Curso 2019-2020 POTENCIALES BIOELECTRICOS 1
MECANISMO SUBSTRATO CINETICA OBSERVACIONESDIFUSION Subs. Lipo-
solubles(O2 CO2 EtOH)
JS = ???? [S] · PS TamañoAcidos y bases
débilesCANALES Iones:
Na+, K+, Cl-,Ca2+
Ji = Pi (???? [I] , Em) ProteínasSelectivosRegulables
DIFUSIONFACILITADA
Azúcares,Aminoácidos,Metabolitos
TransportadoresSelectivosRegulables
BOMBAS Na+/K+, Ca2+,H+
TransportadoresTransp. Activo 1º
???? G = ATPCO- y CONTRA-TRANSPORTE
Azúcares,Aminoácidos,Metabolitos,
Iones
Saturación yCompetición
TransportadoresTransp. Activo 2º
???? G = ???? [ion](Na+, K+, H+)
Vm · [S]Km + [S]
JS =
MECANISMO SUBSTRATO CINETICA OBSERVACIONESDIFUSION Subs. Lipo-
solubles(O2 CO2 EtOH)
JS = ??? [S] · PS TamañoAcidos y bases
débilesCANALES Iones:
Na+, K+, Cl-,Ca2+
Ji = Pi (???? [I] , Em) ProteínasSelectivosRegulables
DIFUSIONFACILITADA
Azúcares,Aminoácidos,Metabolitos
TransportadoresSelectivosRegulables
BOMBAS Na+/K+, Ca2+,H+
TransportadoresTransp. Activo 1º
???? G = ATPCO- y CONTRA-TRANSPORTE
Azúcares,Aminoácidos,Metabolitos,
Iones
Saturación yCompetición
TransportadoresTransp. Activo 2º
???? G = ???? [ion](Na+, K+, H+)
Vm · [S]Km + [S]
JS =
???????
Saturación yCompeticiónSaturación yCompetición
?
?
? ?
?
POTENCIALES BIOELECTRICOS 2
10 110Ca2+ 0,0001 1
COMPOSICION CELULAR (mM)
IONINTRA-
CELULAREXTRA-
CELULARNa+ 10 140K+ 140 5Cl-
- +
Microelectrodode Registro
Medio salino
Célula
Electrodo de Referencia
AmplificadorMedidor de
Voltaje
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
Pot
enci
al d
e m
embr
ana
(mV
)
[K+] extracelular, mM
10 1002 5 50 15020
V=60*log ([K+]e/[K+]i)
Músculo sartorio de ranaConway, 1957
Vm = -72 mV
8 120
COMPOSICION CELULAR (mM)
IONINTRA-
CELULAREXTRA-
CELULAR+
+
Cl-
Ei
-71Na 15 150 +60K 150 5 -89
Cl-K+ K+
Cl-
S
+-
X
µA = µ0 + RT*ln(aA) + z*F*V
1µK = µK0 + RT*ln[K]1 + z*F*V1
2µK = µK0 + RT*ln[K]2 + z*F*V2
En Equilibrio, 1µK = 2µK
RT*ln[K]1 + z*F*V1 = RT*ln[K]2 + z*F*V2
zF*(V1-V2) = RT*ln[K]2/[K]1
(V1-V2) = (RT/zF)*ln[K]2/[K]1
(V1-V2) = 60*log [K]2/[K]1
[K+]i/[K+]e = 10, Vm = -60 mV ;
[Cl-]i/[Cl-]e = 10, Vm = + 60 mV
Potencial de Equilibrio. Ecuación de Nernst
POTENCIALES BIOELECTRICOS 3
Potencial de Difusión. Ecuación de Goldmann
(V1-V2) = (RT/F)*lnK2*PK + Na2*PNa +Cl1*PCl
K1*PK + Na1*PNa +Cl2*PCl
((V1-V2) = -60*logKi*PK + Nai*PNa +Cle*PCl
Ke*PK + Nae*PNa +Cli*PCl
8 120
COMPOSICION CELULAR (mM)
IONINTRA-
CELULAREXTRA-
CELULAR+
+
Cl-
Ei
-71Na 15 150 +60K 150 5 -89
Para PK:PNa:PCl = 1:0,03:0,05 Vm = -72 mV
ENa = +60
K+K+
Na+ Na+
Cl-
Cl-
Vm = -72 mVEK = -89
