09 de Enero de 2017

Potencial de membrana celular

Definición de potencial de membrana (PM): es una diferencia de potencial, o de carga eléctrica (separación de cargas a ambos lados de la membrana), entre el interior y el exterior de todas las células del organismo.

Artículo de uso libre, sólo se pide citar autor y fuente (Asociación Educar para el Desarrollo Humano).


Definición de potencial de membrana (PM)

Dos aclaraciones:

- El PM es de signo negativo: en el espacio intracelular la carga es negativa con respecto al espacio extracelular.

- El PM se modifica en función del tipo celular (neurona de Purkinje, neurona piramidal, hepatocito, glóbulo rojo, fibroblasto, etc.), la filogenia (neurona piramidal en gatos y humanos), la ontogenia (neurona piramidal en el niño y el adulto), el ritmo circadiano (neurona piramidal de día y de noche), etc.

GENESIS DEL PM:

Cuatro “actores” principales:

  • permeabilidades selectivas: canales Iónicos;
  • concentraciones iónicas a través de la membrana;
  • gradientes químico y eléctrico;
  • bombeo iónico.

1. Concentraciones iónicas:

La membrana celular está bañada tanto en su interior como en su exterior por líquidos salinos.

Existe una alta concentración de:

* potasio (K) intracelular;

* sodio (Na) extracelular.

2. Permeabilidad selectiva:

La membrana celular es una especie de “piel” (formada por fosfolípidos que “odian” el agua y los iones solubles en ella) con “poros”.

Estos poros son proteínas específicas asociadas a la membrana que “abren” el camino a aquellas sustancias “odiadas” por la membrana (iones y agua) de manera tal que puedan cruzarla.

Estos poros proteicos transmembrana se denominan canales iónicos pasivos y son selectivos. Esto quiere decir que actúan como una especie de “patovicas” que dejan pasar a un solo tipo de ion

La permeabilidad selectiva de la membrana se debe a la existencia de estos canales iónicos.

Debido a la gran cantidad de canales de potasio (K) y a la baja cantidad de canales de sodio (Na), las células presentan una alta permeabilidad al potasio y una baja permeabilidad al sodio.

¡La permeabilidad de la membrana al K es 40 veces superior a la del Na!

3. Gradientes químico-eléctricos:

Gradientes químicos o de concentración: los iones (partículas con carga eléctrica) están en un movimiento constante en el agua (“danzando” en el agua). Este movimiento aumenta desde las regiones de mayor concentración a las de menor concentración del ion.

Cada ion está impulsado por una fuerza de gradiente de concentración (o químico) en un sentido y por una fuerza eléctrica en el sentido inverso(1).

Por ejemplo, el potasio (que tiene una alta concentración intracelular y una baja concentración extracelular) tiende a salir de la célula hacia el exterior por un gradiente de concentración (o químico).

Pero a medida que el potasio se acumula en el líquido extracelular, se genera un campo eléctrico positivo que comienza a rechazarlo hacia el interior de la célula por un gradiente eléctrico.

Llegará un momento en que ambos gradientes se equilibrarán entre sí y la cantidad de K que sale (por gradiente de concentración) será igual a la cantidad que entra (por gradiente eléctrico.

Interludio: el PM como un “cine de barrio”

Imaginemos uno de aquellos cines de barrio en los que solía haber una función por la tarde con una película para chicos (como, por ejemplo, del Pato Donald) seguida a continuación por una película para adultos (como, por ejemplo, de la Coca Sarli).

En un primer momento hay 100 “chicos” (Potasios) en el interior del cine terminando de ver una película del Pato Donald y hay 100 adultos (Sodios) en el exterior del cine esperando para entrar a ver el filma de la Coca Sarli.

En este primer momento NO existe una diferencia de concentración de gente entre el interior y el exterior del cine (100 chicos adentro y 100 adultos afuera, o sea, la diferencia es igual a cero).

Cuando termine la función los chicos van a salir y los adultos van a entrar por diferencias de “concentración”:

  • Hay muchos chicos adentro y pocos chicos afuera.
  • Hay muchos adultos afuera y pocos adultos adentro.

Pero la diferencia entre la salida de los chicos y la entrada de los adultos va a ser que los chicos lo vayan a hacer mucho más rápidamente porque las “puertas” (canales) para los “chicos” (potasios) son más grandes (mayor permeabilidad) que las de los adultos (sodios).

De esta manera, por ejemplo, en los primeros 5 minutos saldrán 10 “chicos” (potasios) por cada adulto (sodio) que entra al cine.

Por lo tanto, luego de este tiempo habrá 91 personas adentro del cine (100 chicos menos 10 que salieron más 1 adulto que entró) y 109 personas afuera (100 adultos más 10 chicos que salieron menos 1 adulto que entró).

O sea que se ha generado una “diferencia” de concentración de personas entre el interior y el exterior del cine, existiendo “menos” personas en el interior que en el exterior del cine.

Esta diferencia de concentración se puede explicar en base a tres causas:

  • Concentraciones de personas: muchos chicos en el interior del cine (K) y muchos adultos en el exterior del cine (Na).
  • Permeabilidad selectiva: puerta más grande para los chicos que para los adultos.
  • Gradientes de concentración: más chicos en el interior que en el exterior del cine. Más adultos en el exterior que en el interior del cine.

Pero de no haber un mecanismo que permita que permanentemente haya “chicos”  (potasios) para salir del cine y adultos (sodios) para entrar llegará un momento en que saldrán los 100 chicos y entrarán los 100 adultos al cine.

Si esto sucede desaparecerá la “diferencia” de concentración de gente entre el interior y el exterior.

Este mecanismo podría ser una especie de “bomba” que volviera a entrar a chicos (potasios) al interior del cine y a sacar adultos (sodios) fuera, manteniendo así siempre una “fuente” de chicos para salir y una fuente de adultos para entrar.

4. Bombeo iónico:

El Na y el K son activamente distribuidos a ambos lados de la membrana por efecto de las Bombas de Na/K. Estas bombas son proteínas de la membrana que gastan ATP (ATPasas) para el transporte activo de iones.

Las bombas “exportan” Na e “importan” K (en contra de sus gradientes de concentración) a la célula. De esta manera mantienen los gradientes de concentración del Na y del K “garantizando” una alta concentración intracelular de K y una alta concentración extracelular de Na.

¡Las bombas en su trabajo consumen el 70% del ATP cerebral! Imaginen en base a este porcentaje la importancia de su función para que el cerebro dedique semejante “gasto” metabólico al bombeo iónico.

Referencias:

  1. Recordemos que cargas eléctricas similares (positivo con positivo) se repelen y cargas diferentes (positivo con negativo) se atraen.

Bibliografía:

  • Pappalardo LW, Black JA, Waxman SG. Sodium channels in astroglia and microglia. Glia. 2016 Oct;64(10):1628-45. doi: 10.1002/glia.22967.
  • Wang JJ, Li Y. KCNQ potassium channels in sensory system and neural circuits. Acta Pharmacol Sin. 2016 Jan;37(1):25-33. doi: 10.1038/aps.2015.131. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/pmid/26687932/

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