Todos los organismos responden a estimulos, Las celulas
nerviosas (neuronas) están especializadas en la recopilación, conducción y transmisión
de impulsos eléctricos. Desde el cuerpo celular de la mayoría de las neuronas
se encuentra un gran numero de extensiones finas denominadas dentritas que
reciben información de fuentes externas, el axón por otra parte conduce los
impulsos salientes lejos del cuerpo celular
y hacia las celulas blanco. Esto
explica el impulso eléctrico.
Un voltaje entre dos puntos, como en el interior y exterior
de la membrana plasmática, se produce cuando hay un exceso de iones positivos
en un punto y un exceso de iones negativos en otro punto. Todas las células
tienen potencial de reposo (hepatocito) en base a una diferencia iónica dentro
y fuera de la célula, pero no todas tienen capacidad de desarrollar potenciales
de acción.
Contenido
La neurona se compone de cuerpo celular, dendritas, axones y
terminales sinápticos. Esta organización es un fiel reflejo de su
subdivisión funcional en diferentes compartimentos encargados de recibir,
integrar y transmitir. En general, la dendrita recibe, el cuerpo celular integra
y el axón transmite. Dicho concepto lo conocemos como polarización, ya
que la información que procesan va supuestamente en una dirección. La neurona
tiene que mantener unidos todos sus componentes. Las membranas externas de la
neurona se sitúan en torno a un citoesqueleto, que está compuesto por paquetes
de proteínas tubulares y filamentosas que se extienden y propagan de la misma
manera hacia dendritas y axones.
Dentro de las neuronas existen múltiples compartimentos internos.
Estos consisten, fundamentalmente, en proteínas que se producen a
nivel del cuerpo celular y son transportadas a las diferentes partes de la
neurona, por medio del citoesqueleto. Las dendritas tienen pequeñas
protuberancias que se denominan espinas dendríticas. Es en las espinas dendríticas
en donde la mayoría de los axones establecen sus conexiones. Las proteínas que
son transportadas a las espinas son importantes para crear y mantener la
conectividad neuronal. Estas proteínas se intercambian constantemente siendo
reemplazadas, una vez que ya han realizado su función, por otras de nueva
síntesis. Todas estas actividades requieren energía para seguir llevándose a
cabo y, dicha energía proviene de unas factorías que se encuentran dentro de la
célula llamadas mitocondrias. Las porciones finales de los axones también
responden a ciertas moléculas llamada factores de crecimiento. Estos factores
son captados y transportados al cuerpo celular donde intervienen en la
expresión génica de la neurona y, por consiguiente, en la formación de nuevas
proteínas.
POTENCIALES DE MEMBRANA Y
POTENCIALES DE ACCIÓN
Los axones de las neuronas transmiten pulsos eléctricos llamados
potenciales de acción.
Esta corriente se propaga ya que a lo largo de la membrana del
axón existen canales iónicos, que se pueden abrir y/o cerrar permitiendo el
paso de iones eléctricamente cargados. Alguno de estos canales
permite el paso de iones de sodio (Na+), mientras que otros
permiten el paso de iones de potasio (K+). Cuando los canales se abren, los
iones de Na+ y K+ pasan creando gradientes químicos y eléctricos opuestos, en
el interior y exterior de la célula, en respuesta a la despolarización
eléctrica de la membrana.
Un potencial de acción es un complejo proceso eléctrico. Las
fibras nerviosas se comportan como conductores eléctricos
(aunque son menos eficientes que los cables con aislamiento), por
lo cual, un potencial de acción generado en un punto concreto genera otro
gradiente de voltaje entre las porciones de membrana, activadas y en reposo,
adyacentes a él. Por tanto, el potencial de acción se propaga como una onda de
despolarización de un extremo de la fibra nerviosa a la otra.
Existen potenciales eléctricos a
través de las membranas de prácticamente todas las células del cuerpo. Gran
parte de estas células son capaces de generar impulsos electroquímicos, y estos
impulsos se utilizan para transmitir señales a través de las membranas de los
nervios y de los músculos.
Potencial de
acción nervioso
Las señales
nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción que son cambios rápidos
del potencial de membrana que se extienden rápidamente a lo largo de la
membrana de la fibra nerviosa.
Fases del
potencial de acción:
- Fase de reposo
- Fase de despolarización
- Fase de
repolarización
Canales de sodio y
potasio activados por el voltaje: Activación e inactivación del canal
El actor necesario en la producción tanto de la
despolarización como la repolarizacion de la membrana nerviosa durante el
potencial de acción es el canal de sodio activado por el voltaje. Un canal de
potasio activado por el voltaje también tiene una función importante en el
aumento de la rapidez de la repolarizacion de la membrana.
