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Facultad de Medicina
Departamento de Fisiología
FISIOLOGÍA HUMANA
BLOQUE 2. FISIOLOGÍA GENERAL
Tema 2. Fisiología de la membrana celular.
Dra. Bárbara Bonacasa Fernández, Ph.D.
E-mail: [email protected]. Telf.: 868 88 4883. Facultad de Medicina. Despacho B1.1.041-2. Campus de Espinardo.
TEMA 2. CONTENIDOS
1.
2.
3.
4.
5.
Equilibrio de masas y homeostasis
Composición de una membrana
Transporte a través de la membrana
La membrana de la neurona
Potenciales celulares
No hay cuestiones pequeñas; las que lo
parecen, son cuestiones grandes no
comprendidas.
Santiago Ramón y Cajal
1.
EQUILIBRIO DE MASAS Y
HOMEOSTASIS
• La ley de equilibrio de masas establece que si la cantidad de una sustancia presente en el
organismo debe permanecer constante, cualquier pérdida debe estar compensada con una
ganancia equivalente, y viceversa.
• Homeostasis  equilibrio estático:
• Equilibrio Osmótico.
• Desequilibrio químico.
• Desequilibrio eléctrico.
Entrada
Excreción
(A través de intestino,
pulmones y piel)
(Por riñones, hígado,
pulmones, piel)
CARGA
CORPORAL
EQUILIBRIO DINÁMICO
Producción
metabólica
• GRADIENTE: variación del valor de
una magnitud en dos puntos
próximos separados cierta
distancia. Puede haber una barrera.
Metabolismo a una
nueva sustancia
LEY DEL EQUILIBRIO DE MASAS
Equilibrio de masas
Carga
corporal
existente
Entrada o
producción
metabólica
Excreción o
eliminación
metabólica
2.
COMPOSICIÓN DE LA MEMBRANA
Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=cIC2eec7xVA&feature=related
2.
COMPOSICIÓN DE LA MEMBRANA
• Barrera con PERMEABILIDAD SELECTIVA: Aislamiento físico, soporte estructural,
comunicación, intercambio de sustancias.
MODELO MOSAICO FLUIDO:
• Lípidos:
• Bicapa de Fosfolípidos y esfingolípidos:
75%.
• Colesterol: 20%. Confiere rigidez.
• Glucolípidos: 5%.
• Proteínas:
• Integrales o periféricas.
• Canales, transportadoras, enzimas,
de unión, de sostén y receptores.
• Participan en la identidad celular.
HC
Pr
• Hidratos de Carbono: inmunidad y en las
interacciones célula-célula.
P-lípidos
Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=ULR79TiUj80
Col
3.
TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA
MEMBRANA
• SEGÚN REQUERIMIENTO DE ENERGÍA:
• Pasivos: no requieren ATP, usa la energía del movimiento molecular.
Difusión: Simple (http://www.juntadeandalucia.es/averroes/manuales/materiales_tic/biomoleculas/difusion2.swf) y facilitada.
(http://www.youtube.com/watch?v=s0p1ztrbXPY)
• Activos: requieren energía del ATP
 Transporte activo primario. (http://www.youtube.com/watch?v=PkmF7yoWiXU), transporte activo secundario,
endocitosis, exocitosis, fagocitosis.
• SEGÚN REQUERIMIENTOS FÍSICOS:
• Difusión simple.
• Uso de vesículas: endocitosis, exocitosis, fagocitosis (http://www.youtube.com/watch?v=4gLtk8Yc1Zc)
• El transporte requiere una proteína de membrana:
• Difusión facilitada.
• Transporte activo 1ario, 2 ario.
3.
TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA
MEMBRANA
ÓSMOSIS Y TONICIDAD
• ÓSMOSIS: difusión neta de
agua a través de una membrana
semipermeable.
• Depende de la diferencia de la
concentración total de solutos
osmóticamente activos.
• Presión Osmótica: presión que
debe aplicarse a una solución
para detener el flujo neto de
disolvente a través de una
membrana semipermeable.
