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MEMBRANAS BIOLÓGICAS
Dr. Carlos Morales A.
Cardiólogo Pediatra
UPCP – Hospital Coquimbo
ESTRUCTURA MEMBRANAS
DIFUSIÓN A TRAVÉS DE MEMBRANA
DIFUSION SIMPLE:
Por bicapa
Por canales
DIFUSION FACILITADA
TRANSPORTE ACTIVO
Primario (bombas)
Secundario
Cotransporte.
Contratransporte.
DIFUSION SIMPLE
POR BICAPA LIPIDICA
Dependerá de:
1. Concentración (cantidad)
2. Cinética molecular (T)
3. Liposolubilidad
Ejemplo: Oxígeno
DIFUSION SIMPLE
POR CANALES PROTEICOS
Altamente efectivos.
Especialmente para agua.
(100 veces volumen GR)
Depende de:
1. Hidrosolubilidad
2. Tamaño
3. Polaridad
Selectividad
CANALES PROTEICOS
ALTAMENTE SELECTIVOS PARA
UN SOLUTO
CANALES PROTEICOS
PERMEABILIDAD MODULABLE POR EL MEDIO
POR VOLTAJE
POR LIGANDO
DIFUSION FACILITADA
1. Mediada por transportadores.
2. A diferencia de la simple, tiene
una velocidad máxima (Vmax)
de difusión.
3. Vmax dependería del número
de transportadores. No de la
cantidad de solutos.
(figura 4-6)
DIFUSION FACILITADA
La velocidad del transporte no
puede ser mayor a la velocidad del
cambio conformacional de la
proteína
Ejemplos: glucosa, aminoácidos
FACTORES DETERMINANTES DE
DIFUSION
La tasa neta de difusión dependerá de:
1)
La
diferencia
de
concentraciones entre un
lado y otro de la membrana.
Fig. 4 – 8 (a)
Fig. 4 – 8 (b)
2) Diferencia de presión a
través de la membrana
FACTORES DETERMINANTES DE
DIFUSION
La tasa neta de difusión dependerá de:
3) Potencial eléctrico de
membrana (iones).
Ecuación de NERSNT
Fig. 4 – 8 (c)
OSMOSIS
Difusión neta de agua dadas
diferencias en su concentración.
Ocurre
en
membranas
selectivamente permeables (un
soluto no atraviesa y se acumula en
un lado)
Fig. 4 – 9
PRESION OSMOTICA
La presión osmótica depende del
número de partículas por unidad
de volumen y no de la masa.
Esto se debe a que las partículas
grandes son mas lentas y las más
pequeñas son más rápidas. Por
ende, energía cinética promedio
será la misma
PRESION OSMOTICA
 Lo anterior implica que necesitamos conocer la
CONCENTRACION MOLAR de una sustancia (número de
partículas) = Osmol.
 Osmolalidad = 0smol/Kilógramo solución.
 Osmolaridad = Osmol/Litro solución (más practico).
 RELACIÓN OSMOLARIDAD Y PRESIÓN (37°C).




1 Osmol/Kg = 19.300 mmHg
1 mOsmol/Kg = 19,3 mmHg
300 mOsmol/Kg = 5790 mmHg
VALOR REAL = 5500 mmHg (atracción iónica, disociación parcial).
TRANSPORTE ACTIVO
1. Mediado por Bombas (enzimas en membranas).
2. Hay muchas (Na, K, Ca, H, etc).
3. En diferentes membranas (celular, retículo
endoplásmico, mitocondria).
4. La mas estudiada es la NaKATPasa.
TRANSPORTE ACTIVO
TRANSPORTE ACTIVO
• Compuesta por 2 subunidades:
– ALFA: 100.000 daltons
– BETA: 55.000 daltons
• ALFA: 3 componentes:
– 3 sitios receptores Na dirección hacia dentro
– 2 sitios receptores K dirección hacia afuera
– 1 sitio actividad ATPasa en el interior.
• BETA: Aparente función de anclaje.
TRANSPORTE ACTIVO
• La bomba tiene importancia en el control del
volumen intracelular.
– Proteínas intracelulares tienen carga negativa
– Atraen iones positivos.
– NaKATPasa retira 3 Na por 2 K.
• La bomba tiene capacidad electrógena.
– Hay movimiento neto de 1 ión (+) hacia afuera.
– Se crea por ende un potencial transmembrana.
