Permeabilidad de la membrana
La permeabilidad selectiva de las membranas determina qué tipo de sustancias pueden entrar y salir de la célula. El ingreso de sustancias necesarias, el pasaje de agua y la salida de los productos de desecho, se verán posibilitados y regulados por medio de la membrana plasmática.
Los distintos tipos de pasaje a través de la membrana pueden clasificarse en dos grandes grupos. En uno de ellos, los iones o moléculas pequeñas son transportados por las membranas, sin que estas experimenten deformaciones evidentes. En el otro mecanismo, denominado transporte en masa, las macromoléculas o partículas de mayor tamaño son incorporadas a la célula o eliminadas de ella por medio de procesos que incluyen cambios visibles en las membranas.
Permeabilidad de moléculas pequeñas
El pasaje de estas moléculas va a depender de si las mismas se movilizan a favor o en contra de su gradiente de concentración. Cuando lo hagan a favor del gradiente, pasarán en forma pasiva, es decir que no habrá gasto de energía. Si, por el contrario, las moléculas se movilizan en contra del gradiente de concentración será necesario el aporte de energía y el pasaje será activo.
Potencial de acción
El potencial de acción es una despolarización transitoria de la membrana, de manera que el interior de la célula se hace + con respecto al exterior, que es -.
¿Cómo ocurre? Aparte de los canales de Na+ por los que difunde el Na+ siguiendo el gradiente electroquímico, hay otros canales de Na+ voltaje-dependientes, que sólo se abren cuando la célula se despolariza (debido a alguna señal externa: unión de un neurotransmisor a un receptor de membrana, por ejemplo). Cuanto más se despolarice la célula, mayor número de estos canales se abrirán: se produce una retroalimentación positiva, lo que hace que el aumento de Na+ en el interior sea “explosivo”. Al abrirse los canales de Na+ la célula se despolariza un poco (además sigue saliendo K+ que lo contrarresta), pero despolarizaciónes pequeñas producen grandes aumentos de PNa (o sea, se abren más canales) cuando la despolarización sobrepasa un valor umbral, la permeabilidad al Na+ aumenta lo suficiente para permitir que los iones Na+ entren más deprisa de lo que salen los iones K+, la célula se despolariza más, se abren más canales, y el ciclo se repite.
La PNa aumenta múchísimo (unas mil veces) y se hace mayor que PK (PNa > PK). Esto hace que el Vm pase a ser de unos + 50 mV en el pico del potencial de acción (se acerca al ENa = + 55 mV, pero no llega a ese valor debido al flujo de K+ al exterior).
Pronto la PNa disminuye y se restablecen nuevamente los valores de reposo, la célula se repolariza.
Hay dos procesos que repolarizan la membrana:
- apertura de canales de K+ voltaje- dependientes. Se abren con la despolarización, pero con un cierto retraso.
- Inactivación de los canales de Na+.
Existe un tiempo entre dos potenciales de acción en el que la célula es inexcitable: período refractario. Que puede ser absoluto (excitación imposible) o relativo (posible, pero se necesita una mayor despolarización, ya que la célula se encuentra ligeramente hiperpolarizada).
contrario, los potenciales de acción son activos, no se disipan y tienen una amplitud constante (la duración es también bastante constante, alrededor de 1 mseg).
En el mantenimiento de las propiedades eléctricas de las células excitables es fundamental el funcionamiento de la bomba de Na-K. Gracias a ella se mantiene el Vm y se produce la repolarización después de cada potencial de acción. La cantidad de Na+ y K+ necesarios para producir un sólo potencial de acción es de 3pmoles/cm2 de membrana, lo que representa el movimiento de 2.000.000.000.000 de iones (2 x 1012). Cada canal puede transportar alrededor de 100.000.000 iones/seg. (1 x 108).
Por lo tanto, para mantener la capacidad de generar potenciales de acción, las baterías iónicas deben de ser recargadas continuamente por la bomba de Na-K.
Cuando, por ejemplo, se presiona contra el borde de una silla, puede que se nos “duerma” la pierna: ello parece que se debe a la disminución de los gradientes iónicos, debido a la falta de riego sanguíneo.
