Electrofisiología Celular
Contenido: a) Concepto de potencial de membrana en reposo (PMR). b) Iones intracelulares y extracelulares más importantes. c) Concepto de célula excitable. Ejemplos (célula muscular y nerviosa). d) Potencial de acción (PA): definición, configuración, fases (despolarización, repolarización, hiperpolarización), concepto de umbral, significado de la ley del “todo o nada”. Períodos refractarios. |
Actividades:
· Las membranas plasmáticas de la mayoría de las células vivas están polarizadas desde el punto de vista eléctrico, lo cual queda evidenciado por la presencia de un voltaje transmembrana, o Potencial de membrana.
· La diferencia de voltaje a través de la membrana celular, o potencial de membrana (Vm), es la diferencia entre el potencial eléctrico en el citoplasma (ψi) y el potencial eléctrico en el espacio extracelular (ψe).
· La figura muestra cómo medir el Vm mediante un electrodo intracelular. La punta del microelectrodo se inserta con suavidad en la célula y mide la potencial transmembrana con respecto al potencial eléctrico de la solución extracelular, definida como tierra (es decir, ψe = 0).
· Esta técnica proporciona una determinación precisa del Vm.
El Vm en reposo de una célula muscular de un anfibio o un mamífero normalmente es de unos −90 mV, lo que significa que el interior de la célula en reposo es unos 90 mV más negativo que el exterior.
Los potenciales de membrana dependen de gradientes de concentración iónicos (especialmente de Na+, K+, Ca2+ y Cl-.
Sus movimientos, al ser iones, dependen de la diferencia de concentración a ambos lados de la membrana, del gradiente eléctrico a través de la membrana y del coeficiente de difusión (que estará determinado por la cantidad de canales para el ión que haya en esa célula).
1. Basándose en la figura anterior, ¿Cuáles son los iones predominantes en el líquido intracelular y en el extracelular?
Iones predominantes en el líquido intracelular y extracelular
Líquido intracelular
Cationes: Potasio (K+)
Aniones: Proteínas, fosfatos orgánicos y bicarbonato (HCO3-)
Líquido extracelular
Cationes: Sodio (Na+)
Aniones: Cloruro (Cl-) y bicarbonato (HCO3-)
1. Si son moléculas con carga, ¿cómo atraviesan la membrana plasmática?
En la figura proporcionada, se muestran algunos ejemplos de transporte de moléculas con carga a través de la membrana plasmática:
Transporte pasivo de potasio (K+) hacia el interior de la célula: El potasio (K+) se desplaza desde el líquido extracelular, donde hay una baja concentración, hacia el líquido intracelular, donde hay una alta concentración, a través de canales de potasio (K+).
Transporte activo de sodio (Na+) hacia el exterior de la célula: El sodio (Na+) se desplaza desde el líquido intracelular, donde hay una baja concentración, hacia el líquido extracelular, donde hay una alta concentración, a través de la bomba de sodio-potasio (Na+/K+ ATPasa).
Cotransporte de glucosa y sodio (Na+) hacia el interior de la célula: La glucosa y el sodio (Na+) se desplazan juntos hacia el interior de la célula a través de un cotransportador de sodio-glucosa (SGLT).
Cabe destacar que la distribución de iones entre el líquido intracelular y el extracelular es esencial para el funcionamiento adecuado de las células. La bomba de sodio-potasio (Na+/K+ ATPasa) juega un papel fundamental en el mantenimiento de esta distribución.
En resumen, los iones predominantes en el líquido intracelular son potasio (K+) y proteínas, fosfatos orgánicos y bicarbonato (HCO3-), mientras que los iones predominantes en el líquido extracelular son sodio (Na+) y cloruro (Cl-). Las moléculas con carga atraviesan la membrana plasmática mediante transporte pasivo y transporte activo.
2. Agregue en la figura dos flechas que indiquen el sentido de movimiento del Na+ y el K+
3. Complete las siguientes frases:
a. Durante el reposo la membrana está cargada _______negativamente_____________
b. Los iones se mueven a favor de su gradiente electroquímico. El Na+ tiende a _____entrar____________ a la célula; mientras que el K+ tiende a ___salir__________ de la célula.
