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Tipo: Apuntes
Subido el 11/04/2021
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La membrana celular está formada por una bicapa lipídica, ésta no es mezclable con el líquido extracelular ni intracelular, por lo que forma una barrera frente al agua y otras sustancias. Por tanto,
El líquido extracelular contiene una gran cantidad de sodio, pero solo una pequeña cantidad de potasio. En el líquido intracelular ocurre lo contrario. Además, el líquido extracelular contiene una gran cantidad de iones cloruro, mientras que el líquido intracelular contiene muy pocos de estos iones. Sin embargo, la concentración de fosfatos y de proteínas del líquido intracelular es considerablemente mayor que la del líquido extracelular. Estas diferencias son muy importantes para la vida de la célula. El objetivo de este capítulo es explicar cómo los mecanismos de transporte de las membranas celulares producen estas diferencias.
aproximadamente 1000 veces menor por la proteína que la del agua, permitiendo su transporte rápido a través de la membrana en cuestión de minutos. DIFUSIÓN A TRAVÉS DE POROS Y CANALES PROTEICOS: PERMEABILIDAD SELECTIVA Y <ACTIVACIÓN > DE CANALES En la membrana celular existen poros que permiten el paso de sustancias del líquido extracelular al intracelular. Sin embargo, el diámetro de un poro y sus cargas eléctricas permite la selectividad y dar paso solo a ciertas moléculas. Como es el caso de la acuaporina, que permite el paso rápido de agua, impidiendo el de otras moléculas. Estos canales proteicos tienen dos características importantes: 1) Con frecuencia son permeables de manera selectiva a ciertas sustancias. 2) Muchos de estos canales se abren y cierran por cargas o sustancias eléctricas. Permeabilidad selectiva de los canales proteicos Estos canales son muy selectivos por sus características como su diámetro, su forma, su naturaleza y cargas eléctricas. Por ejemplo, cuando los iones potasio hidratados entran a la selectividad, interactúan con oxígenos de carbonilo y vuelven a las moléculas de agua ligadas permitiendo que el potasio deshidratado pase a través del canal. Activación de los canales proteicos La apertura y el cierre de estos anales están controlados de dos maneras: 1) Activación por voltaje. Esta ocurre gracias a un potencial eléctrico. Por ejemplo, para la apertura del canal de potasio se requiere de una carga positiva al interior de la membrana. 2) Activación química. Se debe a la unión de una sustancia química a la proteína. Un ejemplo importante es la activación química de la acetilcolina sobre el canal de acetilcolina. Esta compuerta es muy importante para la transmisión de señales nerviosos de una célula nerviosa a otra y de las células nerviosas a las musculares para la contracción muscular. Estado abierto frente a estado cerrado de los canales activados. En esta podemos encontrar el mecanismo de <
La velocidad neta de difusión es proporcional a la diferencia de concentración a través de una membrana. Esta velocidad de sustancia depende de la concentración extra e intracelular. Por tanto, la velocidad de sustancia de fuera hacia dentro es proporcional a la concentración de molécula en el exterior, y la velocidad de moléculas hacia afuera es proporcional a la concentración en el interior de la membrana. Por tanto, la fórmula es: **Efecto del potencial eléctrico de membrana sobre la difusión de iones: el <potencial de Nernst
.** Este potencial eléctrico ocurre cuando existe la misma concentración de iones negativos a los dos lados de la membrana, y se aplica carga negativa fuera y, carga eléctrica positiva dentro de la membrana, produciendo una diferencia de concentración de iones y tiende a mover los iones afuera y la diferencia eléctrica envía los iones dentro, asi que ambos efectos se contrarrestan entre sí. Para que se alcance un equilibrio en esta diferencia de concentración se aplica la ecuación de Nernst: Efecto de una diferencia de presión a través de la membrana. Esto se produce cuando existe gran diferencia de presión entre ambos lados de la membrana, por ejemplo, e la membrana capilar que es 20 mmHg mayor en el interior que en el exterior. Esta presión que es la suma de todas las fuerzas de moléculas que chocan en su lado de la membrana, que también ocurre porque dispone de mayor número de moléculas, chocando cada segundo produce que las moléculas pasen o difundan hacia el otro lado. ÓSMOSIS A TRAVÉS DE MEMBRANAS CON PERMEABILIDAD SELECTIVA: << DISUSIÓN NETA >> DE AGUA El agua es la sustancia que más se difunde a través de la membrana, normalmente por lo que se difunde en ambas direcciones está equilibrada. Pero en ciertas condiciones se produce una diferencia de concentración del agua. Por ejemplo, aunque la membrana es permeable de manera selectiva, a comparación de iones sodio y cloruro es mucho menos. La presencia del sodio y cloruro desplaza parte de las moléculas de agua al lado de la membrana donde existe moléculas de agua difusibles, sodio y cloruro no difusibles, haciendo que reduzca la concentración de agua menor que la del agua pura, produciendo un movimiento neto de agua, es decir, ósmosis.
