El potencial de membrana en reposo

Para qué sirve el potencial de membrana

• Para llevar a cabo en forma eficiente los procesos celulares.

• Equilibrio iónico genera un potencial electroquímico. Es una energía potencial que puede ser usada para generar trabajo.

• Un ión en equilibrio a través de la membrana satisface la ecuación de Nernst.

El potencial de equilibrio de un ión se puede predecir mediante la ecuación de Nernst

• Ex= RT ln[X]2

zF [X]1

• R= constante de los gases• T= temperatura en grados Kelvin• z = valencia del ión permeable (carga)• F= constante de Faraday (cantidad de

carga eléctrica contenida en un mol de un ión univalente)

• Ex= 0,058V log[X] (I)LEC

• z [X] (II) LIC

• Ex= 58mV log[X] (I)LEC

• z [X](II) LIC

[K+]in = 100 mM and [K+]out = 10 mM

VK = ln[K+]in

[K+]out

-RTzKF

VK = log[K+]in

[K+]out

-61.5 mVzK

VK log [K+]in

[K+]out

-60 mVzK

VK -60 mV

R = 8.31 J/(mol-deg) T = 310o K F= 96,500 coul/mol ln to log (x2.303)

Ejemplo para el ión K+

Ecuación de Nernst sólo se establece para los iones en equilibrio

• Ecuación de Nernst sólo se establece para los iones en equilibrio.

• Se puede utilizar para predecir el sentido en el que tienden a fluir los iones.

• Ejemplos:– Después del ejemplo, la ecuación de Nernst nos

dice que en equilibrio, el lado A debe ser 60mV más negativo que el lado B.

¿Y a quién le puede importar?

• Para llevar a cabo en forma eficiente los procesos celulares.

• Bueno, la ecuación de Nerst:– Descifra la igualdad que existe entre las

fuerzas eléctricas y químicas.– Es una herramienta que permite predecir

el transporte activo si es que existe– Punto de partida conceptual para entender

las bases fisiológicas de la actividad bioeléctrica.

• EK+= 0,058 log[K+] LEC

• z [K+] LIC

LEC= 0,01 M

LIC = 0,1 M

Por lo tanto, si hay una gradiente de concentración para un ión, la ecuación de Nernst otorga el potencial de equilibrio para ese ión

El potencial de equilibrio para un ion dado es el potencial de membrana que detiene la difusión de este ión a través de la

membrana celular.

Ión no permeable

Conceptos que hay que digerir.....

• 1.- El potencial de membrana (Vm), es el voltaje producido a través de la membrana cuando las cargas se separan.

• 2.- Todas las células vivas tienen potencial de membrana. Esta lista incluye entre otras a las células epiteliales, fibroblastos, glóbulos rojos, células de la piel, osteoblastos/osteoclastos, ovocitos, espermatozoides, hongos, bacterias, etc.

• 3.- El Vm 0 no implica que no exista voltaje. El Vm tiene una dirección. Y cero es sólo un punto donde el Vm se mueve hacia + o -.

Por qué se genera el potencial de membrana en reposo

• Todas las células poseen potenciales eléctricos:– Diferencias en las concentraciones de

iones específicos.– Membranas tienen permeabilidad selectiva

a estos iones.

Se genera un potencial eléctrico

que tiende a impedir el mayor flujo de K+ de

1 a 2

- +

electroquímico

Equilibrio electroquímico : balance neto entre 2 fuerzas opuestas sobre el K+

1. Una gradiente química de concentración que provoca el movimiento de potasio desde el compartimiento 1 al 2, tomando consigo una carga positiva.

2. Una gradiente eléctrica opuesto que tiende a detener el movimiento de K+ a través de la membrana. La fuga de cargas positivas deja una carga negativa en el interior de la membrana, lo que atrae al K+.

3. A medida que aumenta la gradiente de concentración, mayor es la gradiente eléctrica necesaria para detener el flujo de K+.

Equilibrio de Donnan

Equilibrio entre iones que pueden atravesar la membrana y otros que no pueden atravesarla.

A- puede corresponder a proteínas y nucleótidos

Investigar sobre la esferocitosis hereditaria

Generación de una diferencia de potencial a

ambos lados de una membrana

emf: fuerza electromagnéticasLIC LEC

En el equilibrio electroquímico, una diferencia de gradiente química de concentración se equipara exactamente con una diferencia de potencial eléctrico.

1. La membrana en reposo es más permeable al K+ que a cualquiera de los otros iones presentes.

Los canales iónicos que atraviesan la membrana son selectivamente permeables a iones.

2. Hay más potasio en el interior de la célula que en el exterior.

Diferencia de concentración de varias especies iónicas dentro y fuera de la célula. Estas diferencias se mantienen a expensas de energía metabólica.

El potencial de reposo de interior negativo de las células surge porque: (Hodgkin and Katz, 1949).

La ecuación de Goldman integra la permeabilidad a varios iones

• E Na,K,Cl= RT log PK [K+]LEC+PNa [Na+]LEC+ PCl [Cl-]LIC

• F PK [K+]LIC+PNa [Na+]LIC+ PCl [Cl-]LEC

• E Na,K= 0,058 log PK [2,5]LEC+PNa [120]LEC

• PK [140]LIC+PNa [10]LIC

• Vm= ?

Factors influencing theMembrane Potential at Rest

A. Ion Gradients

Ion [in] [out] Veq (Nernst)

Na+ 12 mM 140 mM +64 mV

K+ 135 4 -92

Cl+ 4 116 -88

Pi

10-9 cm/sec

10-7 cm/sec

10-8 cm/sec

B. Membrane Permeability

Goldman prediction of Vm = -84 mV

PK[K+]out + PNa[Na+]out + PCl [Cl-]in

Vm -60 mV logPK[K+]in + PNa[Na+]in + PCl [Cl-]out

VNa

VKVCl

Vm

} ‘boundaryconditions’

+50

0

-50

-100

Mem

bran

e P

oten

tial

(m

V)

So, at ‘rest’PK dominates

3Na+ATP

3Na+

2K+

2K+

In large part, it reflects theconstitutive activity of apopulation of K Channels(‘inward rectifier’ - KIR channels)

What is the basis of ‘PK’?

Origen del potencial de membrana en reposo

• Todas las células poseen potenciales eléctricos:– Diferencias en las concentraciones de

iones específicos.– Membranas tienen permeabilidad selectiva

a estos iones.• Presencia de bombas y canales

Bombas:

-mueven iones en forma activa en contra de gradiente de concentración

-crean gradientes

El ión se une

El ión es bombeado a través de la membrana

Canales iónicos:

-difusión de iones y reducen los gradientes de concentración

-producen permeabilidad selectiva

El ión difunde a través del canal

La membrana plasmática es un capacitor: puede mantener una separación de las cargas

-

-

-

-

-

-

-

+

+

+

+

+

+

+

¿ Cuál sería el Potencial de membrana si la membrana fuera permeable sólo al Na+ ?

Permeabilidad relativa