ECl = -71
Cl-K+ K+
Cl-
S
+-
Na+ Na+
ENa = +60
Cl-
Cl-
Vm = -70 mV
EK = -90
ECl = -70
Na+
K+
ATP
Na+
K+ K+
Na+
COMPOSICION CELULAR (mM)
IONINTRA-
CELULAREXTRA-
CELULAR Ei+Na 15 150 +60
+K 150 5 -90
Vm = -70 mV
Vm = -60*logKi*PK + Nai*PNa +Cle*PCl
Ke*PK + Nae*PNa +Cli*PCl
PK >> PNa and PCl
Vm = -60*logKi*PK + Nai*PNa +Cle*PCl
Ke*PK + Nae*PNa +Cli*PCl
Vm = -60*logKi*PK + Nai*PNa +Cle*PCl
Ke*PK + Nae*PNa +Cli*PCl
PNa >> PK and PCl
EK
ENa
0
Vm
EK
ENa
0
Vm
gKgK
gNagNa
Time
gm
Time
gm
+60
-90
Vm próximo a EK
(-90)
Vm próximo a ENa
(+60)
---+++ ---
+++
La apertura de un canal de Na+ despolariza la membrana
POTENCIALES BIOELECTRICOS 4
I=V/R=V*g
Ix=(Vm-Ex)/Rx
Modelo de Hodgkin&Katz
•Condensador = 1 µF/cm2 (C=Q/V)•Resistencias + Baterias en paralelo•Flujo = Corriente (EMF=Ei)
Em =gK*EK +gNa*ENa +gCl*ECl
gK+gNa+gCl
I = V/R = V*g
Ii = gi * (Em – Ei)
INa = gNa * (Em – ENa); IK = gK * (Em – EK); ICl = gCl * (Em – ECl)
At equilibrium, ITotal = INa + IK + ICl = 0
gNa * (Em – ENa) + gK * (Em – EK) + gCl * (Em – ECl) =0
Em * (gNa + gK + gCl) = ENa*gNa + EK* gK + ECl*gCl
Em = (ENa*gNa + EK* gK + ECl*gCl)/ (gNa + gK + gCl)
Em = (Ei*gi)/gTotal (Eq. Hodgkin & Huxley)
1
Estímulo Respuesta
Vm Músculo
Contracción
EVm Nervio
E
+++ +++
- - - - - -
Est.Registro
PROPIEDADES DE CABLE
Propagación con decremento
Potenciales electrotónicos (locales, lentos)
10 ms
5 m
V
PA
1
0,9
0,4
0,2
10,9
0,4
0,2
Potenciales electrotónicos (locales, lentos)
RESPUESTA GRADUADA A PULSOSDESPOLARIZANTES E HIPERPOLA-RIZANTES DE AMPLITUD CRECIENTE
A
B
A B A+B
A A'
Sumación espacial
Sumación temporal
Potenciales electrotónicos (locales, lentos)
1 2 3 4 5Time (ms)
Est
ímu
lo
+50
Vm, m
V 0
-80
Umbral
Potencial invertido
Estímulo umbral
1. Ley del todo o nada
2. Propagación sindecremento (Auto-regenerativo)
+++++- - - - - - - - - - - - - - - - - -++++++ ++++++++++++- - - - -
Potencial de acción Periodos refractarios
PeriodoRefract.
Absoluto
PeriodoRefract.Relativo
Potenciales2_ 1
2
Bases iónicas del potencial de acción
PA
Conductancia
•1902, Bernstein: Permeabilidad inespecífica Colapso de Vm
1939, Curtis & Cole: gm durante PAP. Iónica tanto durante la despolarizacióncomo durante la repolarización
•1939, Hogkin & Huxley: Potencialpositivo durante el pico: ENa es el únicopotencial de equilibrio adecuado.
Vm 40
20
-40
-20
0
-60
0 1 2 3t (ms)
½ Na+
0 Na+
•1949, Hodkin, Huxley & Katz: Efectos del Na+ extracelular sobre el PA Entrada de Na durante el pico. Entrada de 22Na durante el PA
•1952, Hodkin & Huxley: Pinzamiento de potencial.
