Milagros Rivero Alvaro Mailhos Neurobiología de la mente Recordando la estructura de la membrana celular y lo estudiado anteriormente… La membrana celular, está formada por una bicapa lipídica con proteínas asociadas. Algunas de estas proteínas son capaces de atravesar completamente la membrana formando canales iónicos, algunos de estos ya los vimos como los canales pasivos (canales abiertos todo el tiempo que permiten el flujo de iones, partículas cargadas que debido a esta condición no pueden atravesar libremente la bicapa lipídica) por ejemplo para el K+ elemento fundamental en el establecimiento del potencial de reposo. OM También hay otros canales que están cerrados y ante diferentes estímulos pueden abrirse… LA DD .C Algunos tipos de canales iónicos: En este dibujo podemos ver 3 tipos diferentes de canales iónicos: FI Un ligando es una molécula que se va a unir a un receptor y hay una clase de ligandos que va a ser muy importantes en la neurobiología conocidos como neurotransmisores. Canal activado por ligandos: En el esquema podemos ver que el canal en este caso está cerrado, hay 2 cavidades en las que se puede unir un ligando permitiendo que se logre la apertura del canal y permitiendo el flujo de iones. Canal activado mecánicamente: Los encontramos por ej. en los receptores mecánicos de la piel como los que son para la presión, la vibración, etc. Canal activado por voltaje: Anteriormente, habíamos visto que en la membrana hay un potencial de reposo...si en esta membrana hay una perturbación eléctrica y alcanza un nivel crítico, se van a activar estos canales y ahí se produce la apertura de los mismos. Estos canales que funcionan a la vez como receptores de voltaje son muy importantes en el potencial de acción. 1 Este archivo fue descargado de https://filadd.com Milagros Rivero • • • Neurobiología de la mente Son cambios locales y transitorios en la polaridad de la membrana, que generalmente se producen o ocurren en respuesta a estímulos del exterior o de otra neurona. Su magnitud disminuye a medida que se alejan del origen y esto tiene como consecuencia que esos potenciales graduados viajan distancias cortas. Su magnitud varía con la intensidad del estímulo que los provoca. Un potencial graduado despolarizante suficientemente grande puede disparar un potencial de acción. • Comunicación desde otras neuronas → Sinapsis • OM • Alvaro Mailhos Estímulos del entorno → Estímulos sensoriales • LA DD .C Recordemos que: tenemos el potencial de reposo y que el interior de la célula es negativo con respecto al exterior y cambios en esa polaridad de cargas eléctricas va a permitir que esa neurona comunique información. Pueden ser de dos tipos: despolarizaciones o hiperpolarizaciones transitorias FI Gráfico del potencial de membrana en función del tiempo Estímulo excitatorio Eje X: tiempo (ms) Eje Y: polaridad de membrana, es decir, la diferencia de potencial eléctrico. Estamos con un electrodo en un punto determinado de la neurona y a medida que va pasando el tiempo vamos midiendo el potencial de membrana. Estímulo inhibitorio Las despolarizaciones ocurren cuando el potencial de reposo se hace menos negativo y la hiperpolarización, cuando el potencial de reposo se hace más negativo. 2 Este archivo fue descargado de https://filadd.com Milagros Rivero Alvaro Mailhos Neurobiología de la mente Potencial graduado despolarizante El potencial de membrana a medida que va transcurriendo el tiempo se va manteniendo en el potencial de reposo, hasta que en determinado momento esa neurona recibe un estímulo excitatorio (aumenta la probabilidad de que esta neurona genere una respuesta diferente llamado potencial de acción) produciendo una despolarización de la membrana y se hace menos negativa. Al cabo de un tiempo, en ese punto que estamos midiendo, la polaridad de membrana va a revertir al potencial de reposo, es decir, se repolariza la membrana. Un estímulo provoca, por ejemplo, la apertura de canales de Na+ Aumenta el flujo de Na+ hacia el interior El interior de la neurona se vuelve más positivo