bioelectricidad
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POTENCIAL DE
MEMBRANA
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ESTRUCTURA DE UNA MEMBRANALÍPIDOS:
. Colesterol
. Fosfolípidos
. Esfingolípidos (células nerviosas)
. Glucolípidos ( monocapa externa)
PROTEÍNAS:
. Integrales-perif.
. Canales iónicos
. Receptores, enzimas
. conectoras (cito-esqueleto )
.lipoproteínas
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LA MEMBRANA BIOLÓGICA
CONSTITUCIÓN GENERAL -BICAPA LIPÍDICA :Barreras de PERMEABILIDAD Impermeable a iones (mantienen grandes diferencias de concentración entre exterior e interior.)-CANALES IÓNICOS : Proteínas integrales que sirven como “CONDUCTOS” (actúan como poros) iones atraviesan la membrana según su [ C / x ] (gradiente de concentración). PROPIEDADES: -FLUJOS IÓNICOS : a través de un canal PASIVOS: no requiere de consumo de energía metabólica por los canales.
ACTIVOS: requiere de consumo de energía metabólica por los canales.-PINOCITOSIS: Ingestión de líquidos almacenados en vesículas y luego pasados al citoplasma.
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PERMEABILIDAD SELECTIVA DE LA MEMBRANA
Aunque los CANALES son SELECTIVOS, NO indican el SENTIDO de movimiento iónico. La fuerza impulsora básica es función de la diferencia de concentración iónica y de la PERMEABILIDAD de la membrana Ley de Fick de la difusión:
J = k . D . A . (c / x ) p = k.D / x J = p . A . c
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PERMEABILIDAD Y CONDUCTANCIA
PERMEABILIDAD: Es una propiedad INTRÍNSECA de la membrana. Está dada por la propiedad de la misma en permitir que la atraviese un
ión.
Según la ley de Fick de la difusión P = D/ δ (espesor de la membrana ≈ 100 - 150 angströms )
D = kT/(6 π σ Rhd) . Aquí k es la constante de Boltzman (1,38 .10-23 J/K), T la temperatura absoluta, σ la viscosidad (poise) y Rhd el radio efectivo del
soluto.CONDUCTANCIA: Mide la capacidad del canal para transportar corriente eléctrica, como ésta es equivalente a la corriente iónica, la conductancia.
Ley de Ohm
∆V / R = I
La conductancia eléctrica es la inversa de la resistencia : G = 1/R
∆V . G = I
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Sodio: Na+
Cloruro:Cl-
Potasio: K+
Calcio: Ca++
K+
L.I.C. Na+
Cl–
Ca++
CONCENTRACIONES IÓNICAS CELULARES
L.E.C.
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En el músculo esquelético de un anfibio la velocidad de difusión a través de la membrana celular para el K+ es de alrededor de 10-6 cm / s en tanto que para la del Na+ es aproximadamente de 2 . 10-8 cm / s; la velocidad de difusión del K+ para una capa de agua del espesor de una membrana celular es de 10 cm/s esto es un millón de veces mayor que el valor de la membrana lo que nos da una idea de lo buena barrera que es la membrana celular.
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EQUILIBRIO GIBBS-DONNAN
Supongamos un recipiente con una membrana permeable a sólo un ión, el potasio(membrana de permeabilidad selectiva, como la membrana celular) que lo separa en dos, en el (1) una disolución acuosa diluida del soluto iónico, que difunde a través de la membrana y en el (2) agua pura.
¿Cómo se produce la diferencia de Potencial de Reposo que existe en el interior respecto del exterior celular?
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Membrana permeable sólo al K+
-Diferencias de Concentración iónicas entre LIC y LEC.(C)
-Flujo causado por la C
- Diferencia de energía química entre los dos compartimientos Eq
-Polarización disposición de cargas generadoras de la E:Oposición eléct.
-Diferencias de energía eléctrica entre las dos caras de la membrana (E)
Eel(i-e) = - z . F . Vm(i-e) Eq (i-e)= - R . T . ln ( Ci / Ce )
K+ -
P- + K+
+ K+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
Eel
Equ
(1) (2) (1) (2) (1) (2)
K+ -
P-
K+ -
P-
K+ -
P-
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En el equilibrio el potencial de membrana toma un valor tal que la fuerza que produce la diferencia de energíaeléctrica que actúa sobre el K+ iguala a la fuerza originada por la diferencia de energía química y no hay más flujo neto de este ión.
ECUACION DE NERNST QUE CUANTIFICA EL potencial de equilibrio PARA CADA IÓN
Eq(i-e)= Eq(i-e) ( flujo neto = 0 )
z . F . Vm(i-e) = [ R . T . ln( Ce / Ci) ]
Vm(i-e)= - (RT / z . F). ln Ci / Ce
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Potencial de Equilibrio :La diferencia de potencial que alcanzaría la membrana si se dejase que un ión difundiese a favor de su gradiente químico hasta llegar un momento en que la diferencia de carga creada equilibraría el mismo.