Pinzamiento de potencial
Hodgkin, Huxley & Katz, 1952
Vm
ms0 2 4 6 8 10
Im
dent
rofu
era
-65
+65
Im dentro
fuer
a
IKIi
INa
Sin Na+
Na+ K+
Ii = (Vm-Ei)·gi
gi= (Vm-Ei)/Ii·
Im dentro
fuer
a Ii
IK+TTX
INa+TEA
Separación de canales por toxinas
30
20
10
0
0,6
0,4
0,2
0
0 2 4
Tiempo (ms)
Cam
bio
de
co
ndu
ctan
cia
(m
mh
o&
cm2 )
h
hgNa
gK
Vm
0
ENa
EK
Umbral
CERRADODESPOL. INICIAL
ABIERTOINACTIVADO
CERRADO
ABIERTOINACTIVADO
Despola-rización
Tiempo
Repola-rización
Potenciales2_ 2
3
1 2 3 4 5 6
++
1 2 3 4 5 6
++
El canal de Na+
Neher & Sakmann
Nobel Prize 1991
Estímulo
9 respuestas individuales
Promedio de 300 respuestas
Potenciales2_ 3
4
Voltage-dependent potassium channelSeizure
Voltage-dependent calcium channelTimothy syndrome
various potassium channels suspectedShort QT syndrome
Ligand-gated non-specific ion channelsRetinitis pigmentosa (some forms)
Voltage-gated sodium channelParamyotonia congenita
variousNonsyndromic deafness
Voltage-gated potassium channelNeuromyotonia
Voltage-dependent chloride channelMyotonia congenita
Ligand-gated sodium channelMyasthenia Gravis
Non-selective cation channelMucolipidosis type IV
Ligand-gated calcium channelMalignant hyperthermia
VariousLong QT syndrome
Voltage-gated sodium or calcium channelHypokalemic periodic paralysis
Voltage-gated sodium channelHyperkalemic periodic paralysis
Voltage-gated sodium channelFibromyalgia
VariousFamilial hemiplegic migraine
Voltage-gated sodium channelGeneralized epilepsy with febrile seizures
Voltage-gated sodium channelErythromelalgia
Voltage-gated potassium channelEpisodic Ataxia
Voltage-gated sodium channelDravet Syndrome
Chloride channelCystic fibrosis
Inward-rectifier potassium ion channelCongenital hyperinsulinism
various, by typeBrugada syndrome
various by typeBartter syndrome (limb of Henle)
Channel typeCondition
Channelopathies
+++++++
- - - - - -
+++++++
- - - - - -
+++++++
- - - - - -
+++++++
------
+++- - -
+++- - -
+++- - -+++
- - -+++- - -
+++- - -
CONDUCCIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
10 100 100010
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Con
duc
tion
velo
city
in m
/s
Diameter in µm
MielínicasAmielínicas
A B C
LLOYDTIPO DIAMETRO (µm) V. Conduccion (m/s) Subtipo Tipo
A 2 a 20 12 a 120 I II III
B <3 3 a 15 --C 0,4 a 1,2 0,2 a 2,5 IV
CLASIFICACION DE ERLANGER Y GASSER
Tipos de fibras nerviosas
PRESION: A>B>C
COCAINA : C>B>A
HIPOXIA: B>A>C
Potenciales2_ 4
PIEL DE RANAA gua du lce (A p ica l) M ed io in te rno (B asa l)
N a +N a +
∼N a +
ATPADP
K+ K +
Na+
∼∼N a +
ATPADP
ATPADP
K+ K +
Na+
PK>>PNaPNa»PK PK>>PNaPNa»PK
EA
EBEBETET
++--
(T ransC )(T ransC )
C l- C l- (P araC )C l- C l- (P araC )
H2OH2O
Lado B aso-la te ra l oS eroso
Lado A p ica l, Lum ina lo M ucoso
ABSORCION
SECRECION
EPITELIOS
Filamentos de actinaFilamentos de actina
TIPO ALTA RESISTENCIA
(TIGHT)
BAJA RESISTENCIA
(LEAKY)RESISTENCIA ALTA
>108 ΩΩΩΩ/cm2BAJA
<100 ΩΩΩΩ/cm2
POTENCIAL TRANSEPITELIAL
ALTO>40 mV
BAJO<5 mV
TRANSPORTE HipertónicoAlto gradiente
IsotónicoBajo gradiente
TASA DE TRANSPORTE
BAJA ALTA
EJEMPLOS Túbulo distalColon
Piel de ranaVejiga de sapo
Túbulo proximalIntestino
Vesícula biliar
Tipos de Epitelios
Apical Basal
C l- C l-
∼Na+
+-
N a +
H2O
C l- C l-C l- C l-
∼Na+
+-
N a +
H2O∼
Na+
∼∼Na+
+- ++--
N a +N a +
H2OH2O
K +
∼Na+N a +
C l- C l-
Ca2+++K +
∼Na+N a +
C l- C l-
Ca2++++
Apical Basal
∼Na+Na+
H+ ∼Na+
∼∼Na+Na+
H+
Na+
H+
∼Na+Na+
SS
∼Na+Na+
SS
SS
POTENCIALES BIOELECTRICOS 10
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