Post on 22-Apr-2015
MEMBRANAS BIOLÓGICAS
Dr. Carlos Morales A.Cardiólogo Pediatra
UPCP – Hospital Coquimbo
ESTRUCTURA MEMBRANAS
DIFUSIÓN A TRAVÉS DE MEMBRANA
DIFUSION SIMPLE:Por bicapaPor canales
DIFUSION FACILITADA
TRANSPORTE ACTIVOPrimario (bombas)Secundario
Cotransporte.Contratransporte.
DIFUSION SIMPLE
POR BICAPA LIPIDICADependerá de:1. Concentración (cantidad)2. Cinética molecular (T)3. Liposolubilidad
Ejemplo: Oxígeno
DIFUSION SIMPLE
POR CANALES PROTEICOSAltamente efectivos.Especialmente para agua.
(100 veces volumen GR)
Depende de:1. Hidrosolubilidad2. Tamaño3. Polaridad
Selectividad
CANALES PROTEICOS
ALTAMENTE SELECTIVOS PARA UN SOLUTO
CANALES PROTEICOS
PERMEABILIDAD MODULABLE POR EL MEDIOPOR LIGANDOPOR VOLTAJE
DIFUSION FACILITADA
1. Mediada por transportadores.
2. A diferencia de la simple, tiene una velocidad máxima (Vmax) de difusión.
3. Vmax dependería del número de transportadores. No de la cantidad de solutos.
(figura 4-6)
DIFUSION FACILITADA
La velocidad del transporte no puede ser mayor a la velocidad del cambio conformacional de la proteína
Ejemplos: glucosa, aminoácidos
FACTORES DETERMINANTES DE DIFUSION
La tasa neta de difusión dependerá de:
1) La diferencia de concentraciones entre un lado y otro de la membrana.
2) Diferencia de presión a través de la membrana
Fig. 4 – 8 (a)
Fig. 4 – 8 (b)
FACTORES DETERMINANTES DE DIFUSION
La tasa neta de difusión dependerá de:
3) Potencial eléctrico de membrana (iones). Ecuación de NERSNT
Fig. 4 – 8 (c)
OSMOSISDifusión neta de agua dadas diferencias en su concentración.
Ocurre en membranas selectivamente permeables (un soluto no atraviesa y se acumula en un lado)
Fig. 4 – 9
PRESION OSMOTICA
La presión osmótica depende del número de partículas por unidad de volumen y no de la masa.
Esto se debe a que las partículas grandes son mas lentas y las más pequeñas son más rápidas. Por ende, energía cinética promedio será la misma
PRESION OSMOTICA Lo anterior implica que necesitamos conocer la
CONCENTRACION MOLAR de una sustancia (número de partículas) = Osmol.
Osmolalidad = 0smol/Kilógramo solución. Osmolaridad = Osmol/Litro solución (más practico).
RELACIÓN OSMOLARIDAD Y PRESIÓN (37°C). 1 Osmol/Kg = 19.300 mmHg 1 mOsmol/Kg = 19,3 mmHg 300 mOsmol/Kg = 5790 mmHg VALOR REAL = 5500 mmHg (atracción iónica, disociación parcial).
TRANSPORTE ACTIVO
1. Mediado por Bombas (enzimas en membranas).
2. Hay muchas (Na, K, Ca, H, etc).
3. En diferentes membranas (celular, retículo endoplásmico, mitocondria).
4. La mas estudiada es la NaKATPasa.
TRANSPORTE ACTIVO
TRANSPORTE ACTIVO
• Compuesta por 2 subunidades:– ALFA: 100.000 daltons– BETA: 55.000 daltons
• ALFA: 3 componentes:– 3 sitios receptores Na dirección hacia dentro– 2 sitios receptores K dirección hacia afuera– 1 sitio actividad ATPasa en el interior.
• BETA: Aparente función de anclaje.
TRANSPORTE ACTIVO
• La bomba tiene importancia en el control del volumen intracelular.– Proteínas intracelulares tienen carga negativa– Atraen iones positivos.– NaKATPasa retira 3 Na por 2 K.
• La bomba tiene capacidad electrógena.– Hay movimiento neto de 1 ión (+) hacia afuera.– Se crea por ende un potencial transmembrana.