5. Marque en el gráfico anterior los siguientes acontecimientos.
a. PMR
b. Despolarización
c. Repolarización
d. Hiperpolarización
Marcado de acontecimientos en el gráfico de potencial de membrana
Según la imagen proporcionada, podemos identificar los siguientes acontecimientos en el gráfico de potencial de membrana:
a) PMR (Potencial de Membrana en Reposo)
El PMR se encuentra en el punto A del gráfico, donde el potencial de membrana es de -80 mV. Este valor representa el estado de reposo de la célula, cuando no hay actividad eléctrica.
b) Despolarización
La despolarización se produce cuando el potencial de membrana se desvía de su valor en reposo hacia valores más positivos. En el gráfico, la despolarización se inicia en el punto B y alcanza su pico máximo en el punto C, donde el potencial de membrana es de +20 mV. Este proceso se debe a la entrada de iones de sodio (Na+) en la célula, lo que genera una carga eléctrica positiva en el interior.
c) Repolarización
La repolarización se produce cuando el potencial de membrana regresa a su valor en reposo. En el gráfico, la repolarización se inicia en el punto D y se completa en el punto E. Este proceso se debe a la salida de iones de potasio (K+) de la célula y a la entrada de iones de sodio (Na+) al espacio extracelular, lo que genera una carga eléctrica negativa en el interior.
d) Hiperpolarización
La hiperpolarización se produce cuando el potencial de membrana se desvía de su valor en reposo hacia valores más negativos. En el gráfico, la hiperpolarización se observa en el punto F, donde el potencial de membrana es de -90 mV. Este proceso se debe a la entrada de iones de potasio (K+) en la célula, lo que genera una carga eléctrica aún más negativa en el interior.
[Imagen del gráfico de potencial de membrana con los acontecimientos marcados]
· El PMR se encuentra en el punto A.
· La despolarización se inicia en el punto B y alcanza su pico máximo en el punto C.
· La repolarización se inicia en el punto D y se completa en el punto E.
· La hiperpolarización se observa en el punto F.
Cabe destacar que la imagen proporcionada muestra un potencial de acción típico, con las cuatro fases principales: despolarización, pico, repolarización y hiperpolarización.
Explicación adicional:
· El potencial de acción es una señal eléctrica rápida y transitoria que se propaga a lo largo de la membrana plasmática de las células excitables, como las neuronas y las células musculares.
· El potencial de acción se genera por cambios en la permeabilidad de la membrana plasmática a los iones, lo que permite la entrada y salida de iones específicos.
· El potencial de acción juega un papel fundamental en la transmisión de información en el sistema nervioso y en la contracción muscular.
6. ¿Al movimiento de que ion, y en qué sentido, se puede deber el proceso de despolarización?
Despolarización
La despolarización se debe principalmente al movimiento de iones de sodio (Na+) hacia el interior de la célula.
Este movimiento se produce a favor de un gradiente de concentración, ya que la concentración de sodio (Na+) es mucho mayor en el líquido extracelular que en el intracelular. La entrada de iones de sodio (Na+) genera una carga eléctrica positiva en el interior de la célula, lo que despolariza la membrana plasmática.
7- ¿Al movimiento de que ion, y en qué sentido, se puede deber el proceso de repolarización? ¿y el de hiperpolarización?
Repolarización e hiperpolarización
· Repolarización
La repolarización se debe principalmente al movimiento de iones de potasio (K+) hacia el exterior de la célula. Este movimiento se produce a favor de un gradiente de concentración, ya que la concentración de potasio (K+) es mucho mayor en el interior de la célula que en el extracelular. La salida de iones de potasio (K+) genera una carga eléctrica negativa en el interior de la célula, lo que repolariza la membrana plasmática.
· Hiperpolarización
La hiperpolarización se debe a un movimiento excesivo de iones de potasio (K+) hacia el interior de la célula. Este movimiento aumenta la carga eléctrica negativa en el interior de la célula, más allá del valor del potencial de membrana en reposo. La hiperpolarización puede ser causada por diversos factores, como la activación de canales de potasio de apertura retardada o la acción de bombas de iones.
8- ¿Qué es una célula excitable? De ejemplos.
Células excitables: Definición, características y ejemplos
· Definición:
Las células excitables son un tipo de célula especializada que tiene la capacidad de generar y transmitir potenciales de acción. Los potenciales de acción son señales eléctricas rápidas y transitorias que se propagan a lo largo de la membrana plasmática de estas células. Las células excitables juegan un papel fundamental en la comunicación y el control de diversas funciones corporales, como la motilidad muscular, la sensibilidad sensorial y la actividad cerebral.
