POTENCIAL DE MEMBRANA

POTENCIAL DE MEMBRANA

Hay potenciales eléctricos en todas las membranas de todas las células del cuerpo; algunas células como las nerviosas y las musculares, son excitables, es decir capaces de auto generar impulsos electroquímicos en sus membranas. En mayor parte de los casos estos impulsos sirven para transmitir señales a lo largo de la membrana. En otros tipos de células, como las glandulares, macrófagos y células ciliadas, es probable que ocurran alteraciones de otro tipo en el potencial de la membrana y esos cambios desempeñan una función significativa en el control de muchas funciones celulares.

Cuando la concentración de potasio es muy alta dentro de la célula y muy baja fuera de ella a esto se le llama permeabilidad selectiva los iones de potasio pero a ningunos más. A causa del enorme gradiente de concentración entre el potasio interior y el exterior, los iones de potasio muestran fuerte tendencia a difundirse hacia fuera. Al difundirse se llevan consigo cargas positivas hacia el exterior generando un estado de electropositividad fuera de la membrana y de electronegatividad en el interior debido a los aniones negativos que no se difunden al exterior junto con el potasio. Esta nueva diferencia de potencial rechaza los iones positivos de potasio en dirección retrograda desde el exterior hacia el interior.

En 1 mseg poco más o menos, el cambio de potencial alcanza la suficiente intensidad para bloquear además la difusión neta de iones de potasio al exterior a pesar de elevado gradiente de concentración. En los troncos nerviosos del mamífero normal la diferencia de potencial que se requiere se aproxima a 94 milivoltios (mV) y en el interior de la membrana es negativo.

Cuando hay una concentración muy baja de iones de sodio fuera de la membrana y una concertación muy baja de sodio en el interior. Estos iones también tienen carga positiva y la membrana es muy permeable al sodio e impermeable a otros iones. La difusión de los iones de sodio hacia el interior genera un potencial de membrana ahora de polaridad opuesta; el lado externo es negativo y el lado interno es positivo. Una vez más los milisegundos el potencial de membrana se eleva lo suficiente para bloquear la difusión neta de iones de sodio hacia el interior; sin embargo, en esta ocasión el potencial delos troncos nerviosos de mamíferos se aproxima a 61mV y el interior de la fibra es positivo.

Esta es la diferencia de concentración de iones a través de una membrana con permeabilidad selectiva puede generar un potencial de membrana en condiciones apropiadas.

CONCENTRACIÓN IÓNICA

El potencial de membrana de una fibra nerviosa gruesa se aproxima a 90 mV cuando no transmite señales. Esto es, el potencial del interior de la fibra es 90 mV más negativo que el del líquido intersticial, en el exterior de la fibra.

La bomba de sodio-potasio está impulsando continuamente sodio al exterior y potasio al interior salen más cargas positivas que las que entran la célula (tres iones de sodio al exterior por cada dos iones de potasio al interior) y de ese modo se genera un déficit neto de iones positivos en el interior, lo que equivales a producir una carga negativa en el interior de la membrana celular.

Esta bomba de sodio-potasio también genera los enormes gradientes de concentración d estos iones a través de la membrana del nervio en reposo. Estos gradientes de concertación son los siguientes:

Na+ (exterior) __________142 meq/L

Na+ (interior) __________ 14 meq/L

K+ (exterior) __________4 meq/L

K+ (interior) __________ 140 meq/L

La relación de ambos iones respecto a sus concentraciones externa e interna es:

Na+ interior / Na+ exterior = 0.1

K+ interior/ K+ exterior = 35.0

Una Catión es un átomo que pierde un electrón y forma un ion de carga positiva y un Anión es un átomo que gana un electrón y forma uno de carga negativa

FACTORES DETERMINANTES

Permeabilidad selectiva de la membrana.

Si colocamos entre dos compartimentos una membrana biológica, la cual sea permeable sólo a los iones K y se agrega una solución de KCl en uno de los compartimentos, los iones K comenzarán a moverse siguiendo su gradiente de concentración.

Como los iones Cl no pueden atravesar la membrana, ésta se carga negativamente de ese lado y positivamente del otro.

Como los iones potasio al quedar del lado positivo se sienten rechazados por esta carga tienden a regresar al compartimiento inicial, se dice que se mueve en contra de su gradiente eléctrico.

Resumiendo:

El movimiento de los iones es en favor de su gradiente químico y en contra del eléctrico.

El movimiento de los iones K continúan hasta equilibrar estas dos fuerzas. Es decir hasta alcanzar el potencial de equilibrio electroquímico para el ion potasio.

Si se determina la diferencia de potencial entre estos compartimentos tendrá un valor de -90 mV Si la membrana celular fuera permeable a un solo ion el potencial de membrana en reposo seria igual al potencial de equilibrio para ese ion. Como la membrana es permeable en diferente grado a los iones K, Na y Cl, el valor del potencial se calcula combinando las cifras de los potenciales de equilibrio para dichos iones de acuerdo con la permeabilidad de la membrana a cada uno. Así el K y el Cl para los cuales la membrana es más permeable, contribuyen m s al potencial de membrana que el Na. Es importante saber que en reposo la membrana es 100 veces más permeable al K y al Cl que al Na.

BOMBAS METABÓLICAS

Otro factor que participa en el mantenimiento del potencial de membrana en reposo es la presencia de bombas metabólicas. Una de las bombas que mantiene el gradiente es la de a/K. Bombas como éstas mantienen una diferencia de concentraciones de los iones porque son electrógenas, ya que sacan tres iones sodio e introducen al citoplasma dos iones K.

El último factor que participa en el potencial de membrana en reposo, pero no por eso el menos importante, es la presencia de proteínas en el citoplasma. Las cuales por ser aniones tan grandes no atraviesan la membrana y contribuyen a mantener la carga negativa del interior.

POTENCIALES ELECTROQUÍMICOS

Los potenciales electroquímicos son los responsables directos que casi todos lo fenómenos eléctricos que tienen lugar en el cuerpo de los animales.

Una neurona está polarizada, es decir, tiene una carga eléctrica negativa en el interior de la membrana celular respecto al exterior. Esto se debe a la libre circulación de iones potasio con carga positiva a través de la membrana celular, y al mismo tiempo, a la retención de moléculas grandes con carga negativa dentro de la célula. Los iones de sodio con carga positiva se mantienen

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