TRANSPORTE ACTIVO
ENERGÉTICA DE LA BOMBA• Para concentrar una sustancia 10 veces, se requiere 1400
calorías, para hacerlo 100 veces, se requiere 2800 calorías. 1000 veces 4200 calorías, es decir:
• Siendo la energía estimada en Calorías por Osmol.
COTRANSPORTE
CONTRATRANSPORTE
POTENCIAL DE MEMBRANA
POTENCIALES ORIGINADOS POR DIFUSIÓN
FIBRA A: Potencial de difusión a través de una membrana causado por difusión de iones K desde el interior al exterior. El potencial eléctrico resultante será negativo.
FIBRA B: Potencial de difusión a través de una membrana causado por difusión de iones Na desde el exterior al interior. El potencial eléctrico resultante será positivo.
RELACIÓN ENTRE POTENCIAL DE DIFUSIÓN Y DIFERENCIA DE CONCENTRACION
ECUACION DE NERNST
Relaciona el potencial transmembrana necesario para mantener una diferencia de concentraciones de un ión monovalente a 37°C
CONSIDERACIONES:Exterior se considera 0 mV. Interior se considera que varía.Si ión es (+) el valor se considera (-). Si ión es (-), el valor se considera (+).
POTENCIAL DE DIFUSIÓN CUANDO LA MEMBRANA ES PERMEABLE A VARIOS IONES
DIFERENTES
POTENCIAL DE DIFUSIÓN CUANDO LA MEMBRANA ES PERMEABLE A VARIOS IONES
DIFERENTES
ECUACION DE GOLDMAN-HODGKIN-KATZ
CONSIDERACIONES:1. Na, K, Cl, son los principales iones involucrados.2. Todos son monovalentes.3. La ecuación compensa carga (-) de Cl invirtiendo su relación,
porque Cl al entrar produce más electronegatividad en el interior.4. La importancia de cada ion en cada instante será proporcional a su
permeabilidad.
POTENCIAL DE REPOSO
• DETERMINANTES:– Potencial difusión del K • Único canal abierto en reposo es el canal de escape
– Difusión de sodio • Canales de escape 100 veces menos numerosos que K
– Bomba NaK ATPasa.• Bombea 3Na hacia afuera por 2K hacia dentro.
POTENCIAL DE REPOSO
• Potencial difusión del K• Concentraciones: Exterior 4 mEq/l – Interior: 140 mEq/l• Cuociente: Ki/Ke = 35.• Nersnt: FEM = -61 log 35 = -61 * 1,54 = -94 mV
• Potencial difusión Na• Concentraciones:Exterior 140 mEq/l – Interior 14 mEq/l• Cuociente Nai/Nae = 0,1• Nersnt = +61• Pero, permeabilidad es 100 veces menor• Goldman (K * 0,01Na) = -86 mEq/l
POTENCIAL DE REPOSO
• Bomba NaKATPasa:– Aporta con -4 mV adicionales al retirar en forma
neta más cargas positivas del interior.
POTENCIAL DE REPOSO TOTAL: - 90 Mv.
POTENCIAL DE ACCION
Dr. Carlos Morales A.Cardiólogo Pediatra
UPCP – Hospital Coquimbo
POTENCIAL DE ACCION DEL NERVIO
• Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción.
• POTENCIAL DE ACCION– Cambio brusco del potencial de membrana (negativo a
positivo) con 2 características:1. Propagable.2. Reversible.
FASES DEL POTENCIAL DE ACCION
1. Generación Potencial Acción1. Fase de reposo2. Fase de Despolarización3. Fase de Repolarización
2. Propagación Potencial Acción3. Recuperación Potencial Reposo
FASE DE REPOSO
CANAL DE SODIO VOLTAJEDEPENDIENTE
(A) En reposo, el portal de activación (AG) está cerrado y el de inactivación (IG) abierto.
(B) Durante la activación, ambos portales se abren. (C) En la inactivación, se cierra el portal de inactivación, el de activación aún
permanece abierto. (D) Durante el período refractario, ambos portales están cerrados
CANAL DE POTASIO VOLTAJEDEPENDIENTE
(A) En reposo: Canal cerrado
(B) Cerca de 0 mV: Canal abierto. Lentos, coinciden con fase (C) inactivación canales Na.
