bases biofísicas de los fenómenos bioeléctricos

TALLER:

BASES FÍSICAS DE LOS FENÓMENOS BIOELÉCTRICOS

BIOFÍSICA MÉDICA, 2013-1

Medicina Mexicali, UABC.

EQUILIBRIO DONNAN•EQUILIBRIO ELECTROQUĺMICO•EQUILIBRIO POR CONCENTRACIÓN

IONES NO EQUILIBRADOS

IONES EQUILIBRADOS

EQUILIBRIO DONNANANIÓN PROTEICO NO DIFUSIBLE (COMPARTIMIENTO 2)

El Cl se difunde hacia el compartimiento 2 (Gradiente)

Diferencia de potencial (Compartimiento 2 más negativo)

EL K se difunde al compartimiento 2 (Atracción de cargas)

Electroneutralidad

[K+]2 [Cl-]2 = [K+]1

[Cl-]1

EQUILIBRIO DONNAN

BOMBA SODIO-POTASIO

REGULA LA CONCENTRA

CIÓN DE IONES DE

Na Y K

CONOCIMIENTOS PREVIOS• Interacción eléctrica: fenómenos de atracción y

repulsión entre cargas positivas y negativas

• Carga: es un cierto numero de electrones (carga negativa) o de protones (carga positiva).

• Coulomb: unidad de carga del SIU.

• Sustancia electrolítica: aquellas sustancias que en contacto con el agua de disocian en iones.

• Tiene un valor de 96 500 C. mol-1

• Esto se obtiene al sacar la carga de un mol de electrones= (6.022 x 1023 e-) (1.602 x 10-19 coulomb)= 96 472 Cmol-1

• Este valor se puede redondear a 96 500 Cmol-1 = 1 Faraday.

CONSTANTE DE FARADAY

AQ BDesplazamiento

Trabajo necesario

Es la energía que se debe suministrar para separar las cargas de A y Q

Diferencia de potencial:La energía necesaria para

separar dos cargas unitarias una determinada

distancia.

POTENCIAL ELÉCTRICO

Q A BDesplazamiento

Liberación de energía

Diferencia de potencial entre dos puntos: La energía asociada al desplazamiento de una carga entre dos puntos .

A B

SN

SN

SN

SN

SN

SN

SN

POTENCIAL QUÍMICO POTENCIAL

ELÉCTRICO

POTENCIAL ELECTROQUÍMICO

GRADIENTE ELECTROQUÍMICO

SISTEMA EN EQUILIBRIO

• Es el potencial que se debe aplicar para que no haya flujo neto de iones en presencia de un gradiente químico, por lo tanto es el potencial eléctrico que se necesita para equilibrar a un gradiente químico.

ECUACIÓN DE NERNST

ECUACIÓN DE GOLDMAN-HODGKIN Y KATZ

1. Dos compartimentos separados por una membrana

Propiedades de Permeabilidad

V

BA

Diferencia de Potencial

Trabajo:Energía

Carga

Diferencia de Potencial: Célula

• Gradientes de Concentración Iónica

• Diferencia de Potencial V

• Estado Estacionario

No en Equilibrio

Flujo de Ión:1. Movilidad

3. Gradiente de Concentración

2. Dif. De PotencialPERMEABILIDAD

COEFICIENTE EMPÍRICO

En el caso de los potenciales estacionarios se requiere una fuente exógena que preserve el

gradiente.

lnV = RT

F

pK [K]1 + pNa [Na]1 + pCl [Cl]2

pK [K]2 + pNa [Na]2 + pCl [Cl]1

lnV = RT

F

pK [K]i + pNa [Na]i + pCa [Ca]i + pCl [Cl]e

pK [K]e + pNa [Na]e + pCa [Ca]e + pCl [Cl]i

pCon respecto al más permeable

KDonde:

R Constante de los gasesT TemperaturaF Faraday (i) Concentración intracelular(e) Concentración extracelularp permeabilidad

Igual a la unidad = 1

lnV = RTF

pK [K]i + pNa [Na]i + pCa [Ca]i + pCl [Cl]e

pK [K]e + pNa [Na]e + pCa [Ca]e + pCl [Cl]i

Donde:

R Constante de los gasesT TemperaturaF Faraday (i) Concentración intracelular(e) Concentración extracelularp permeabilidad

EN CONDICIONES DE REPOSO DE LA MEMBRANA,

Las p del con respecto a las

de son muy bajas.

Na+

Ca+

Cl-

K+

Coeficiente De Permeabilidad De Iones

Símbolo Valor (cm/s)

pK+ 1

pNa+ 0,03

pCl- 1

pCa+ 0,001

ECUACIÓN DE GOLDMAN-HODGKIN Y KATZ

Coeficiente De Permeabilidad De Iones

Símbolo Valor (cm/s)

pK+ 1

pNa+ 0,03

pCl- 1

pCa+ 0,001

lnV = RT

F

pK [K]i + pNa [Na]i + pCa [Ca]i + pCl [Cl]e

pK [K]e + pNa [Na]e + pCa [Ca]e + pCl [Cl]i

-61mV.logV = (1) 100 + (0.003) 10 + (0.001) 0.0001 + (1)120

5 (1) + (0.03) 140 + 0.0001 (5) +5 (1)

-61mV.log= 220

14.2= -73 mVV

Donde:

R Constante de los gasesT TemperaturaF Faraday (i) Concentración intracelular(e) Concentración extracelularp permeabilidad

PROPIEDADES ACTIVAS Y

PASIVAS DE LAS CÉLULAS

EXCITABLESNEURONA

S

CÉLULA MUSCULA

R

PASIVAS

Capacitancia

Conductancia

Gradiente electroquímico

No cambian durante la

generación de señales.

Cambian durante la generación de

señales.

CANALES PASIVOS CANALES ACTIVOS

Siempre abiertos, no regulables.

Son regulados por cambios en el potencial, transmisor o

físicamente.

CARACTERÍSTICAS DE LAS CÉLULAS EXCITABLES

PASIVAS

Capacitancia

Conductancia/

Gradiente electroquímico

Capacidad para almacenar cargas eléctricas de la bicapa lipídica de la membrana celular.

Distribución desigual de cargas eléctricas a uno y otro lado de la membrana.

Capacidad de las neuronas de trasmitir impulsos eléctricos o impulsos nerviosos.

LEC (Na+ y Cl-)LIC (K+)

CARACTERÍSTICAS DE LAS CÉLULAS EXCITABLES

Abren en respuesta a cambios en el potencial de membrana.

ACTIVAS

Canales iónicos dependientes de

voltaje

Canales iónicos dependientes de

ligandos

Canales iónicos regulados

físicamente

Representan el papel principal en la propagación de señales eléctricas.

Los potenciales de acción son consecuencia directa de los canales iónicos regulados por voltaje.

Tipos de canales dependientes de voltaje: 1. Canales de Na+2. Canales de K+3. Canales de Ca2+

Interacción de una substancia química con una parte del canal llamado receptor, que crea un cambio en la energía libre y cambia la conformación de la proteína abriendo el canal.

Tienen dos sistema de apertura:1. Unión directa al receptor asociado al canal

(ionotrópico).2. Unión al receptor que no está asociado al canal

(metabotrópico).También el calor aumenta la fluidez de la membrana y abre canales por deformación de la membrana.

Las proteínas están unidas al citoesqueleto.

Hay un estímulo mecánico y las fuerzas de tracción abren el canal.

La deformación de la membrana tracciona las fibras del citoesqueleto.