Breve presentacion de las causas del potencial de membrana en una celula, enfocandose en celulas que possen excitabilidad como las musculares y nerviosas

1. POTENCIALES DE
MEMBRANA Y
POTENCIALES DE ACCIÓN
ALEJANDRO CHAVEZ RUBIO

2. Física básica de los potenciales de
Potenciales de membrana provocados por
membrana
difusión
“Potenciales de difusión” producido por una diferencia de concentración
iónica a los dos lados de la membrana

Concentración de K+ es grande dentro de la membrana de la
fibra, pero muy baja fuera de la misma

Membrana permeable solo a iones K+

Debido al gran gradiente de concentración desde el interior al
exterior hay una intensa tendencia a que los iones difundan hacia
afuera

Generando electropositividad fuera de la membrana y
electronegatividad dentro

1 ms la diferencia de potencial entre el interior y el exterior
(Potencial de difusión) es suficientemente grande como para
bloquear la difusión neta de K hacia afuera.

Fibra nerviosa normal la diferencia de potencia necesaria es de
aprox. 94 mV, con negatividad en el interior de la membrana de la
fibra.

3. Física básica de los potenciales de
Potenciales
membrana de membrana provocados por
difusión
“Potenciales de difusión” producido por una diferencia de concentración
iónica a los dos lados de la membrana
•
Concentración elevada de iones Na+ fuera de la
membrana y concentración baja de Na+ dentro
•
Permeable a iones Na+
•
Difusión de Na+ hacia el interior crea un potencial
de membrana de polaridad opuesta
•
Potencial de membrana suficiente alto para
bloquear la difusión neta de Na+ hacia el interior
•
Potencial es de aproximadamente 61 mV
positivos en el interior de la fibra
Una diferencia de concentración de iones a través de una membrana puede
crear un potencial de membrana

4. Relación del potencial de difusión con la diferencia de
concentración: potencial de Nernst
El nivel del potencial de difusión a través de una
membrana que se opone exactamente a la difusión neta
de un ion particular a través de la membrana
Ecuación de
Nernst
Potencial de
Nernst
Cociente de las concentraciones
de ese ion específico en los dos
lados de la membrana
Mayor
Cociente
Mayor tendencia del ion a difundir
Potencial de Nernst necesario para impedirlo

5. Calculo del potencial de difusión cuando la
membrana es permeable a varios iones
diferentes
Potencial de difusión que se genera depende de tres
factores:
1. La polaridad de la carga eléctrica de cada uno
de los iones
2. La permeabilidad de la membrana (P)
3. Las concentraciones (C) de los iones al
interior (i) y en el exterior(o) de la membrana

6. 1. Iones (Na+), (K+) (Cl-). Más importantes en la generación de
potenciales de membrana de fibras nerviosas y musculares
2. El grado de importancia de cada uno de los iones en la
determinación del voltaje es proporcional a la permeabilidad
de la membrana para ese ion particular
3. Un gradiente positivo de concentración iónica desde el
interior de la membrana hacia el exterior produce
electronegatividad en el interior de la membrana. (Se produce
lo contrario cuando el gradiente es negativo )
4. La permeabilidad de los canales de sodio y de potasio
experimenta cambios rápidos durante la transmisión de un
impulso nervioso , mientras que el canal de cloro no presenta
muchos cambios durante el impulso

7. BOMBA DE SODIOPOTASIO
Es una Bomba
electrogena por que
bombea mas cargas
positivas hacia el
exterior.
Transporta iones
de Na hacia el
exterior y iones
de K hacia el
interior.
Genera potencial
negativo en el interior
de la membrana.
Genera grandes
gradientes de
concentración.
Se escapan
iones de K
incluso en una
célula en
reposo, tambié
n se pierden
algunos iones
de Na

8. ORIGEN DEL POTENCIAL DE
MEMBRANA EN REPOSO NORMAL
A.
Producido totalmente
solo por la difusión del
K.
B.
Producido por la
difusión de los iones
de Na y K.
C.
Producido por la
difusión de Na y K
mas el bombeo de
estos 2 iones por la

9. POTENCIAL
DE ACCIÓN
NERVIOSO
•
Comienza con un cambio
súbito desde el potencial
de membrana negativo
en reposo normal hasta
un potencial positivo y
después termina con un
cambio casi igual de
rápido de nuevo hacia el
potencial negativo.