OM • • • LA DD .C Una posibilidad de despolarización parcial de la membrana neuronal podría ocurrir cuando un estímulo (por ejemplo, un contacto sináptico) provoca la apertura de canales de sodio. Si recordamos, el Na+ está más concentrado en el exterior y tiende a ingresar hacia el interior de la célula (ingresan cargas positivas) por ende, el interior de la célula se hace menos negativo (se vuelve más positivo). Potencial graduado hiperpolarizante Volviendo a la situación del electrodo, en un punto determinado de la membrana neuronal midiendo el potencial de membrana y en tanto no hay estimulo, se mantiene en el potencial de reposo. Esta neurona recibe un estímulo inhibitorio. En determinado momento ocurre un estímulo (muy corto en el tiempo) y vemos que la membrana se hiperpolariza, es decir, aumenta la carga negativa con respecto al exterior. Al cabo de un tiempo ese potencial hiperpolarizante vuelve al potencial de reposo. Un estímulo provoca, por ejemplo, la apertura de canales de K+ Aumenta el flujo de K+ hacia el exterior de la célula El interior de la neurona se vuelve más negativo FI • • • Cuando una célula recibe un estímulo inhibitorio provoca entre tantas posibilidades, por ejemplo, la apertura de canales de K+. En la mayor parte de las neuronas el K+ está mas concentrado en el interior de la célula y tiende a salir hacía el exterior de la misma, por ende, lo que ocurre cuando sale el K+ es que estamos sacando cargas positivas del interior y este se hace más negativo. Conducción de un potencial graduado Estímulo En este ejemplo, podemos ver y medir el potencial o despolarización de membrana a distintas distancias. 3 Este archivo fue descargado de https://filadd.com Milagros Rivero Alvaro Mailhos Neurobiología de la mente Magnitud de un potencial graduado OM Su magnitud varía en función de la intensidad del estímulo que los provoca. Entonces, un estímulo excitatorio pequeño provoca una despolarización pequeña, por el contrario, un estímulo mayor provoca una despolarización mayor. Lo mismo sucede con la hiperpolarización. Diferencia de potencial LA DD .C Cuando llega a un punto crítico de despolarización se abren los canales de Na+ y K+ dependientes del voltaje. El cambio o respuesta que ocurre cuando se alcanza este nivel de umbral es conocido como…potencial de acción • • El potencial de acción es caracterizado por una despolarización muy rápida y total de la membrana, es decir, el interior de la célula se hace positivo con respecto al exterior Es un cambio de la polaridad (muy rápido) seguido de una repolarización (también rápida). FI Lo veremos más a fondo luego… Umbral de despolarización Nivel crítico de despolarización de la membrana a partir del cual se dispara un potencial de acción provocado por la apertura de canales iónicos dependientes del voltaje para el K+ y el Na+. En condiciones habituales una única señal sináptica excitatoria no alcanza para disparar un potencial de acción (llegar al nivel umbral) lo que ocurre es que estos potenciales excitatorios pueden irse sumando en el tiempo y en el espacio… 4 Este archivo fue descargado de https://filadd.com Milagros Rivero Alvaro Mailhos Neurobiología de la mente Sumación de potenciales graduados LA DD .C OM Estímulo Sumación temporal: La neurona recibe un contacto sináptico desde otra neurona a través de un estímulo. Registrando el potencial de membrana en este punto, vemos que estas despolarizaciones transitorias pueden viajar a través de esta membrana. Logramos ver que en el primer estímulo aquí hay una despolarización que no alcanza el nivel de umbral. Pero antes de que se logre repolarizar la membrana (antes de volver al potencial de reposo) ocurre un nuevo estímulo excitatorio y de nuevo sucede la misma situación, no alcanza el nivel umbral y comienza a descender la polaridad de membrana (a hacerse mas negativa nuevamente). Pero después ocurre un tercer estímulo, (acá ya no partimos del nivel inicial de reposo) estamos mucho más arriba entonces ese incremento va a hacer que la polaridad de membrana alcance