Esta bomba tiene características importantes para el funcionamiento de la bomba:
La cantidad de energía necesaria para transportar una sustancia activamente se ve determinada en la siguiente ecuación: TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO: COTRANSPORTE Y CONTRATRANSPORTE COTRANSPORTE DE GLUCOSA Y AMINOÁCIDOS JUNTO CON LOS IONES DE SODIO Esta proteína transportadora tiene dos sitios de unión en su cara externa, una para el sodio y otro para la glucosa , este transporte es posible gracias al suministro de energía del sodio ya que tiene mayor concentración en el exterior. Esta proteína no llevará a cabo su cambio conformacional hasta que ambos, tanto sodio y glucosa estén unidos, una vez sucede los manda al mismo tiempo al interior. CONTRATRANSPORTE CON SODIO DE IONES CALCIO E HIDRÓGENO. Tiene dos mecanismos:
En una fibra nerviosa existe mayor concentración de potasio dentro que fuera de la membrana, en este caso la membrana es permeable a estos iones sodio. Por lo que la gradiente de concentración envía potasio de dentro hacia fuera transportando con ésta cargas eléctricas positivas hacia el exterior (electro positividad). 1 ms es la diferencia de potencial entre el interior y el exterior, denominada potencial de difusión. En la fibra nerviosa normal la diferencia de potencial es de 94 mV con negatividad en el interior. En el caso del sodio que existe más concentración fuera que dentro, su potencial es 61 mV positivos en el interior de la fibra. La ecuación de Nernst describe la relación del potencial de difusión con la diferencia de concentración de iones a través de una membrana. La magnitud de este potencial de Nernst está determinada por el cociente de la concentración de ese ion en los dos lados de la membrana. Cuando se utiliza esta fórmula se asume que el potencial del líquido extracelular mantiene un nivel de cero y el potencial de Nernst es el que está en el interior.
Hay potenciales eléctricos a través de las membranas y en todas las células del cuerpo. Algunas células, como las células nerviosas y musculares , generan impulsos electroquímicos rápidamente cambiantes en sus membranas, y estos impulsos se utilizan para transmitir señales a través de las membranas de los nervios y de los músculos. En otros tipos de células, como las células glandulares, los macrófagos y las células ciliadas , los cambios locales de los potenciales de membrana también activan funciones de las células. El presente capítulo ofrece una revisión de los mecanismos en virtud de los cuales los potenciales de membrana se generan tanto en reposo como durante la acción en las células nerviosas y musculares.
La ecuación de Goldman se utiliza para calcular el potencial de difusión cuando la membrana es permeable a varios iones diferentes. Esta ecuación da el potencial de membrana calculando en el interior de la membrana cuando participan dos iones positivos y un ion negativo. A partir de esta ecuación se hace evidente varios puntos clave: Primero. El gradiente de concentración de cada uno de los iones ayuda a determinar el voltaje de potencial de membrana a través de la membrana. Segundo. El grado de los iones del voltaje es proporcional a la permeabilidad de la membrana. Tercero. Un gradiente positivo de concentración iónica desde el interior hacia el exterior de la membrana produce electronegatividad en el interior de la membrana. Cuarto. La permeabilidad de los canales de sodio y potasio experimenta cambios durante la transmisión de impulsos nerviosos mientras que el canal de cloruro no se modifica. POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO DE LAS NEURONAS Transporte activo de los iones sodio y potasio a través de la membrana: la bomba sodio- potasio. La bomba sodio-potasio genera un gradiente de concentración para el sodio y potasio: La bomba sodio-potasio también grandes gradientes de concentración: Los cocientes de estos dos iones respectivos desde el interior al exterior son: Na +¿¿ (exterior): 142 mEq/l Na +¿¿(interior): 14 mEq/l K +¿ ¿(exterior): 4 mEq/l K +¿ ¿(interior): 140 mEq/l Na
interior / Na
exterior=0, K +¿ interior / K +^ ¿ exterior^ =^35 ¿¿ Fuga de potasio a través de la membrana celular nerviosa. El canal proteico, a veces denominado canal de potasio con dominio de poro tándem por donde pueden escapar iones de potasio, a veces de sodio, pero la membrana es 100 veces más permeable al potasio que al sodio. ORIGEN DEL POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO NORMAL Contribución del potencial de difusión de potasio. Tomado en cuenta que el elevado cociente de iones potasio es 35:1 , el potencial de Nernst sería -94 mV. Por tanto, si este fuera el único factor que genera el potencial de reposo en el interior de la fibra nerviosa sería -94 mV. Contribución de la difusión de sodio a través de la membrana nerviosa. El cociente de iones sodio del interior al exterior es 0.1 y el potencial de Nernst es de +61 mV , y el potencial de Nernst del potasio es de -94 mV. Podemos explicar la interacción de estos por la ecuación de Goldman dando un resultado de -90 mV. Contribución de la bomba sodio-potasio. Debido al bombeo, existe una pérdida continua de cargas positivas en el interior generando un grado de negatividad de -4 mV. Por lo que el potencial de membrana neto será de -90 mV.