Animación: http://www.juntadeandalucia.es/averroes/manuales/materiales_tic/biomoleculas/osmosis.swf
3.
TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA
MEMBRANA
• TONICIDAD: Es un término que se utiliza para describir el cambio de volumen de la
célula cuando se coloca en una solución.
Animación: http://www.juntadeandalucia.es/averroes/manuales/materiales_tic/biomoleculas/osmosis2.swf
4.
LA MEMBRANA DE LA NEURONA
ESTRUCTURA DE UNA NEURONA
• Las neuronas son CÉLULAS EXCITABLES que
pueden modificar el potencial de reposo en
respuesta a un estímulo y propagarlo.
dendritas
Señal aferente
núcleo
C
U
E
R
P
O
Integración
• Soma o cuerpo celular.
• Contiene el núcleo y orgánulos.
• Recibe señales.
cono
axónico
• Dendritas.
• Prolongaciones finas , ramificadas.
• Función: recibir señales.
• Axones.
• Prolongaciones a partir del cono axónico de longitud
variable.
Señal eferente
• Función: transmitir señales.
sinapsis
• Sinapsis: región donde una terminación axónica se
reúne con su célula diana.
vainas
mielina
A
X
Ó
N
4.
LA MEMBRANA DE LA NEURONA
ESTRUCTURA DE UNA NEURONA: vaina de mielina.
Website: http://www.uni-mainz.de/FB/Medizin/Anatomie/workshop/EM/EMNerv.html
4.
LA MEMBRANA DE LA NEURONA
TIPOS DE NEURONAS
4.
LA MEMBRANA DE LA NEURONA
ÁREAS FUNCIONALES DE LA NEURONA
• ZONA DE ENTRADA (1):
• Dendritas y soma.
• Canales ligando dependientes y escasos canales
voltaje dependientes.
• Potenciales postsinápticos (escalonados).
1
2
• ZONA DE INTEGRACIÓN (2):
• Zona de gatillo: punto de “toma de decisiones”.
• Alta concentración de canales voltaje-dependientes.
• Suma todos los potenciales postsinápticos y crea
potenciales de acción (PA).
• ZONA DE CONDUCCIÓN (3):
• Algunos canales voltaje dependientes.
• Especializada en propagación de PA.
CONO
AXÓNICO
3
VAINAS
MIELINA
SINAPSIS
5.
POTENCIALES CELULARES
MEDIDA DEL POTENCIAL DE REPOSO
• CONVENIO: Polo negativo intracelular y
positivo extracelular.
Voltaje exterior es 0 y el interior negativo.
La corriente en los sistemas biológicos es el
movimiento neto de carga positiva.
• Se mide en mV: Gradiente eléctrico → Voltaje
• Membrana celular: compartimentación de la
carga eléctrica del organismo.
Vídeo: Técnica de Patch-clamp
5.
POTENCIALES CELULARES
MEDIDA DEL POTENCIAL DE REPOSO
• Ley de conservación de las cargas: la cantidad neta de carga eléctrica producida por
cualquier proceso es cero.
• Las cargas opuestas se atraen entre sí.
• Separar cargas positivas y negativas requiere energía.
• Los materiales pueden ser conductores o aislantes.
+
Exterior de la célula
Interior de la célula
Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=YP_P6bYvEjE
5.
POTENCIALES CELULARES
POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO
• Neuronas y músculo generan potenciales de acción
más tejidos que usen señales eléctricas para su comunicación.
5.
POTENCIALES CELULARES
GRADIENTES IÓNICOS TRANSMEMBRANA
5.
POTENCIALES CELULARES
GRADIENTES IÓNICOS TRANSMEMBRANA
5.
POTENCIALES CELULARES
GRADIENTES IÓNICOS TRANSMEMBRANA
• POTENCIAL DE EQUILIBRIO: Potencial de membrana que se opone
exactamente al gradiente de concentración de un ión (Eión).
