INTRACELULAR (interior de la célula)

GUÍA COMPLEMENTARIA

“CONDUCCIÓN ELECTROQUÍMICA EN LAS NEURONAS: POTENCIAL DE ACCIÓN”

Nombre: _________________________________________________________________________________Curso: III° Medio A- B Aprendizajes Esperados:

 Comprender como se origina el potencial de acción en las neuronas

La membrana plasmática está formada por una bicapa lipídica, por proteínas periféricas en la parte interna y externa y por proteínas integrales que atraviesan de punta a punta la membrana, son los llamados canales por donde pasan los iones. Esos canales pueden estar en estados diferentes, abiertos o cerrados.

Se ha medido la composición que tiene el líquido extracelular e intracelular y se ha averiguado que es diferente: CONCENTRACIONES PARA DIFERENTES IONES

IONES INTRACELULAR (interior de la célula) EXTRACELULAR (exterior de la célula)

Na + 14 mM 142 mM

K + 140 mM 4 mM

Cl - 4 mM 120 mM

HCO 3 - (bicarbonato) 10 mM 25 mM

H + (hidrogeniones) 100 mM 40 mM

Mg 2 + 30 mM 15 mM

Ca 2 + 1 mM 18 mM

Casi todas las células del organismo presentan diferencia de potencial a través de su membrana plasmática, siendo el exterior positivo respecto al interior: Membrana Polarizada. Por comodidad este potencial de membrana en reposo o Potencial de Reposo se expresa con signo negativo tomando como referencia el medio intracelular. Dependiendo del tipo célula este potencial puede ir desde -7 mV hasta -100 mV (en la neurona el potencial transmembranoso es aproximadamente de -60 mV).

 ¿De qué modo los movimientos iónicos producen señales eléctricas?

Los potenciales eléctricos son generados a través de las membranas de las neuronas y en realidad, de todas las células porque: 1) existen diferencias en las concentraciones de iones específicos a través de las membranas delas células nerviosas y

2) las membranas son selectivamente permeables a algunos de estos iones.

Estos dos hechos dependen, a su vez, de dos tipos diferentes de proteínas en la membrana celular. Los gradientes de concentración de los iones son establecidos por proteínas conocidas como bombas iónicas, las cuales, como su nombre lo sugiere, mueven activamente los iones hacia el interior o el exterior de las células en contra de sus gradientes de concentración.

La permeabilidad selectiva de las membranas se debe en gran parte a los canales iónicos, proteínas que permiten sólo que ciertos tipos de iones atraviesen la membrana en la dirección de sus gradientes de concentración. Por lo tanto, los canales y las bombas funcionan básicamente en contra unos de otros, y al hacerlo generan electricidad celular.

 Bases iónicas del potencial de acción

Si se aplica un estímulo de cierta magnitud en la membrana de una célula excitable, se produce un ligero incremento en la permeabilidad de los iones sodio en esa región disminuyendo levemente la diferencia de potencial de acuerdo a la intensidad del estímulo. Un estímulo umbral es aquel que posee la intensidad suficiente para producir una disminución en el voltaje igual a 7 mV, aproximándose a los -55 mV que se denomina nivel de descarga, voltaje en el cual se abren los canales de sodio permitiendo la entrada masiva del ión (canal tipo compuerta de voltaje), de manera que el voltaje del medio intracelular se va acercando a cero o sea se provoca una despolarización. La masiva entrada del Na+ hace que el lado interno de la membrana plasmática quede positiva alcanzando +35 mV: potencial de espiga. En ese instante los canales de sodio se cierran rápidamente (terminando la entrada masiva de sodio) y se abren totalmente los canales de potasio (que ya se habían comenzado a abrir lentamente) determinando la salida de este ión, lo que vuelve a hacer negativo el lado intracelular de la membrana: repolarización, luego de una ligera hiperpolarización (debido a la salida de potasio en ausencia de la entrada de sodio) se alcanza nuevamente el potencial de reposo.

Regionalmente, después de un potencial de acción, la posición relativa de los iones sodio y potasio está invertida, la acción de la bomba sodio-potasio restituye las posiciones originales. Mientras se conduce un potencial de acción obviamente no puede conducirse otro, y un estímulo en este período no origina un nuevo potencial de acción (período refractario absoluto).

Aunque la mayoría de las células tienen potencial de reposo, sólo dos de ellas, la neurona y la célula muscular, pueden experimentar fácilmente impulsos electroquímicos, también llamados potenciales propagados o potenciales de acción, constituyendo los tejidos excitables. Esto se debe a que estos tipos celulares (además de la citada bomba) poseen en su membrana canales iónicos (proteínas integrales de membrana específicas), unos para el sodio y otros para el potasio. La apertura de estos canales, como respuesta al estímulo, permite el libre tránsito de los iones de acuerdo a sus gradientes.

