Teórica 4. Propiedades pasivas.pdf

SEÑALES ELECTRICAS:
POTENCIAL DE REPOSO
1
Potencial de reposo
Vi - Vo
Alessandro Volta
(1745-1827)
Luigi Galvani
(1737-1798)
2
Potencial de reposo
Considerandos:
•  Asimetría en la concentración de iones
intra y extracelular
•  Permeabilidades selectivas
Asimetría en la composición iónica
bomba electrogénica
2 K+
3 Na+
ATP
3 Na+
K+
ADP
2 ClATP
Ca++
ADP
Na+
Ca++
RE
ATP
Ca++
ADP
ClK+
3
Asimetría en la composición iónica
Asimetría en la distribución de iones.
Concentración de iones dentro y fuera de la célula (en mM):
[Na+]
[K+]
[Ca+]
[Cl-]
[A-]
15
140
0,00001
20
90
145
4
2
110
0
Ley de Fick
K
A
A-
AA-
K+
K+
A-
K+
AK+
K+
A-
K+
K
J = -D dC/dx
A
K+
K+
A-
AK+
K+
K+
AK+
A-
gradiente químico
A-
AK+
4
K
A
A
K+
K+
AK+
AK+
K
A-
A-
K+
K+
A-
AK+
A-
-
+
-
+
A-
+
-
+
-
+
-
K
A
A-
AK+
K+
K+
K+
A-
AK+
AK+
gradiente químico
AK+
AK+
AK+
+
A-
-
+
-
+
A-
+
-
+
-
+
-
+
campo eléctrico
Ley de Ohm
A
K+
K+
K+
K
A-
A-
La separación de cargas
solo se produce a ambos
lados de la membrana. Las
soluciones se mantienen
electricamente neutras!
Ii = -gi dV/dx
K+
AK+
gradiente químico
AK+
AK+
AK+
campo eléctrico
5
Potencial de equilibrio
Flujo neto = 0
el gradiente químico impulsa
un flujo hacia afuera
[K+]
140 mM
4 mM
(-)
(+)
el potencial eléctrico se opone al
flujo
Potencial de equilibrio
Ecuación de Nernst
Potencial en el cual el flujo neto del ion es nulo
Ei = RT/zF * ln ([i]o / [i]i)
R (cte. de los gases)
=
8.314 volts.coul/T.mol
F (cte. de Faraday)
=
9.648 x 104 coul/mol
T (temperatura absoluta) = 273.16 + t (°C)
z (número de cargas y polaridad)
Walther Nernst
1864 - 1941
Premio Nobel de Química 1920
Temperatura 25°C ion monovalente
Ei = 58 * log ([i]o / [i]I)
6
Ei = 58 * log ([i]o / [i]I)
Potencial de reposo
Considerandos:
•  Asimetría en la concentración de iones
•  Permeabilidades selectivas
7
Permeabilidad selectiva
Permeabilidades relativas de la membrana en reposo:
[Na+]
10
140
[K+]
140
4
[Ca+]
0,00001
[Cl-]
4
120
[A-]
140
0
2
PK : PNa: PCl = 1 : 0.03 : 0.1
8
POTENCIAL DE REPOSO
Ii = -gi (Vm - Ei)
Los iones se mueven independientemente unos de otros
IK = -gK (Vm - EK)
INa = -gNa (Vm - ENa)
ICl = -gCl (Vm - ECl)
En equilibrio ∑ I = 0
IK + INa + ICl = 0
POTENCIAL DE REPOSO
Ecuación de Goldman, Hodgkin & Katz
IK + INa + ICl = 0
Er = 58 log
PK [K+]o + PNa [Na+]o + PCl [Cl-]i
PK [K+]i + PNa [Na+]i + PCl [Cl-]o
9
otro factor a tener en cuenta….
Equilibrio Donnan
Influencia de los iones no permeantes
Membrana permeable al agua y a KCl
t0
t∞
K+
[K+]I = [K+]II
K+
K+
Cl-
[Cl-]I = [Cl-]II
Cl-
Cl-
I
[K+] =
[Cl-] =
I
II
2a
2a
II
a
a
a
a
Equilibrio Donnan
otro factor a tener en cuenta….
Influencia de los iones no permeantes
Membrana permeable al agua y a KCl pero no al anion orgánico.
KA
[z]
t0
t∞
K+
K+
ClA-
Cl-
I
[K+] = a + z
[Cl-] = a
[A-] = z
[K+]I
[K+]II
II
a
a
=
[Cl-]II
[Cl-]I
K+
K+
ClA-
Cl-
I
II
y+z
y
z
x
x
10
Equilibrio Donnan
Los iones no permeantes fuerzan a una distribución
asimétrica de los iones que sí permean.
t∞
[K+]I
K+
K+
Cl-
Cl-
=
[K+]II [Cl-]I
(y+z)/x = x/y
AI
[Cl-]II
x2 = y (y+z)
II
presión osmótica: II > I
Equilibrio Donnan
Los iones no permeantes fuerzan a una distribución asimétrica de los iones
que sí permean.
t∞
[K+]
K+
K+
ClA-
Cl-
I
[K+]II
x
x
=
t∞
II
[Cl-]I
(y+z)/x = x/y
II
y+z
y
z
I
[Cl-]
x2 = y (y+z)
K+
K+
Cl-
Cl-
AI
II
presión osmótica: II > I
11
Permeabilidad
Potencial de equilibrio
selectiva
Ei
[Na+]
10
120
+ 62 mV
[K+]
140
4
- 90 mV
2
+190 mV
-  85 mV
[Ca+]
0,00001
[Cl-]
4
120
[A-]
140
0
Solo podemos hablar del Ei de especies iónicas que permean la membrana.
ANALOGO ELECTRICO
12
Circuito RC
Los canales iónicos actúan de manera análoga a resistencia eléctricas
permitiendo el paso de carga eléctrica
13
La bicapa lipídica actúa de manera análoga a un capacitor eléctrico
permitiendo la acumulación de carga entre dos cargas conductoras
separadas por un material no conductor.
Circuito RC
INa = gNa * (Vm – ENa)
IK = gK * (Vm – EK)
ICl = gCl * (Vm – ECl)
14
Circuito RC
V (t) = Er + I0 * R (1-e-t/RC)
εr
I
Vmax = Er + I0R
t
= RC
e-1 = 0.37
1- e-1 = 0.64
I0 R
τ
constante de
tiempo
Las neuronas como cable
Las neuronas transmiten señales eléctricas a lo largo de sus proyecciones,
pero la amplitud de la señal decae a medida que avanza en el espacio.
15
Las neuronas como cable
λ
constante de
espacio
16