• El potencial de equilibrio para cualquier ión a 37º C puede calcularse
con la ECUACIÓN DE NERST: predice el potencial de membrana que
produciría un único ión, si la membrana fuese permeable sólo para ese
ión.
61
[ión]ext
log
Eión=
Z
[ión]int
x
Z =la carga del ión
• Usando la ecuación de Nerst, el valor del potencial de membrana para el K+ es de 90mV, pero el valor promedio para el potencial de reposo de las neuronas es de 70mV.
5.
POTENCIALES CELULARES
GRADIENTES IÓNICOS TRANSMEMBRANA
5.
POTENCIALES CELULARES
GRADIENTES IÓNICOS TRANSMEMBRANA
• En células de mamíferos, el
Na+, el K+ y el Cl- influyen en el
potencial de membrana en
células en reposo.
• La contribución de cada ión al
potencial es proporcional a su
capacidad para atravesar la
membrana.
Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=iA-Gdkje6pg
5.
POTENCIALES CELULARES
GRADIENTES IÓNICOS TRANSMEMBRANA
Canal de K+
Canales de K+
abiertos
primariamente
Canal de Na+
Canal de Cl-
Pocos canales de
Na+ y Cl- abiertos
5.
POTENCIALES CELULARES
GRADIENTES IÓNICOS TRANSMEMBRANA
• Ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz: potencial de membrana en reposo resultante de la
contribución de todos los iones que pueden atravesar la membrana.
Vm= 61 log
x
PK[K+]ext+PNa[Na+]ext+PCl[Cl-]ext
PK[K+]int+PNa[Na+]int+PCl[Cl-]int
Vm= potencial de membrana en reposo a 37ºC; P= permeabilidad selectiva al ión
• El potencial de reposo está determinado por las contribuciones combinadas del
“producto gradiente” de concentración por “permeabilidad de membrana” para cada ión.
• También se puede utilizar para predecir lo que sucede con el potencial de membrana
cuando cambian las concentraciones iónicas o las permeabilidades.
Website: http://www.nernstgoldman.physiology.arizona.edu/
5.
POTENCIALES CELULARES
GRADIENTES IÓNICOS TRANSMEMBRANA
Potencial de Membrana (mV)
Cambios en ambos sentidos:
• Despolarización: si es una disminución hacia el valor más positivo.
• Repolarización: si vuelta al potencia de membrana en reposo.
• Hiperpolarización: si es aumento haciéndose más negativo.
Un cambio en el potencial de membrana no significa que los gradientes de concentración se
hayan revertido.
Diferencia de potencial de membrana
(Vm)
Vm
disminuye
Despolarización
Repolarización
Vm
aumenta
Hiperpolarización
5.
POTENCIALES CELULARES
FACTORES QUE GENERAN EL POTENCIAL DE REPOSO
1.Diferente distribución de iones a través de la membrana.
• Prot-: sólo dentro.
• Na+: predominan fuera.
• K+: predominan dentro.
• Cl- : predominan fuera.
2.Permeabilidad selectiva:
• Baja permeabilidad a aniones orgánicos.
• Cationes.
• Permeabilidad al K+ > Na+
• Baja permeabilidad a Ca+2
3.Bomba sodio-potasio: Contribuye al potencial de
reposo manteniendo los gradiente iónicos del Na+
y K+ (indirectamente).
Síndrome de Bartter y síndrome de
Andermann
5.
POTENCIALES CELULARES
FACTORES QUE GENERAN EL POTENCIAL DE REPOSO
LEC
1
Bomba Na+-K+-ATPase
ATP
ADP
5
2
3 Na+ desde
LIC se unen
LIC
ATPase se foforila P
con Pi del ATP.
2 K+ se liberan hacia el LIC
La proteína cambia de
configuración
P
4
2 K+ desde el LECse unen
P
La proteína cambia
de configuración
3
3 K+ liberados hacia el LEC
P
El ATP se usa como fuente de energía: transporte activo primario.
Vídeos: http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120068/bio03.swf; http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120107/bio_a.swf