· Características:
Las células excitables presentan las siguientes características:
· Potencial de membrana en reposo (PMR): Poseen un potencial de membrana en reposo negativo, generalmente alrededor de -70 a -90 mV.
· Canales iónicos regulados por voltaje: Tienen canales iónicos específicos que se abren y cierran en respuesta a cambios en el voltaje de la membrana.
· Permeabilidad selectiva: La membrana plasmática de las células excitables es permeable a ciertos iones, como el sodio (Na+) y el potasio (K+), en diferentes grados.
· Generación de potenciales de acción: Las células excitables pueden generar potenciales de acción en respuesta a estímulos específicos, como neurotransmisores, hormonas o señales mecánicas.
· Propagación del potencial de acción: Los potenciales de acción se propagan a lo largo de la membrana plasmática de las células excitables, permitiendo la transmisión de información a otras células.
Ejemplos:
· Neuronas: Las neuronas son el tipo de célula excitable más común en el cuerpo humano. Son responsables de la transmisión de información a través del sistema nervioso.
· Células musculares: Las células musculares, tanto esqueléticas como cardíacas, son excitables y se contraen en respuesta a potenciales de acción.
· Células secretoras: Algunas células secretoras, como las células pancreáticas, también son excitables y liberan sus secreciones en respuesta a potenciales de acción.
Importancia:
Las células excitables son esenciales para el funcionamiento adecuado de diversos sistemas corporales. La disfunción de estas células puede conducir a una serie de trastornos, como enfermedades neurológicas, trastornos musculares y enfermedades endocrinas.
Un potencial de acción (PA) es un brusco y transitorio del PMR. Se genera debido a los cambios en la permeabilidad de ciertos iones (fundamentalmente Na+, K+), que se mueven a favor de su gradiente electroquímico.
1. La imagen anterior es un PA clásico de una célula nerviosa.
a. ¿Cuál es el valor de su PMR?
. Valor del potencial de membrana en reposo (PMR)
El valor del PMR en la imagen proporcionada es de -70 mV. Este valor se puede observar en el punto A del gráfico. El PMR representa el potencial eléctrico de la membrana plasmática de la célula en reposo, cuando no hay actividad eléctrica.
b. ¿Qué es el umbral? ¿Cuál es el valor según el gráfico? ¿Los intentos fallidos llegaron al umbral? ¿generaron PA?
El umbral es el valor mínimo de despolarización que debe alcanzar la membrana plasmática para generar un potencial de acción. En otras palabras, es el punto en el que la célula se vuelve excitable y se desencadena la despolarización rápida.
En la imagen proporcionada, no se observan intentos fallidos de alcanzar el umbral. Esto significa que el estímulo aplicado fue suficiente para generar un potencial de acción completo. Si el estímulo hubiera sido más débil, es posible que la despolarización no hubiera llegado al umbral y no se hubiera generado un potencial de acción.
El valor del umbral en la imagen proporcionada es de -55 mV. Este valor se puede observar en el punto B del gráfico. A partir de este punto, la despolarización se acelera rápidamente y se alcanza el pico del potencial de acción.
c. ¿Qué ion es el responsable de la despolarización? ¿Entra o sale?
El ion responsable de la despolarización es el sodio (Na+). Este ion entra en la célula a través de canales de sodio voltaje-dependientes. La entrada de iones de sodio (Na+) genera una carga eléctrica positiva en el interior de la célula, lo que despolariza la membrana plasmática.
a. ¿Qué ion es el responsable de la repolarización? ¿Entra o sale?
El ion responsable de la repolarización es el potasio (K+). Este ion sale de la célula a través de canales de potasio voltaje-dependientes. La salida de iones de potasio (K+) genera una carga eléctrica negativa en el interior de la célula, lo que repolariza la membrana plasmática.
En resumen:
- PMR: -70 mV
- Umbral: -55 mV
- Despolarización: Entrada de iones de sodio (Na+)
- Repolarización: Salida de iones de potasio (K+)
El PA es la forma en que responden las células EXCITABLES. Es decir, una célula es excitable cuando ante la llegada de un estímulo responde generando un PA. Esto le va a permitir “activarse” y dar una respuesta a dicho estímulo.
Los PA son característicos de las células nerviosas y musculares. Por ejemplo, la respuesta de una célula muscular cuando le llegue un estímulo será la contracción, para lo cual previamente siempre generará un PA.
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