10. FASES DEL
POTENCIAL
DE ACCIÓN.
• Fase de reposo. La membrana esta
polarizada debido al potencial de
membrana negativo de -90 mV.
• Fase de despolarización. La
membrana es permeable a los iones
de sodio. El estado polarizado se
neutraliza inmediatamente, y el
potencial aumenta rápidamente en
dirección positiva.
• Fase de repolarización. Los canales
Na+ comienzan a cerrarse y los
canales de K+ se abren más de lo
normal. De esta manera, la rápida
difusión de K+ hacia el exterior
restablece el potencial de membrana
en reposo negativo.

11. CANAL DE SODIO ACTIVADO POR
VOLTAJE: ACTIVACIÓN E
INACTIVACIÓN DEL CANAL.
•
El canal de Na+ activado por voltaje es necesario
tanto para la despolarización como para la
repolarización.
•
-
Tiene dos compuertas.
-
Cerca del interior del canal, compuerta de
inactivación.
•
En estado en reposo normal de la membrana (-90
Una cerca del exterior del canal, compuerta de
activación.

12. •
Inactivación del canal de Na+.
 El mismo aumento de voltaje que
abre la compuerta de activación
también cierra la compuerta de
inactivación
 El proceso es más lento que el
cambio conformacional que abre
la compuerta de activación.
 El canal de inactivación no se
abre hasta que el potencial de
membrana se normaliza o casi a
valores de reposo.
• Activación del canal de Na+.
A. Se produce cuando el potencial de
membrana se hace menos negativo
que durante el estado en reposo
(desde -90mV hacia cero).
B. Durante este estado el Na+ puede
atravesar el canal, aumentando la
permeabilidad de la membrana al Na+
hasta 500 a 5.000 veces.

13. CANAL DE POTASIO ACTIVADO
POR EL VOLTAJE Y SU
ACTIVACIÓN.
•
Se activan cuando el
potencial de membrana
aumenta de -90mV hacia
cero, aumentando la
difusión de K+ hacia el
exterior.
•
Los canales de K+ se
abren al mismo tiempo
que los canales de Na+
se cierran.
•
Esta combinación acelera
el proceso de

14. METODO DE INVESTIGACION PARA MEDIR EL EFECTO
DEL VOLTAJE SOBRE LA APERTURA Y CIERRE DE LOS
CANALES ACTIVADOS POR EL VOLTAJE: LA «PINZA DE
VOLTAJE».
Fue tan ingeniosa que les valió el premio nobel a los científicos responsables,
Hodgkin y Huxley.
 Pinza de voltaje: se utiliza para
medir el flujo de iones a través
de los diferentes canales
insertando los electrodos en
una fibra nerviosa.
 Uno de ellos sirve para medir el
voltaje del potencial de
membrana y el otro para
conducir corriente eléctrica
hacia el interior de la fibra
nerviosa.

15. Se muestran los cambios típicos de la
conductancia de los canales de sodio y de
potasio activados por le voltaje.
 La apertura súbita de los
canales de sodio (fase de
activación) en un plazo de una
pequeña fracción de ms
después de aumentar el
potencial de membrana hasta el
valor positivo.
 La apertura (activación) de los
canales de potasio. Se abren
lentamente y alcanzan su estado
totalmente abierto solo después
de que se hayan cerrado casi
completamente los canales de
sodio.

16. RESUMEN DE LOS FENOMENOS QUE
CAUSAN EL POTENCIAL DE ACCION.
 Durante el estado de reposo, la
conductancia a los iones potasio es
50 a 100 veces mayor a la
conductancia a los iones sodio.
 Al inicio del potencial de acción se
activan instantáneamente los
canales de sodio y dan lugar a un
aumento de la conductancia al
sodio de 5000 veces.
 El inicio del potencial de acción
también produce activación por el
voltaje de los canales de potasio,
haciendo que empiecen a abrirse
mas lentamente una fracción de
milisegundo después de que se
abran los canales de sodio.

17. FUNCIONES DE OTROS IONES DURANTE
EL POTENCIAL DE ACCION.
LOS IONES CON CARGA NEGTIVA (ANIONES) NO DIFUSIBLES
EN EL INTERIOR DEL AXON NERVIOSO.
 Son los responsables de la carga negativa en el interior de la fibra
.
 Incluyen los aniones de las moléculas proteicas y de muchos
compuestos de fosfato orgánico, compuesto de sulfato y
similares.

18. IONES CALCIO.
 El calcio coopera con el sodio (o actúa en su lugar) en algunas células
para producir la mayor parte del potencial de acción.
 Al igual que la bomba de sodio, la bomba de potasio bombea iones
calcio desde el interior hasta el exterior de la membrana
celular, creando un gradiente de ion calcio aproximadamente 10.000
veces.
 Hay canales de calcio activados por voltaje; cuando se abren, fluyen
hacia el interior de las fibras tanto iones calcio como iones sodio
(estos canales también se denominan Ca- Na.)
 Los canales de calcio se activan lentamente y precisan hasta 10 o 20
veces mas tiempo para su activación que los canales de sodio (canales
lentos).