TRANSPORTE ACTIVO
ENERGÉTICA DE LA BOMBA
• Para concentrar una sustancia 10 veces, se requiere 1400
calorías, para hacerlo 100 veces, se requiere 2800 calorías.
1000 veces 4200 calorías, es decir:
• Siendo la energía estimada en Calorías por Osmol.
COTRANSPORTE
CONTRATRANSPORTE
POTENCIAL DE MEMBRANA
POTENCIALES ORIGINADOS POR
DIFUSIÓN
FIBRA A: Potencial de difusión a través de
una membrana causado por difusión de
iones K desde el interior al exterior. El
potencial eléctrico resultante será negativo.
FIBRA B: Potencial de difusión a través de
una membrana causado por difusión de
iones Na desde el exterior al interior. El
potencial eléctrico resultante será positivo.
RELACIÓN ENTRE POTENCIAL DE DIFUSIÓN Y
DIFERENCIA DE CONCENTRACION
ECUACION DE NERNST
Relaciona el potencial transmembrana necesario para
mantener una diferencia de concentraciones de un ión
monovalente a 37°C
CONSIDERACIONES:
Exterior se considera 0 mV. Interior se considera que varía.
Si ión es (+) el valor se considera (-). Si ión es (-), el valor se considera (+).
POTENCIAL DE DIFUSIÓN CUANDO LA
MEMBRANA ES PERMEABLE A VARIOS IONES
DIFERENTES
POTENCIAL DE DIFUSIÓN CUANDO LA
MEMBRANA ES PERMEABLE A VARIOS IONES
DIFERENTES
ECUACION DE GOLDMAN-HODGKIN-KATZ
CONSIDERACIONES:
1. Na, K, Cl, son los principales iones involucrados.
2. Todos son monovalentes.
3. La ecuación compensa carga (-) de Cl invirtiendo su relación,
porque Cl al entrar produce más electronegatividad en el interior.
4. La importancia de cada ion en cada instante será proporcional a su
permeabilidad.
POTENCIAL DE REPOSO
• DETERMINANTES:
– Potencial difusión del K
• Único canal abierto en reposo es el canal de escape
– Difusión de sodio
• Canales de escape 100 veces menos numerosos que K
– Bomba NaK ATPasa.
• Bombea 3Na hacia afuera por 2K hacia dentro.
POTENCIAL DE REPOSO
• Potencial difusión del K
• Concentraciones: Exterior 4 mEq/l – Interior: 140 mEq/l
• Cuociente: Ki/Ke = 35.
• Nersnt: FEM = -61 log 35 = -61 * 1,54 = -94 mV
• Potencial difusión Na
•
•
•
•
•
Concentraciones:Exterior 140 mEq/l – Interior 14 mEq/l
Cuociente Nai/Nae = 0,1
Nersnt = +61
Pero, permeabilidad es 100 veces menor
Goldman (K * 0,01Na) = -86 mEq/l
POTENCIAL DE REPOSO
• Bomba NaKATPasa:
– Aporta con -4 mV adicionales al retirar en forma
neta más cargas positivas del interior.
POTENCIAL DE REPOSO TOTAL: - 90 Mv.
POTENCIAL DE ACCION
Dr. Carlos Morales A.
Cardiólogo Pediatra
UPCP – Hospital Coquimbo
POTENCIAL DE ACCION DEL NERVIO
• Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de
acción.
• POTENCIAL DE ACCION
– Cambio brusco del potencial de membrana (negativo a
positivo) con 2 características:
1. Propagable.
2. Reversible.
FASES DEL POTENCIAL DE ACCION
1. Generación Potencial Acción
1. Fase de reposo
2. Fase de Despolarización
3. Fase de Repolarización
2. Propagación Potencial Acción
3. Recuperación Potencial Reposo
FASE DE REPOSO
CANAL DE SODIO
VOLTAJEDEPENDIENTE
(A) En reposo, el portal de activación (AG) está cerrado y el de inactivación (IG)
abierto.
(B) Durante la activación, ambos portales se abren.
(C) En la inactivación, se cierra el portal de inactivación, el de activación aún
permanece abierto.
(D) Durante el período refractario, ambos portales están cerrados
CANAL DE POTASIO
VOLTAJEDEPENDIENTE
(A) En reposo: Canal cerrado
(B) Cerca de 0 mV: Canal abierto.
Lentos, coinciden con fase (C)
inactivación canales Na.
