuo de tres iones sodio hacia exterior por cada dos iones potasio que se bombean hacia interior de la membrana.
El bombeo de más iones sodio hacia el exterior que el de ior potasio hacia el interior da lugar a una pérdida continua de cart positivas desde el interior de la la membrana para generar gra un adicional de negatividad (aproximadamente - 4 mV más) en interior además del que se puede explicar por la difusión manera aislada.
El potencial de membrana neto cuando actúan todos est mecanismos a la vez es de aproximadamente - 90 mV.
En resumen, los potenciales de difusión aislados que produce difusión del sodio y del potasio darían un potencial de membra de aproximadamente - 86 mV, casi todo determinado por difusión de potasio.
Además, se generan - 4 mV adicionales al potencial de membra por la acción continua de la bomba de Na
- K+ electróge generándose un potencial neto de membrana de-90 mV.
K (exterior): 4 mEq/l K (interior): 140 mEq/l
Potencial de acción de las neuronas
Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción que son cambios rápidos del potencial de membrana que se extienden rápidamente a lo largo de la membrana de la fibra nerviosa.
Cada potencial de acción comienza con un cambio súbito desde el potencial de membrana negativo en reposo normal hasta un potencial positivo y termina con un cambio casi igual de rápido de nuevo hacia el potencial negativo.
Para conducir una señal nerviosa el potencial de acción se desplaza a lo largo de la fibra nerviosa hasta que llega a su extremo.
Los cambios que se producen en la membrana durante el potencial de acción, con la transferencia de las cargas positivas hacia el interior de la fibra en el momento de su inicio y el regreso de las cargas positivas al exterior al final.
Los cambios sucesivos del potencial de membrana durante unas pocas diezmilésimas de segundo, ilustrando el inicio explosivo del potencial de acción y la recuperación, que es casi igual de rápida
Las sucesivas fases del potencial de acción
Fase de reposo
- La fase de reposo es el potencial de membrana en reposo antes del comienzo del potencial de acción. Se dice que la membrana está <<polarizada» durante esta fase debido al potencial de membrana negativo de - 90 mV.
Fase de despolarización
- En este momento la membrana se hace súbitamente muy permeable a los iones sodio, lo que permite que un gran número de iones sodio con carga positiva difunda hacia el interior del axon.
El estado «polarizado>> normal de - 90 mV se neutraliza inmediatamente por la entrada de iones sodio cargados positivamente, Y el potencial aumenta rápidamente en direccion positiva, proceso denominado despolarización. un
En las fibras nerviosas grandes el gran exceso de iones sodio positivos que se mueven interior hace que el potencial de membrana realmente se «sobreexcite>> más allá del nivel cero y que se haga algo
Cuando el potencial de membrana se hace menos negativo que durante el estado de reposo, aumentando desde - 90 mV hacia cero, finalmente alcanza un voltaje (habitualmente algún punto entre - 70 y - 50 mV) que produce un cambio conformacional súbito en la activación de la compuerta, que bascula totalmente hasta la posición de abierta.
Durante este estado activado, los iones sodio pueden atravesar el canal, aumentando la permeabilidad de la membrana al sodio hasta 500 a 5.000 veces.
Inactivación del canal de sodio El mismo aumento de voltaje que abre la compuerta de activación también cierra la compuerta de inactivación.
La compuerta de inactivación, se cierra algunas diezmilésimas de segundo después de que se abra la compuerta de activación.
Es decir, el cambio conformacional que hace bascular la compuerta de inactivación hacia el estado cerrado es un proceso algo más lento que el cambio conformacional que abre la compuerta de activación.
Después de que el canal de sodio haya permanecido abierto durante algunas diezmilésimas de segundo se cierra la compuerta de inactivación y los iones sodio ya no pueden pasar hacia el interior de la membrana.
En este punto el potencial de membrana comienza a recuperarse de nuevo hacia el estado de membrana en reposo, lo que es el proceso de repolarización.
Otra característica importante de la inactivación del canal de sodio es que la compuerta de inactivación no se abre de nuevo hasta que el potencial de membrana se normaliza o casi a valores de reposo. Por tanto, en general el canal de sodio no se puede abrir de nuevo sin que antes se repolarice la fibra nerviosa
Canal de potasio activado por el voltaje Durante el estado de reposo la compuerta del canal de potasio está cerrada, lo que impide que los iones potasio pasen a través de este canal hacia el exterior. Cuando el potencial de membrana aumenta desde - 90 mV hacia cero, este voltaje produce una apertura conformacional de la compuerta y permite el aumento de la difusión de potasio hacia fuera a través del canal.
- Sin embargo, debido a la ligera demora de la apertura de los canales de potasio, en su mayor parte, se abren al mismo tiempo que están comenzando a cerrarse los canales de sodio debido a su inactivación.
- Por tanto, la disminución de la entrada de sodio hacia la célula y el aumento simultáneo de la salida de potasio desde la célula se combinan para acelerar el proceso de repolarización, lo que da lugar a la recuperación repolarización, completa del potencial de membrana en reposo en otras pocas diezmilésimas de segundo.
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