Transcript potencial de membrana

El potencial de membrana en reposo
Para qué sirve el potencial de
membrana
• Para llevar a cabo en forma eficiente los
procesos celulares.
• Equilibrio iónico genera un potencial
electroquímico. Es una energía
potencial que puede ser usada para
generar trabajo.
• Un ión en equilibrio a través de la
membrana satisface la ecuación de
Nernst.
El potencial de equilibrio de un ión se puede
predecir mediante la ecuación de Nernst
• Ex= RT ln[X]2
zF [X]1
•
•
•
•
R= constante de los gases
T= temperatura en grados Kelvin
z = valencia del ión permeable (carga)
F= constante de Faraday (cantidad de
carga eléctrica contenida en un mol de
un ión univalente)
• Ex= 0,058V log[X] (I)LEC
•
z
[X] (II) LIC
• Ex= 58mV log[X] (I)LEC
•
z
[X](II) LIC
Ejemplo para el ión K+
R = 8.31 J/(mol-deg)
T = 310o K
F= 96,500 coul/mol
ln to log (x2.303)
+]
[K
-RT
in
VK =
ln +
zKF
[K ]out
+]
[K
-61.5 mV
in
VK =
log +
zK
[K ]out
+]
[K
-60
mV
VK 
log + in
zK
[K ]out
[K+]in = 100 mM and [K+]out = 10 mM
VK  -60 mV
Ecuación de Nernst sólo se establece para los iones en
equilibrio
• Ecuación de Nernst sólo se establece para
los iones en equilibrio.
• Se puede utilizar para predecir el sentido en
el que tienden a fluir los iones.
• Ejemplos:
– Después del ejemplo, la ecuación de Nernst nos
dice que en equilibrio, el lado A debe ser 60mV
más negativo que el lado B.
¿Y a quién le puede importar?
• Para llevar a cabo en forma eficiente los
procesos celulares.
• Bueno, la ecuación de Nerst:
– Descifra la igualdad que existe entre las
fuerzas eléctricas y químicas.
– Es una herramienta que permite predecir
el transporte activo si es que existe
– Punto de partida conceptual para entender
las bases fisiológicas de la actividad
bioeléctrica.
Ión no permeable
• EK+= 0,058 log[K+] LEC
•
z
[K+] LIC
LEC= 0,01 M
LIC = 0,1 M
Por lo tanto, si hay una gradiente de concentración para un ión,
la ecuación de Nernst otorga el potencial de equilibrio para ese
ión
El potencial de equilibrio para un ion dado es el potencial de
membrana que detiene la difusión de este ión a través de la
membrana celular.
Conceptos que hay que digerir.....
• 1.- El potencial de membrana (Vm), es el voltaje
producido a través de la membrana cuando las
cargas se separan.
• 2.- Todas las células vivas tienen potencial de
membrana. Esta lista incluye entre otras a las células
epiteliales, fibroblastos, glóbulos rojos, células de la
piel,
osteoblastos/osteoclastos,
ovocitos,
espermatozoides, hongos, bacterias, etc.
• 3.- El Vm 0 no implica que no exista voltaje. El Vm
tiene una dirección. Y cero es sólo un punto donde el
Vm se mueve hacia + o -.
Por qué se genera el potencial de
membrana en reposo
• Todas las células poseen potenciales
eléctricos:
– Diferencias en las concentraciones de
iones específicos.
– Membranas tienen permeabilidad selectiva
a estos iones.
electroquímico
-
Se genera un
potencial eléctrico
que tiende a impedir
el mayor flujo de K+
de 1 a 2
+
Equilibrio electroquímico : balance neto entre 2
fuerzas opuestas sobre el K+
1.
Una gradiente química de concentración que provoca el
movimiento de potasio desde el compartimiento 1 al 2,
tomando consigo una carga positiva.
2.
Una gradiente eléctrica opuesto que tiende a detener el
movimiento de K+ a través de la membrana. La fuga de
cargas positivas deja una carga negativa en el interior de la
membrana, lo que atrae al K+.
3.
A medida que aumenta la gradiente de concentración, mayor
es la gradiente eléctrica necesaria para detener el flujo de K+.
Equilibrio de Donnan
Equilibrio entre iones que pueden
atravesar la membrana y otros que no
pueden atravesarla.
A- puede corresponder a
proteínas y nucleótidos
Investigar sobre la esferocitosis
hereditaria
Generación de una
diferencia de potencial a
ambos lados de una
membrana
En el equilibrio electroquímico, una
diferencia de gradiente química de
concentración
se
equipara
exactamente con una diferencia de
potencial eléctrico.
emf: fuerza electromagnéticas
LIC
LEC
El potencial de reposo de interior negativo de las
células surge porque: (Hodgkin and Katz, 1949).
1.
La membrana en reposo es más permeable al K+
que a cualquiera de los otros iones presentes.
Los canales iónicos que atraviesan la membrana son
selectivamente permeables a iones.
2.
Hay más potasio en el interior de la célula que en
el exterior.
Diferencia de concentración de varias especies iónicas dentro y
fuera de la célula. Estas diferencias se mantienen a expensas de
energía metabólica.
La ecuación de Goldman integra la
permeabilidad a varios iones
• E Na,K,Cl= RT log PK [K+]LEC+PNa [Na+]LEC+ PCl [Cl-]LIC
•
F PK [K+]LIC+PNa [Na+]LIC+ PCl [Cl-]LEC
• E Na,K= 0,058 log PK [2,5]LEC+PNa [120]LEC
•
PK [140]LIC+PNa [10]LIC
• Vm= ?
Factors influencing the
Membrane Potential at Rest
A. Ion Gradients
Ion
[in]
Na+
[out]
12 mM 140 mM
Veq (Nernst)
+64 mV
Pi
10-9 cm/sec
K+
135
4
-92
10-7 cm/sec
Cl+
4
116
-88
10-8 cm/sec
B. Membrane Permeability
Goldman prediction of Vm = -84 mV
PK[K+]in + PNa[Na+]in + PCl [Cl-]out
Vm  -60 mV log
PK[K+]out + PNa[Na+]out + PCl [Cl-]in
VNa
Membrane Potential (mV)
+50
0
-50
Vm V
Cl
-100
VK
}
‘boundary
conditions’
So, at ‘rest’
PK dominates
ATP
What is the
basis of ‘PK’?
3Na+
3Na+
2K+
2K+
In large part, it reflects the
constitutive activity of a
population of K Channels
(‘inward rectifier’ - KIR channels)
Origen del potencial de
membrana en reposo
• Todas las células poseen potenciales
eléctricos:
– Diferencias en las concentraciones de
iones específicos.
– Membranas tienen permeabilidad selectiva
a estos iones.
• Presencia de bombas y canales
El ión es
bombeado a través
de la membrana
El ión difunde a
través del canal
El ión se une
Bombas:
Canales iónicos:
-mueven iones en forma activa
en contra de gradiente de
concentración
-difusión de iones y reducen los
gradientes de concentración
-crean gradientes
-producen permeabilidad selectiva
La membrana plasmática es un capacitor: puede
mantener una separación de las cargas
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
¿ Cuál sería el Potencial de membrana
si la membrana fuera permeable sólo al
Na+ ?
Permeabilidad relativa