el nivel de umbral y a partir de ahí se va a provocar el potencial de acción. FI Sumación espacial: Ocurren contactos sinápticos excitatorios con una neurona, esos potenciales excitatorios (despolarizantes) se suman. Si separamos c/u de ellos serían menor que este nivel de despolarización, pero como ocurren todos a la misma vez, logramos alcanzar el nivel de umbral y se produce el potencial de acción. Potencial de acción Es un fenómeno de despolarización de la membrana (cambios de potencial de membrana) que es producto de la apertura de canales iónicos dependientes del voltaje cuando un potencial graduado alcanza el nivel umbral de despolarización. • • • Cuando una despolarización de membrana alcanza el nivel umbral, los dos canales dependientes del voltaje (Na+ y K+) comienzan a abrirse simultáneamente, pero a distintos tiempos cada uno: ✓ Los canales de Na+ se abren rápidamente. ✓ Los canales de K+ comienzan a abrirse lentamente. Al inicio, rápido flujo de Na+ al interior de la célula e ingresa una gran cantidad de Na+ (los canales de K aún no se terminad de abrir). Luego cuando los canales de Na+ comienzan a cerrarse, se abren los canales de K+, rápido flujo de K+ hacia el exterior (estamos retirando cargas positivas del interior de la célula, por lo tanto, el potencial de membrana vuelve a hacerse negativo rápidamente). 5 Este archivo fue descargado de https://filadd.com Milagros Rivero Alvaro Mailhos Neurobiología de la mente Características del potencial de acción: • • Se propagan de acuerdo a la ley de todo o nada, no hay potenciales de acción más pequeños y más grandes, estos ocurren o no. Se propagan sin decremento (regeneración constante), no importa que tan cerca o lo lejos que nos encontremos del potencial de acción, siempre va a tener la misma magnitud. Esto es muy importante ya que normalmente los potenciales de acción se propagan a través de los axones y recordemos que hay axones que son muy largos (habíamos visto antes que las fibras nerviosas que controlan la contracción de los músculos del pie pueden tener incluso 1m de longitud dependiendo la altura de la persona) es importante que esa señal llegue sin verse disminuida hasta el órgano efector, en este caso los músculos del pie. El sistema nervioso codifica la información a través de la frecuencia de potenciales de acción. Conductancia de Na+ y K+ Repolarización LA DD .C Despolarización rápida inicial 1 OM • 2 Fase de hiperpolarización (membrana se hace más negativa que el nivel de reposo) Nivel de reposo FI 1. La primera fase de despolarización se debe, como habíamos dicho antes, a la apertura rápida de canales de Na+ dependientes del voltaje. Cuando la cantidad de canales abiertos de Na+ es mayor, se alcanza al máximo de repolarización de la membrana durante el potencial de acción. 2. En este momento comienzan a cerrarse los canales de Na+, es decir, deja de salir Na+ y empiezan a abrirse cada vez más canales de K+, estos permiten la salida de cargas positivas. Por lo tanto, el interior de la célula se hace más negativo (polaridad de membrana). Fase de hiperpolarización: Producto de que los canales de K+ permanecen abiertos y este mismo tiende a salir de la célula hasta alcanzar su equilibrio electroquímico. La célula se va a volver un poco más negativa que el potencial de reposo, pero después a través de corrientes pasivas y de la acción de la bomba de Na+ y K+ se va a volver a restablecer el potencial de reposo. 6 Este archivo fue descargado de https://filadd.com Milagros Rivero Alvaro Mailhos Neurobiología de la mente OM Conducción del potencial de acción LA DD .C En este esquema podemos ver como se propaga el potencial de acción a lo largo de un axón y que no importa que tan lejos o cerca que estemos del estímulo, la amplitud del potencial de acción siempre es la misma. ¿Cómo se propagan los potenciales de acción? Se propagan una forma compleja, los gráficos que vimos anteriormente corresponden a los registros que podemos hacer en un punto particular de la membrana, pero esos potenciales se van propagando y