Ec. De Nernst
♠ R constante de los gases; T temperatura absoluta
♠ F constante de Faraday ( 96 500 coulombios / mol de carga )
♠ z carga del ión
Si la membrana es permeable a un único ión, el potencial de equilibrio de éste es el potencial de reposo de la membrana
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Cl-
Cl-
Químico
eléctrico
K+
K+
Químico
Na+
Químico
Na+eléctrico
eléctrico
Todos los iones también hacen su contribución al Vm.
IÓNIÓN [extracelular][extracelular] [intracelular][intracelular] Grad.QuímicoGrad.Químico Grad.eléctr.Grad.eléctr.
NaNa++ 150150 1515 EntrarEntrar EntrarEntrar
KK++ 55 100100 SalirSalir EntrarEntrar
ClCl-- 150150 1313 EntrarEntrar SalirSalir
CaCa++++ 22 0.0020.002 EntrarEntrar EntrarEntrar
G.ElectroquímicoG.Electroquímico
Entrar Entrar E=62 mV E=62 mV
Salir Salir E= -80 mV E= -80 mV
Equil Equil E= -65mV E= -65mV
EntrarEntrar
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ECUACIÓN DE GOLDMAN
• La ecuación de Nernst no se aplica a una especie iónica al mismo tiempo.
• La permeabilidad de las membranas celulares no es la misma para todos los iones.
• Esto lo considera la Ecuación de Goldman-Hodgkin-katz: donde : pión es la permeabilidad iónica; [ión] es la concentración
eCliNaik
iCleNaekm ClpNapKp
ClpNapKpFTR
E].[].[].[].[].[].[
ln..
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100
60
0
-70
-95
V(mV)
(Vm-Ek)
(Vm -Ena)
(Vm-Eca)
Ek=-95 mV
E Na=+60mV
E Ca=100 mV
Vm
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RESUMEN
-El ión K+ es responsable del Vm en reposo .
- Hay una leve permeabilidad de la membrana en reposo al sodio .
-Existe en reposo un flujo neto saliente de potasio y un flujo neto entrante de sodio.
-La Bomba Na-k ATPasa, expulsa 3 Na por cada 2 K que ingresan.
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MODELO ELÉCTRICO DE MEMBRANA
ióniónión
ióniónióniónión
VGi
GiRiV
.
1..
iónE
Vm
ióniónR G
iV1
.
Transmisión local de señales: Propiedades pasivas de membrana
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Ext
Int- - - - - -- - - - -
- - -
+ + + + +
- - - - - -
- - - - -
-
+ + + + +
+ + + + + + + + + +
El circuito se completa con un capacitor la bicapa lipídica actúa como un condensador incompleto ( por las proteínas integrales de la membrana)
Si C = 1 nF: una corriente de 1 nA cambiará al potencial con una tasa de cambio de 1 mV/ms
dt
dQ
dt
dVCm
corriente
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El flujo total de iones de una especie dada, depende del número de canales en la membrana por los que pueda pasar. La corriente total será proporcional a la fuerza total sobre un ión:
GnGt ióniónión
Cada canal iónico responde a la Ley de Ohm
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Respecto al Modelo Eléctrico de Membrana:
El Vm se mantiene en estado estacionario ( sin variación) en el reposo.
El flujo iónico neto ( Iión) transmembrana es CERO.
Entonces: 0 KNaKNa iiii
).().( KKNaNa EVmGEVmG
)(
).().(
NaK
NaNakk
GG
EGEGVm
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FENÓMENOS
ELECTROTÓNICOS
LEC
Monitor de Vm
Gen.
De
Corr. Rm Cm
---
++Itotal= IR + IC
LIC
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Una CORRIENTE CAPACITIVA (Ic) hacia fuera, por ej, añade cargas eléctricas positivas al interior de la membrana y elimina un número igual de cargas positivas del exterior.
La CAPACITANCIA de la membrana tiene como efecto una reducción de la velocidad de cambio del Vm en respuesta a un estímulo eléctrico
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La Constante de tiempo es “el tiempo que se requiere para que el Vm alcance el 63% de su valor máximo” cuando se hace pasar una onda cuadrada de corriente transmembrana
Al cerrarse el circuito, la variación de potencial a cualquier tiempo t será:
Vt = Vmax (1 – e -t/RC).............FASE DE ASCENSO
Al abrirse el circuito,el potencial decae con la misma constante, en la apertura el Vt será
Vt = Vmax (e -t/RC).............FASE DE DESCENSO
CONSTANTE DE TIEMPO (τ)
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CONSTANTE DE ESPACIO ( )
.
La distancia a la cual el potencial ha disminuido al 37% de su valor en el punto de entrada de la corriente define la constante de espacio ().
GENERADOR
AXÓN
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Vm
37%
DISTANCIA
Vmáx
VmáxVmáx. punto de inyección
Vx = Vo . e-x /
Cuando x = , Vx = 0,37. Vo.
rm = Rm /2a y ri = Ri / . A2 rm / ri
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POTENCIAL DE ACCIÓN EN NEURONA
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I (mA)
t (ms)
CORRIENTE TOTAL REGISTRADA POR ESTÍMULO SUPRAUMBRAL
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POTENCIAL LOCAL
POTENCIAL DE ACCIÓN