19. AUMENTO DE LA PERMEABILIDAD DE
LOS CANALES DE SODIO CUANDO HAY
DEFICIT DE IONES CALCIO.
 Cuando hay déficit de los iones calcio, los canales de sodio se activan
(abren) por un aumento muy pequeño del potencial de membrana desde
su nivel normal, muy negativo.
 Por lo tanto, la fibra nerviosa se hace muy excitable, y a veces descarga
de manera repetitiva sin provocación en lugar de permanecer en su
estado de reposo.
 Es necesario que la concentración de ion calcio disminuya solo un 50%
por debajo de su concentración normal para que se produzca la descarga
espontanea en algunos nervios periféricos, produciendo con frecuencia
tetania muscular.

20. Proceso de Reexitacion necesario
para ritmicidad espontanea
Se llama Hiperpolarizacion a la negatividad mucho mayor de
la normal de la fibra
Muscular debido a la salida de potasio en la fase 3 del
potencial de acción

21. Características especiales de la transmisión de señales
en los
Troncos Nerviosos
FIBRA NERVIOSA
MIELINIZADA
Proceso saltatorio:
1.- aumenta en la fibra la velocidad
de transmisión nerviosa.
2.- solo se despolarizan los nódulos
permitiendo una perdida de iones tal
vez 100 veces menor.
Nódulos de ranvier:
Considerado el sitio donde se realiza
El potencial de acción Nervioso
Velocidad de conducción Nerviosa:
0,25 m/s

22. EXITACIÓN: EL PROCESO DE
GENERACION DEL POTENCIAL DE
ACCION
Cualquier factor que haga que los iones sodio comiencen
a difundir hacia el interior a través de la membrana en un
numero suficiente puede desencadenar la apertura
regenerativa automática de los canales de sodio.
Esto se debe a un
trastorno mecánico
de la membrana
A los efectos
químicos sobre la
membrana
O al paso de
electricidad a través
de la membrana

23. EXCITACIÓN DE UNA FIBRA NERVIOSA
POR UN ELECTRODO METALICO
CARGADO NEGATIVAMENTE
• El método habitual para excitar un nervio o un
musculo en el laboratorio experimental es aplicar
electricidad a la superficie del nervio, del musculo
mediante dos electrodos pequeños, uno de los
cuales contiene carga negativa y el otro positivo.
• La causa es que el potencial de accion se inicia por
la apertura de canales de sodio activados por el
voltaje.

24. UMBRAL DE EXCITACIÓN Y
POTENCIALES LOCALES AGUDOS
• Un estimulo eléctrico negativo débil puede ser
capaz de excitar una fibra. Sin embargo cuando
aumenta el voltaje del estimulo se llega a un punto
en el que se produce la excitación.

25. •
Punto A: un estimulo débil hace que
el potencial de la membrana cambie
de -90 a -85mV pero no es suficiente
para que se produzcan los procesos
regenerativos.
•
Punto B: el estimulo es mayor pero
tampoco es suficiente.
•
Punto C: el estimulo es aun mas
intenso. Ahora el potencial local
apenas ha alcanzado el nivel
necesario para generar un potencial
de acción, denominado nivel liminar
(umbral).
•
Punto D: el estimulo es mas intenso.

26. PERIODO REFRACTARIO TRAS UN POTENCIAL
DE ACCION, DURANTE EL CUAL NO SE PUEDE
GENERAR UN NUEVO ESTIMULO
•
No se puede producir un nuevo potencial de acción en
una fibra excitable mientras la membrana siga
despolarizada por el potencial de acción precedente.
•
El motivo de esto es que poco después del inicio del
potencial de acción se inactivan lo canales de sodio, y
ninguna magnitud de la señal excitadora que se aplique
a estos canales en este momento abrirá las compuertas
de inactivación.

27. INHIBICIÓN DE LA EXCITABILIDAD:
ESTABILIZADORES Y ANESTESICOS
LOCALES
• Los factores denominados factores estabilizadores de la
membrana, pueden reducir la excitabilidad.
• Anestésicos locales: la mayor parte de estos compuestos
actúan directamente sobre las compuertas de activación de
los canales de sodio, haciendo que sea mucho mas difícil
abrir estas compuertas.
• Ejemplo: la procaina y tetracaina