Biopotenciales:
Potencial de membrana y
Potenciales de acción
Patricio Orio Álvarez Dpto. de Neurociencia
Agosto 2012
2012
• Efectos de la electricidad:
▫ Electrocución
▫ Defibrilación
▫ Electroshock (Terapia electroconvulsiva)
• Medición de la electricidad en nuestro cuerpo:
▫ Electroencefalograma
▫ Electrocardiograma
▫ Electromiograma
• Algunos mitos urbanos
▫ Falta de potasio Calambres?
¿Electricidad en nuestro cuerpo?
2012
Galvani describió, entre los resultados de muchos experimentos con piernas
de rana, la todavía más sorprendente observación de que las piernas se contraían cuando un arco formado por dos metales en serie tocaba simultáneamente los nervios de las piernas y la médula espinal
2012
2012
1. La actividad eléctrica en las neuronas se debe al
movimiento de iones a través de la membrana celular.
• El potencial de la membrana está determinado por el equilibrio de las permeabilidades a distintos iones. 2. El potencial de acción se produce por aumentos –
desfasados en el tiempo– de la permeabilidad de la membrana al sodio y al potasio.
• Se puede ‘reconstruir’ el potencial de acción
entendiendo cómo la permeabilidad al sodio y el potasio depende, a su vez, del potencial de membrana.
3. La propagación de los potenciales de membrana puede ser activa o pasiva.
• Sólo la propagación activa del P.A. puede llegar a grandes distancias.
Mensajes de la Clase
2012
2012
Neurociencia II - Psicología UV
Electricidad
+ +
+ +
+
a. Corriente eléctrica
Movimiento de partículas cargadas eléctricamente
b. Partículas cargadas
Iones en solución acuosa (K+, Na+, Cl-,…), electrones
c. Voltaje (o diferencia de voltaje)
2012
Neurociencia II - Psicología UV
Electricidad
a. Corriente eléctrica (I) b. Partículas cargadas
c. Voltaje (o diferencia de voltaje) (V) d. Resistencia (R)
Es una propiedad del medio por donde circulan las cargas Determina la cantidad de corriente que se puede producir
e. Conductancia (G)
Inverso de la conductancia (G = 1/R)
V
R I
R I
V
Ley de Ohm
2012
La Membrana Celular
2012
Neurociencia II - Psicología UV
Membrana Celular
Exterior
Interior
Sodio
2012
Exterior
Interior
Sodio
Potasio
Neurociencia II - Psicología UV
2012 Exterior Interior Sodio Potasio + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + – – – – – – Sodio (Na) 0.07 V (70 mV) Potasio (K) -0.09 V (-90 mV) i O Na Na Na F RT E ] [ ] [ ln
Neurociencia II - Psicología UV
2012 Circuito Equivalente l Na K l l Na Na K K m g g g E g E g E g V
Potencial de Membrana 0 mV 100 mV -100 mV + + - - + - ENa gNa EK gK El gl Cm i O i i i F RT E ] [ ] [ ln
2012
La Ecuación de Goldman, Hodgkin y Katz.
Neurociencia II - Psicología UV
o Cl o Na o K i Cl i Na i K m Cl P Na P K P Cl P Na P K P F RT V ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [
ln
2012
Cambios en el potencial de membrana
Neurociencia II - Psicología UV
a) Potencial de receptor
b) Potencial (post) sináptico
2012
• Proteínas Integrales de membrana
• Selectividad: Muchos de ellos permiten el paso de un solo tipo de ion.
• Permeabilidad: Altamente controlada.
2012
2012
2012
Sodio
Potasio
pot. de memb.
2012
Axón gigante
Nervio ciático de rata
2012
Axón gigante canulado con una pipeta de vidrio
Alan L. Hodgkin 1914-1998 Andrew F. Huxley
1917-
2012
Neurociencia II - Psicología UV
El voltage clamp – Control de voltaje
+ + - - + - ENa gNa EK gK El gl Cm
¿Cómo cambian las gx al cambiar Vm?