Durante la propagación el impulso nervioso no pierde intensidad desarrollando siempre el mismo potencial de acción. En vivo los potenciales de acción se propagan unidireccionalmente en el axón (desde el soma hacia el telodendrón), sin embargo, si experimentalmente se aplica el estímulo sobre algún punto del axón, este se propaga en ambas direcciones.

Es importante observar que si el estímulo inicial, no hubiese tenido la magnitud suficiente para producir una disminución en el potencial de membrana cercana a 7 mV, los canales de sodio no se hubiesen abierto completamente y el trabajo de la bomba sodio-potasio restablecería el potencial inicial, en esta situación se estaría frente a un estímulo subumbral. Por otra parte, si el estímulo inicial hubiese sido de un registro superior al necesario, Estímulo Supraumbral, la magnitud de descarga habría sido la misma que con un estímulo umbral, esto se denomina Ley del Todo o Nada.

1. Potencial de reposo. 2. Estímulo despolarizante.

3. La membrana se despolariza al llegar al umbral. Se abren los canales de Na+ voltajedependientes

y el Na+ ingresa. Los canales de potasio comienzan a abrirse lentamente.

4. La rápida entrada de Na+ despolariza la célula.

5. Se cierran canales de Na+ y se abren lentamente los de K+. 6. El K+ sale hacia el fluido extracelular.

7. Los últimos canales de K+ se abren y el ion sale, provocando la

hiperpolarización.

8. Cierre de los canales de K+ voltaje dependientes y algunos iones de K+ ingresan a la célula a través de canales. Acción de la bomba Na+ /K+.

9. La célula retorna a su estado de reposo, recuperando su potencial de reposo

La velocidad de conducción de una fibra nerviosa depende principalmente de dos aspectos:

1. Desarrollo de una vaina de mielina: que deja sólo algunas zonas del axolema (membrana citoplasmática de la neurona) descubiertas. En este caso la zona a repolarizar es muy pequeña, y se gana en velocidad de conducción utilizando la llamada “conducción saltatoria”. En la fibra mielínica los canales para iones sensibles a potencial se ubican en la zona amielinizada, nodos de Ranvier. La despolarización de un nodo provoca una “corriente en remolino” que despolariza al nodo contiguo. Así, el potencial de acción cursa por la fibra a una gran velocidad. Una ventaja adicional de la conducción saltatoria es la menor entrada y salida neta de iones sodio y potasio respectivamente, ahorrando energía en la restitución de los iones a sus compartimientos y consiguiendo además períodos refractarios más cortos

Figura: Los cambios de potencial de membrana en un área local de una neurona se deben a variaciones en la

2. Diámetro: Un modo de aumentar la velocidad de conducción es mediante el aumento del diámetro en los axones amielínicos, ya que incrementa la superficie de intercambio iónico.

Figura. Potenciales de acción saltatorios. CONDUCCIÓN CONTINUA

En las neuronas que no tienen mielina se produce una despolarización progresiva de cada zona adyacente de la membrana del axón, por esta razón es mucho más lenta que la saltatoria.

Aumento en la Velocidad de Conducción

Mayor diámetro del axón Neurona Mielinizadas

Oligodendrocitos en S NC

Células de S chwann en S NP

Axón gigante de calamar = 1mm de diámetro En mamíferos = 20 micrones de diámetro.

(1 micrón=1000mm)

Mayor Temperatura

RESUMIENDO

Impuls o Nervios o

S eñales electroquímicas

Canales Bomba s odio potas io

S odio Potas io

Potencial de repos o

Potencial de Acción Des polarización Repolarización

S e Propagará

ACTIVIDAD. Responde las siguientes preguntas:

1. ¿A qué tipo de transporte corresponde la bomba sodio-potasio?, ¿Qué caracteriza este transporte? 2. ¿Qué pasaría si la bomba de sodio-potasio fuera inhibida?

3. ¿Por qué el medio extracelular de la neurona posee carga positiva, en comparación con el medio intracelular, que posee carga negativa?

4. ¿Qué iones intervienen en el cambio de polaridad de la membrana del axón de la neurona?

5. ¿Qué le ocurre a los canales de sodio al estimular la membrana del axón de la neurona?, ¿Con que carga quedan el interior y el exterior de la membrana?

6. ¿Cómo se reestablece el estado de reposo después de un potencial de acción? 7. ¿Qué es el umbral de excitación?

8. ¿Cuál es la diferencia entre el periodo refractario absoluto y el relativo? 9. ¿De qué depende la velocidad de conducción del impulso nervioso?