compuerta haciendo que se abra, aumentando la permeabilidad de la membrana al sodio hasta 500 a 5.000 veces. Inactivación del canal de sodio. - El mismo aumento de voltaje que abre la compuerta de activación es la misma que cierra la compuerta de inactivación y por lo mismo los iones sodio no pueden pasar hacia el interior de la membrana. Para que se vuelva a abrir el canal de sodio de nuevo, se requiere la repolarización de la fibra nerviosa. CANAL DE POTASIO ACTIVADO POR EL VOLTAJE Y SU ACTIVACIÓN Este canal es activado por el voltaje en dos estados. Durante el estado de reposo, el canal de potasio impide el paso de iones hacia el exterior. Cuando el potencial de membrana aumenta a cero, se abre la compuerta permitiendo la difusión del potasio hacia fuera, al mismo tiempo se cierran los canales de inactivación del sodio. Por lo tanto, estos procesos se combinan acelerando la repolarización recuperando el estado de reposo. PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN Dirección de la propagación. - El potencial de acción viaja en todas direcciones alejándose del estímulo hasta que se ah despolarizado toda la membrana. Principio el todo o nada. - El proceso de despolarización viaja por toda a membrana solo si las condiciones son adecuadas, caso contrario no viaja en absoluto. Para que no se interrumpa la despolarización, la excitación debe ser mayor a 1, a este requisito se denomina factor de seguridad. REESTABLECIMIENTO DE LOS GRADIENTES IÓNICOS DE SODIO Y POTASIO TRAS COMPLETARSE LOS POTENCIALES DE ACCIÓN: LA IMPORTANCIA DEL METABOLISMO DE ENERGÍA Los iones de sodio se difunden hacia el interior durante la despolarización y los iones potasio hacia el exterior en la repolarización , deben volver a su estado original mediante la bomba sodio- potasio. La energía para esto procede del ATP.
Esta meseta ocurre en el músculo cardiaco y tiene una duración de 0,2 a 0,3 s. en el músculo actúan los canales rápidos de sodio y sodio-calcio lentos. Como vemos en la figura, la primera espiga se debe a los canales abiertos rápidos del sodio, la meseta de dará gracias a los canales sodio-calcio lentos. Esto se debe por la apertura del canal de potasio que es más lenta de lo habitual y con frecuencia no se abre mucho hasta el final de la meseta. RITMICIDAD DE ALGUNOS TEJIDOS EXCITABLES: DESCARGA REPETITIVA Estos aparecen en el corazón en el músculo liso y en muchas neuronas, estas descargas químicas se pueden producir por: 1) el latido rítmico del corazón; 2) el peristaltismo rítmico de los intestinos, y
Conducción <
No se puede producir un nuevo potencial de acción porque poco después de este se inactivan los canales de sodio y no se abrirán las compuertas de inactivación. La única situación en la que puede pasar es que la membrana vuelva a su reposo original, entonces se puede iniciar un nuevo potencial de acción abriendo las compuertas de inactivación. Un segundo potencial se denomina (periodo refractario absoluto). Inhibición de la excitabilidad: << estabilizadores >> y anestésicos locales. Se dice que el ion calcio es un estabilizador porque una concentración elevada en el líquido extracelular de este reduce la permeabilidad de membrana a los iones sodio y reduce la excitabilidad. ANATOMÍA FISIOLÓGICA DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO FIBRAS DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO
Aproximadamente el 40% del cuerpo es músculo esquelético, y tal vez otro 10% es músculo liso y cardíaco. Algunos de los principios básicos de la contracción se aplican también a los diferentes tipos de músculos. En este capítulo se considera principalmente la función del músculo esquelético.
El sacoplasma en el líquido fluido intracelular entre las miofibrillas. - El Sarcoplasma es el espacio líquido entre las miofibrillas y contiene potasio, magnesio, fosfato y enzimas proteicas. También tiene mitocondrias que proporciona energía ATP. El retículo sarcoplásmico es endoplásmico especializado de músculo esquelético. - Este es muy importante para regular el almacenamiento, liberación y la recaptación del calcio. MECANISMO GENERAL DE LA CONCENTRACIÓN MUSCULAR
Los filamentos de miosina están compuestos por múltiples moléculas de miosina. - La molécula de miosina está formada por seis cadenas polipeptídicas, dos pesadas y cuatro ligeras. En un extremo hay dos cabezas de la cadena pesada en su extremo. Las porciones centrales de estos filamentos con la cola se unen para formar el cuerpo. En conjunto los brazos y cabezas forman puentes cruzados. Los brazos permiten que las cabezas se separen y se aproximen del cuerpo y las cabezas participan en la contracción. Los filamentos de actina están formados por actina, tropomiosina y troponina. - Hay dos hebras en una hélice, cada una de ellas formada por moléculas de G-actina polimerasas y se une al ADP, que son puntos activos del filamento de actina, esto permite que haya un punto activo en toda la longitud del filamento cada 2,7nm.