LEY DE OHM:
m ion
ion
ion g V E
I
2012
Hodgkin, Huxley & Katz (1952)
2012
Identificando las especies iónicas
2012
Curso temporal de la Conductancia
Na m m Na m Na E V t , V I = t , V g K m m K m K E V t , V I = t , V g
2012
El modelo de Compuertas
Canal de potasio: permanece abierto mientras dure el estímulo
Canal de sodio: se abre y luego se
inactiva, interrumpiendo el flujo
2012
La Ecuación de Goldman, Hodgkin y Katz.
Neurociencia II - Psicología UV
o Cl o Na o K i Cl i Na i K m Cl P Na P K P Cl P Na P K P F RT V ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [
ln
2012
Resumen
• Las conductancias de los
diferentes iones determinan el potencial de membrana
▫ Si aumenta la conductancia de
sodio, el potencial de
membrana se hace positivo.
▫ Si aumenta la conductancia de potasio, el potencial de
membrana se hace negativo.
• El potencial de membrana
determina las conductancias de sodio y potasio.
▫ Si el potencial de membrana se hace
positivo, aumenta transitoriamente
la conductancia de sodio.
▫ Si el potencial de membrana se hace negativo, disminuye la conductancia de potasio.
Neurociencia II - Psicología UV
Sodio = Retroalimentación positiva
2012
Sodio
Potasio
2012
Las Ecuaciones de H&H
Obtenido a partir de los experimentos de
2012
2012
Un poco de Nomenclatura
Sodio
Potasio
pot. de memb.
Ascenso
Overshoot
Caída
2012
Neurociencia II - Psicología UV
El período refractario
Ex
cit
ab
ilidad
Las compuertas de inactivación de Sodio se cierran
Las compuertas de inactivación de Sodio se vuelven a abrir
Periodo Refractario Absoluto Periodo Refractario Relativo
Po
tenc
ial de
Memb
rana
(mV
2012
• El periodo refractario absoluto corresponde al tiempo que tarda el potencial de acción. Es
imposible iniciar otro potencial de acción en ese periodo.
• El periodo refractario relativo es una ventana de tiempo posterior al potencial de acción durante la cual muchos canales de sodio están inactivados. Es posible iniciar un potencial de acción pero se requiere un estímulo mayor.
2012
• Propagación pasiva: Potencial de receptor, potencial sináptico.
• Propagación activa: Potencial de acción.
Propagación saltatoria: Potencial de acción en
nervios mielinados.
2012
Potenciales de membrana
Neurociencia II - Psicología UV
a) Potencial de receptor
b) Potencial (post) sináptico
2012
2012
Propagación Pasiva: circuitos locales
2012
Propiedades pasivas de la membrana
Neurociencia II - Psicología UV
Voltaje vs. distancia Voltaje vs. tiempo
m r m m m m a R E V t V C x V R
d ( )
4 2 2
2012
Propagación activa: potencial de acción
2012
Propagación del potencial de acción
2012
Propagación saltatoria
Neurociencia II - Psicología UV
Combinación de propagación
activa (nodos de Ranvier) y pasiva (vaina de mielina
2012
2012
2012
Neurociencia II - Psicología UV
2012
Neurociencia II - Psicología UV
2012
Neurociencia II - Psicología UV
Diversidad de canales,
2012
1. La actividad eléctrica en las neuronas se debe al
movimiento de iones a través de la membrana celular.
• El potencial de la membrana está determinado por el equilibrio de las permeabilidades a distintos iones. 2. El potencial de acción se produce por aumentos –
desfasados en el tiempo– de la permeabilidad de la membrana al sodio y al potasio.
• Se puede ‘reconstruir’ el potencial de acción
entendiendo cómo la permeabilidad al sodio y el potasio depende, a su vez, del potencial de membrana.
3. La propagación de los potenciales de membrana puede ser activa o pasiva.
• Sólo la propagación activa del P.A. puede llegar a grandes distancias.
Mensajes de la Clase
