bases biofísicas de los fenómenos bioeléctricos
TRANSCRIPT
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.