DESPOLARIZACION/REPOLARIZACION
FASE DE REPOLARIZACIÓNCanales de PotasioVoltaje dependientes
FASE DESPOLARIZACIONCanales de SodioVoltajedependientes
Postpotencial “positivo”
LOS OTROS IONES
• ANIONES CITOPLASMÁTICOS:– IMPERMEABLES: No pueden salir.– Responsables de la carga (-) frente a déficit de K.
• CALCIO:– Bomba calcio: Gradiente 10-3/10-7
– Canales Calcio voltajedependiente• Lentos (10 a 20 veces).• Permeables a Na y Ca
– Calcio iónico modula tanto canales rápidos como lentos.
GENERACION POTENCIAL ACCION
FEEDBACK (+) PARA APERTURA CANALES SODIO:Cuando un canal abre despolariza un poco más, propiciando que otro canal abra.
Mientras más cerca de 0 mV, más canales abrirán.
UMBRAL EXCITACIÓN:Estimulo debe despolarizar un mínimo para producir potencial acción.
De modo que ρNa > ρK Generalmente basta llevar de -90 a -65 mV
GENERACION POTENCIAL ACCION
EXCITABILIDAD:Dependerá de:
1. Concentraciones de K previas2. Permeabilidad de canales K libres.
EXCITABILIDAD AUMENTADA:Potencial reposo más cerca del umbral.Menos K intracelularMenos flujo del K intracelular.
EXCITABILIDAD DISMINUIDA:Potencial de reposo más lejos del umbralMás K intracelularMás flujo del K intracelular (compensa entrada de Na).
GENERACION POTENCIAL ACCION
POTENCIAL SUBUMBRALAquel que no logra generar potencial acción.
POTENCIAL UMBRALSí lo genera.
La intensidad del estímulo reduce el tiempo de latencia entre estímulo y generación del potencial de acción.
GENERACION POTENCIAL ACCION
PERIODOS REFRACTARIOS
ABSOLUTO:Es imposible desencadenar un segundo estímuloCanales Na INACTIVADOSDura 1/2500 segundos.
RELATIVO:Un estímulo suficientemente intenso logra estimularCanales K ABIERTOS(Algunos canales Na inactivos)Dura entre 25 y 50% de PRA.
GENERACION POTENCIAL ACCION
INTENSIDAD DEL ESTÍMULO:Se traducirá en frecuencia de potenciales.
FRECUENCIA MÁXIMA:Depende de:Mínima latenciaAusencia potenciales subumbralesAusencia periodo refractario relativoPeriodo refractario absoluto
FRECUENCIA MÁXIMA:2500 IMPULSOS POR SEGUNDO.
POTENCIAL ACCION COMO CIRCUITO RC
PROPAGACION POTENCIAL ACCION
PRINCIPIO TODO O NADAPara desencadenar un potencial de acción se debe superar el umbral.
Sólo una despolarización completa en un segmento garantiza la despolarización en el segmento siguiente
PROPAGACION POTENCIAL ACCION
PRINCIPIO TODO O NADAPara desencadenar un potencial de acción se debe superar el umbral.
Sólo una despolarización completa en un segmento garantiza la despolarización en el segmento siguiente
PROPAGACION POTENCIAL ACCION
DIRECCION DE LA PROPAGACIÓNSEGMENTO ROJO: Despolarización
Canales Na: AbiertosCanales K : Cerrados
SEGMENTO NARANJA: RepolarizaciónCanales Na: InactivadosCanales K: Abiertos
PROPAGACION COMO CIRCUITO ELECTRICO
PROPAGACION POTENCIAL ACCION
RECUPERACIÓN POTENCIAL REPOSO
BOMBA NaKATPasaGran capacidad de regeneración del potencial.
Adaptable según concentración Na intracelular
10 20 mEq/l aumenta 8 veces actividad.
CIRCUNSTANCIAS ESPECIALES
FIBRAS MIELÍNICA Y AMIELÍNICAS
FIBRAS MIELÍNICA Y AMIELÍNICAS
POTENCIALES MESETA
Prolonga Periodo Contracción (hasta 300 msec)
CAUSAS:• Canales Lentos.• Canales K aún más lentos
POTENCIALES RITMICOS