Iones con carga
negativa (aniones) no difusibles en el interior del axón nervioso
En el interior del
axón existen muchos iones con caga negativa que no pueden atravesar los canales
de la membrana. Como estos iones no pueden salir del interior del axón,
cualquier déficit de iones positivos en el interior de la membrana deja un
exceso de estos aniones negativos no difusibles. Por tanto estos iones
negativos no difusibles son responsables de la carga negativa en el interior de
la fibra cuando hay déficit neto de iones de potasio de carga positiva y de
otros iones positivos
Iones de calcio
El calcio coopera
con el sodio o en algunos casos este actúa en su lugar para producir la mayor
parte del potencial de acción. La bomba de potasio bombea iones de calcio desde
el interior hacia el exterior de la membrana.
Existen canales de
calcio activados por el voltaje, los cuales son ligeramente permeables a los
iones de sodio. Existen abundantes canales de calcio tanto en el musculo
cardiaco como el musculo liso.
Aumento de la
permeabilidad de los canales de sodio cuando hay déficit de iones de calcio
Cuando hay déficit de iones de calcio los canales de sodio
se abren por un pequeño aumento del potencial de membrana desde su nivel
normal, muy negativo; gracias a esto la fibra nerviosa se hace muy excitable
Todas las células tienen
potencial de reposo (hepatocito) en base a una diferencia iónica dentro y fuera
de la célula, pero no todas tienen capacidad de desarrollar potenciales de
acción. El hepatocito no requiere un potencial de acción. Las células las
podemos estimular de forma:
• Mecánica: Punzón
• Química: Con un neurotransmisor
• Eléctrica: mide exactamente la intensidad del estímulo
que estamos aplicando a esa célula.
Las células excitables (neuronas) poseen u potencial de reposo muy estable (entre -60 y
-100 mV). En las células no excitables, el potencial de reposo es menos
estable, pueden haber oscilaciones entre (-40 y -60 mV), está más
despolarizado.
También se puede medir mediante
la Ecuación de Goldman
Ecuación de Nernst. Ecuación de Golman reducida a un solo ión.
R = Constante general de los
gases
T = Temperatura es grados kelvin
Z = valencia
F = constante de Farada
E = poder de equilibrio
(calculado el potencial de Nerst es más aproximado el reposo de esa célula)
El potencial de reposo se debe principalmente a la
permeabilidad a otros iones.
La contracción sincronizada de todas las células que están
acopladas eléctricamente constituyendo el tejido cardíaco, genera la
contracción sincrónica de cada una de las cámaras del corazón.
En 1954, dos investigadores llamados Hodgkin y Huuxley
midieron las corrientes iónicas que suceden durante el potencial de acción.
Las bases iónicas son:
- Permeabilidad al
sodio y al potasio
- Despolarización al
sodio y al potasio
- Repolarización al
sodio y al potasio
Se observan cambios de
conductancia para el Na y el K durante el potencial de acción. Durante la
despolarización y repolarización midieron la conductancia.
El potencial de acción en su
fase de despolarización existe un
aumento de la permeabilidad del Na (hay más Na fuera por eso entra), es
básicamente en la neurona, fibra muscular. En el caso de la producción de
insulina aumentará la permeabilidad del calcio.
La repolarización es debida a un aumento del pk, siempre debido a la
conductancia al K (salida del K). Además pueden aparecer otros iones que
estudian morfologías un poco distintas.
El potencial de equilibrio para el sodio se puede calcular utilizando
la ecuación de Golman, para la medida exacta lo mejor es el registro
intracelular.
Conclusiones
v
Los potenciales de acción viajan a lo
largo del axón como una onda a lo largo de una cuerda.
v
Los potenciales de acción se
caracterizan por funcionar siguiendo la regla del todo o el nada, no cambian de
tamaño o intensidad, sólo en la frecuencia con la que ocurren.
v
La única forma en la que la intensidad
y duración de un estímulo puede ser registrada por una célula es por la
variación en la frecuencia de los potenciales de acción.
v
La contracción de cada célula está asociada a un potencial de
acción.
v
La bomba sodiopotásica electrogénica también participa porque
tiene la capacidad de devolver a su sitio los iones
Bibliografia
Pdf:
Potencial de la membrana; Neuronas y potencial de acción.
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