Canales
Los canales iónicos son proteínas transmembrana que permiten el paso selectivo de iones específicos cuando de abren. El paso de iones tiene lugar cuando la estructura molecular lo permite.
Los canales se pueden encontrar:
Ø Cerrados: no permiten el paso de los iones, pero son susceptibles de ser abiertos en respuesta a un estímulo
Ø Abiertos (o acivados): permiten el paso de los iones
Ø Inactivados: cerrados y no susceptible de abrirse en respuesta a un estímulo
CANAL DE POTASIO
Cuando se abre el canal de potasio el potencial de la membrana se hace más negativo (hiperpolarización).
El potasio está más concentrado en el interior de la célula, por ese motivo cuando se abren canales de potasio este ion tiende a salir por gradiente de concentración. Esto extrae cargas eléctricas positivas del interior de la célula, y deja el potencial de ésta más negativo. El potencial de equilibrio del potasio es de aproximadamente –100 mV, y cuando aumenta la permeabilidad a este ión el potencial de la membrana se acerca a este potencial de equilibrio.
CANAL DE SODIO
La apertura del canal de sodio lleva el potencial de membrana a un valor muy positivo (+66 mV). El sodio tiende a entrar en la célula por gradiente de concentración y por atracción electrostática, con lo que introduce en la célula cargas positivas y produce depolarización. Durante el potencial de acción, la apertura de los canales de sodio dependientes de voltaje hace que el potencial de la membrana se haga positivo (+30 mV), aunque en este caso queda algo más bajo que el potencial de equilibrio del sodio, porque los canales están abiertos durante un tiempo muy corto y no da tiempo a que se equilibren las cargas.
CANAL CATIÓNICO
En muchas células existen canales catiónicos inespecíficos, que permiten el paso de todos los iones positivos (sodio, potasio, calcio) y excluyen a los negativos. Estos canales también producen depolarización. Cuando se abren estos canales se produce al mismo tiempo entrada de sodio y salida de potasio, pero la entrada de sodio es mayor que la salida de potasio, y se produce una entrada neta de cargas positivas en la célula, lo que produce depolarización. Cuando se abren estos canales el potencial de la membrana tiende a 0 mV, que está aproximadamente en el punto medio entre el potencial de equilibrio del sodio y del potasio.
CANAL DE CALCIO
El calcio está más concentrado fuera de la célula que dentro, por ese motivo este ión tiende a entrar en la célula, y los canales de calcio producen depolarización cuando se abren, lo mismo que sucedía con los canales de sodio. La depolarización que producen los canales de calcio es menos acentuada que la producida por los canales de sodio, porque la concentración extracelular de calcio (3 mM) no es tan grande como la concentración extracelular de sodio (145 mM).
Estos canales de calcio, además de producir depolarización, hacen que aumente la concentración intracelular de calcio, lo que constituye una señal para la activacion de muchas funciones celulares.
CANAL DE CLORO
La apertura del canal de cloro cambia muy poco el potencial de la membrana. Esto es debido a que el potencial de equilibrio del cloro está muy cerca del potencial de reposo. El cloro es un ión negativo, y el potencial negativo de la membrana tiende a impedir la entrada en la célula de este ión. Esta fuerza electrostática se equilibra casi exactamente con el gradiente de concentración, que tiende a introducir cloro en la célula. Cuando se abren canales de cloro no se produce entrada ni salida neta de este ión y el potencial de membrana casi no se modifica.
Sin embargo los canales de cloro tienen un importante efecto sobre el mecanismo de la transmisión sináptica. Pruebe en la simulación a activar al mismo tiempo el canal de cloro y el canal catiónico o el canal de sodio. Observe que en este caso la depolarización que se produce es menor que cuando el canal de cloro está cerrado. Durante la depolarización se produce la entrada en la célula de cargas negativas por el canal de cloro, lo que equilibra la entrada de cargas positivas (sodio) por el otro canal. Es decir, el canal de cloro atenúa el efecto excitador de otros canales.
Por este motivo ciertos neurotransmisores inhibidores como el GABA o la glicina actúan activando canales de cloro en la membrana de las neuronas.
Los transportadoras son proteínas que cambian de forma para dar paso a determinados producto.
Referencias
http://www.culturacientifica.org/textosudc/fisio_xeral_tema_3.pdf