DESPOLARIZACION/REPOLARIZACION
FASE DE REPOLARIZACIÓN
Canales de Potasio
Voltaje dependientes
FASE DESPOLARIZACION
Canales de Sodio
Voltajedependientes
Postpotencial “positivo”
LOS OTROS IONES
• ANIONES CITOPLASMÁTICOS:
– IMPERMEABLES: No pueden salir.
– Responsables de la carga (-) frente a déficit de K.
• CALCIO:
– Bomba calcio: Gradiente 10-3/10-7
– Canales Calcio voltajedependiente
• Lentos (10 a 20 veces).
• Permeables a Na y Ca
– Calcio iónico modula tanto canales rápidos como
lentos.
GENERACION POTENCIAL ACCION
FEEDBACK (+) PARA APERTURA CANALES SODIO:
Cuando un canal abre despolariza un poco
más, propiciando que otro canal abra.
Mientras más cerca de 0 mV, más canales
abrirán.
UMBRAL EXCITACIÓN:
Estimulo debe despolarizar un mínimo para
producir potencial acción.
De modo que ρNa > ρK
Generalmente basta llevar de -90 a -65 mV
GENERACION POTENCIAL ACCION
EXCITABILIDAD:
Dependerá de:
1.
Concentraciones de K previas
2.
Permeabilidad de canales K libres.
EXCITABILIDAD AUMENTADA:
Potencial reposo más cerca del umbral.
Menos K intracelular
Menos flujo del K intracelular.
EXCITABILIDAD DISMINUIDA:
Potencial de reposo más lejos del umbral
Más K intracelular
Más flujo del K intracelular (compensa
entrada de Na).
GENERACION POTENCIAL ACCION
POTENCIAL SUBUMBRAL
Aquel que no logra generar potencial
acción.
POTENCIAL UMBRAL
Sí lo genera.
La intensidad del estímulo reduce el tiempo
de latencia entre estímulo y generación del
potencial de acción.
GENERACION POTENCIAL ACCION
PERIODOS REFRACTARIOS
ABSOLUTO:
Es imposible desencadenar un
segundo estímulo
Canales Na INACTIVADOS
Dura 1/2500 segundos.
RELATIVO:
Un estímulo suficientemente
intenso logra estimular
Canales K ABIERTOS
(Algunos canales Na inactivos)
Dura entre 25 y 50% de PRA.
GENERACION POTENCIAL ACCION
INTENSIDAD DEL ESTÍMULO:
Se traducirá en frecuencia de potenciales.
FRECUENCIA MÁXIMA:
Depende de:
Mínima latencia
Ausencia potenciales subumbrales
Ausencia periodo refractario relativo
Periodo refractario absoluto
FRECUENCIA MÁXIMA:
2500 IMPULSOS POR SEGUNDO.
POTENCIAL ACCION COMO CIRCUITO
RC
PROPAGACION POTENCIAL ACCION
PRINCIPIO TODO O NADA
Para desencadenar un potencial de acción se debe superar
el umbral.
Sólo una despolarización completa en un segmento
garantiza la despolarización en el segmento siguiente
PROPAGACION POTENCIAL ACCION
PRINCIPIO TODO O NADA
Para desencadenar un potencial de acción se debe superar
el umbral.
Sólo una despolarización completa en un segmento
garantiza la despolarización en el segmento siguiente
PROPAGACION POTENCIAL ACCION
DIRECCION DE LA PROPAGACIÓN
SEGMENTO ROJO: Despolarización
Canales Na: Abiertos
Canales K : Cerrados
SEGMENTO NARANJA: Repolarización
Canales Na: Inactivados
Canales K: Abiertos
PROPAGACION COMO CIRCUITO
ELECTRICO
PROPAGACION POTENCIAL ACCION
RECUPERACIÓN POTENCIAL REPOSO
BOMBA NaKATPasa
Gran capacidad de regeneración
del potencial.
Adaptable según concentración
Na intracelular
10
20 mEq/l aumenta 8
veces actividad.
CIRCUNSTANCIAS ESPECIALES
FIBRAS MIELÍNICA Y AMIELÍNICAS
FIBRAS MIELÍNICA Y AMIELÍNICAS
POTENCIALES MESETA
Prolonga Periodo Contracción (hasta 300 msec)
CAUSAS:
• Canales Lentos.
• Canales K aún más lentos
POTENCIALES RITMICOS