ocurre una despolarización de la misma. Debido, inicialmente, a la apertura de los canales de Na+ dependientes del voltaje y después una repolarización por la apertura de los canales de K+ dependientes del voltaje. En este gráfico ya tenemos una despolarización (debido a un ingreso de cargas positivas masivo del exterior) en una parte del axón. Estas mismas difunden hacía las regiones que se encuentran al lado, provocando la activación de los canales de Na+ y K+ dependientes del voltaje en esta zona. FI En el siguiente instante, la región que estaba despolarizada antes, comienza a repolarizarse porque se terminan de abrir los canales de K+ y la región adyacente donde las cargas positivas se habían difundido y comenzado a activar los canales de Na+ y K+ dependientes del voltaje, comienza a despolarizarse y así sucesivamente. 7 Este archivo fue descargado de https://filadd.com Milagros Rivero Alvaro Mailhos Neurobiología de la mente Onda de despolarización Los potenciales de acción se propagan a lo largo del axón de las neuronas como una onda de despolarización. OM Donde la despolarización en un punto provoca la apertura de los canales de Na+ y K+ en la sección inmediatamente siguiente y así sucesivamente. Período refractario del potencial de acción ¿Por qué no ocurre una despolarización hacía atrás? Existen 2 tipos: • • LA DD .C Después de que ocurre un potencial de acción hay un período refractario, es decir, un período en el que la célula no responde de igual manera frente a estímulos iguales. Períodos refractarios absolutos: El axón no responde a ningún tipo de estímulo porque los canales de Na+ están desactivados. Períodos refractarios relativos: Los canales de Na+ comienzan a reactivarse lentamente y necesitamos un estímulo mayor que el habitual para lograr el nivel umbral. Aquí los canales de K+ siguen abiertos por lo tanto siguen saliendo hacía el exterior. FI En tanto, no se cierren los canales de K+ cualquier ingreso de cargas positivas tiene que contrarrestar las mismas cargas positivas que salen del K+. En este período refractario, se necesita un estímulo mayor que el habitual para desencadenar un potencial de acción o una respuesta. Conducción saltatoria • • Más rápida Más económica → Menos energía en volver al estado de reposo (por ejemplo, no utilizamos la bomba de Na+ y K+). En este esquema, la neurona en la cual se está propagando un potencial de acción y este, tiene una vaina de mielina. (no hay canales de Na+ y K+). Las cargas positivas si pueden activar a los canales de Na+ y K+ dependientes del voltaje. 8 Recordemos que, la vaina de mielina (aislante eléctrico) hace que la conducción de los impulsos nerviosos a través del axón fuera más rápido… Este archivo fue descargado de https://filadd.com Milagros Rivero Alvaro Mailhos Neurobiología de la mente Características de los potenciales de acción y los potenciales graduados LA DD .C OM Todo esto lo vimos anteriormente en esta clase, analizar y estudiar detenidamente complementando con bibliografía… Polaridad neuronal Como habíamos visto antes, las dendritas son actualmente consideradas el polo receptor de la célula porque aquí se establecen todos los contactos sinápticos (también ocurre una gran cantidad de contactos sinápticos en el soma). Estos potenciales sinápticos excitatorios e inhibitorios se van a ir sumando. FI • Analizando y recordando la anatomía de la neurona, en el cono de arranque hay una gran densidad de canales de Na+ dependientes del voltaje. • • • Para que una neurona responda con un potencial de acción es el nivel de despolarización que alcanza al cono de arranque, si en este, se alcanza el nivel umbral se abren los canales de Na+ y K+ dependientes del voltaje y se dispara el potencial de acción. Si esos potenciales graduados se cancelan o no alcanzan el nivel umbral esa neurona no va a responder. Variando esta posibilidad de respuesta y modulando la frecuencia de potenciales de acción es que la neurona va a ir comunicando la información nerviosa. 9 Este archivo fue descargado de https://filadd.com
