Componentes moleculares
Las membranas biológicas son organizaciones supramoleculares flexibles y
fluidas que delimitan las células del medio circundante, como es el caso de la
membrana plasmática, o constituyen el sistema de endomembranas característico
de las células eucariotas que condiciona
la compartimentación de éstas.
La composición molecular de las membranas varía según el tipo de célula
del cual forma parte, están constituidas fundamentalmente por lípidos,
proteínas y glúcidos en pequeñas cantidades.
A continuación analizaremos algunos aspectos particulares de cada uno de
los componentes moleculares de las membranas.
Los
lípidos que se encuentran formando parte de las membranas presentan la
propiedad de ser anfipáticos, que como recordarán se debe a la presencia en
estas moléculas de una porción polar hidrofílica y otra apolar hidrofóbica, lo
que condiciona la organización estructural de estos en forma de Bicapa o Micela, en la cual los grupos
polares se disponen hacia el exterior e interactúan con el medio acuoso a
través de puentes de hidrógenos y
uniones electrostáticas y las cadenas apolares se dirigen hacia el interior,
estableciendo atracciones por uniones hidrofóbicas y por fuerzas de Van der
Waals.
Lípidos.
·
Fosfatidil
serina (Membrana interna)
·
Fosfatidil
etanolamina (Membrana interna)
·
Fosfatidil colina (Membrana externa)
·
Fosfatidil
inositol
·
Difosfatidil
glicerol (Membrana interna)
Esfingolipidos.
·
Esfingomielina
(membrana externa)
·
Cerebrosidos.
·
Gangliosidos
·
Plasmalógeno
Colesterol.
·
Colesterol
libre.(membrana externa)
·
Colesterol
esterificado (membrana interna)
Los
principales lípidos de las membranas son los fosfátidos de glicerina y los
esfingolípidos, algunas membranas poseen colesterol y ésteres de colesterol.
La
bicapa lipídica es asimétrica, ya que la disposición de sus componentes difiere
en cada una de las membranas, esta se comporta como una barrera permeable
selectiva para las sustancias lipídicas e impermeable a los iones y a la
mayoría de las sustancias polares y con cargas, con excepción del agua.
Los lípidos constituyen el
disolvente de las proteínas, los
lípidos presentes en las membranas se caracterizan por ser anfipáticos y se
organizan formando bicapas que conforman la estructura básica de las membranas
Proteínas
Las
proteínas son componentes fundamentales de las membranas porque desempeñan
funciones esenciales no solo porque contribuyen a la organización estructural,
sino por la diversidad de funciones que desarrollan como enzimas, proteínas
transportadoras, o formadoras de canales, función de receptor de membrana capaz
de interactuar con ligandos específicos
a través del reconocimiento molecular
participando en la respuesta celular.
Las proteínas según su localización en la
membrana se clasifican en: periféricas o extrínsecas.
Integrales o intrínsecas (casi todas son transmembranal atravizan
completamente las bicapas y hacen
protrusión tanto al citosol y al líquido extracelular) el 70 % del total de
proteínas de las membranas son de este tipo están totalmente o parcialmente
incluidas en las membranas, se necesitan métodos drásticos para su extracción
como son detergentes o solventes orgánicos, son insolubles en solventes polares,
presenta predominio de residuos de aminoácidos apolares. Generalmente no
presentan glúcidos. Además las fuerzas que la unen son hidrofóbicas y fuerzas
de Van der Waals
Ancladas a lípidos de membranas (son aquellas que están firmemente adheridas a
un lado de la bicapa por enlaces covalentes a los ácidos grasos unidas a los
lípidos de la membrana mediante un enlace covalente, se localizan fuera de la
bicapa lipídica, tanto en la cara citoplasmática como no citoplasmática, y
participan en la comunicación y diferenciación celular.
Periféricas o extrínsecas: son las que están dispuestas hacia la superficie externa o interna de
la bicapa, no tan firmemente introducidas en la bicapa, se asocian de forma más
laxa con las cabezas polares de los
lípidos o con proteínas integrales
situadas en la superficie externa o interna de las membranas unidas por fuerzas
electrostáticas y puentes de hidrógenos a la porción polar de los lípidos, pueden ser
fácilmente extraídas sin necesidad de romper la membrana, predominan residuos
de aminoácidos polares y pueden presentar glúcidos asociados, son solubles en
solventes polares entre estas proteínas
hay algunas con función enzimática.
Las proteínas son componentes
fundamentales de las membranas, que desempeñan funciones esenciales como son
las de:
- Formar
parte de su organización estructural.
- Actuar
como enzimas.
- Ser
transportadoras o formadoras de canales
- Ser
receptores de membrana, capaces de interactuar con ligandos específicos,
provocando una respuesta celular determinada.
- Participar
en la comunicación y la diferenciación celular.
Glúcidos o carbohidratos.
Los
glúcidos se hallan unidos de forma covalente a lípidos o proteínas para
formar glicolípidos o glicoproteínas, respectivamente. La fracción glucídica
constituye entre 2 y 10 %; estructuralmente
son oligosacáridos con carácter informacional que se disponen hacia la cara no
citoplasmática, estos pueden ser simples o ramificados . Estos al igual que los
demás componentes le aportan simetrías a las membranas
Asociados con las proteínas y los lípidos están los carbohidratos,
formando glicolípidos y glicoproteinas. Estos carbohidratos constituyen la base
de una estructura filamentosa que rodea a la cara externa de la membrana
plasmática y que se denomina cubierta celular, glucocáliz o glicocálix, la cual actúa como una “rubrica”
molecular que permite a las células reconocerse
entre si esto es base de la respuesta inmune que permite a los
leucocitos detectar glucocáliz “extraño” además sus propiedades hidrófilicas atraen una película de líquido hacia la superficie
de la célula permitiendo que los glóbulos rojos se deslicen a través delos vasos de pequeño calibre y la
deshidratación de las células que tapizan las vías respiratoria y las
digestivas
Es importante destacar que esta organización
guarda cierta asimetría, pues existen diferencias entre las superficies interna
y externa, o sea, hay distribución desigual de los componentes moleculares que
forman parte de la membrana plasmática, pudiéndose encontrar unos formando
parte de la cara citoplasmática y otros de la no citoplasmática, como por
ejemplo los microfilamentos y microtúbulos unidos a proteínas en la parte
citoplasmática de la membrana que tienen la función de controlar el movimiento
de ellas.
Funciones
- Cumplen las funciones
siguientes:
- Contribuyen a la
orientación de las proteínas de membrana.
- Participan en la
interacción entre membranas de células distintas. e intervienen en las
propiedades inmunológicas de las membranas.
Fluidez de la membrana.
La fluidez de la membrana depende tanto del número
de insaturaciones o dobles enlaces la
longitud de la cadena entre las colas de los ácidos grasos de los
lípidos de membranas, la longitud de la cadena hidrocarbonada de
los ácidos grasos y la concentración de colesterol, los dobles enlaces
pone un “lazo” en la cola hidrocarbonada y la concentración de colesterol
evitando que las moléculas lipídicas se adosen firmemente favoreciendo la
fluidez de la membrana que le otorga equilibrio a la célula, ya que si esta
esta rígida carecería de movilidad y una completamente fluida no tendría organización
estructural y el soporte mecánico que requiere la arquitectura celular . La
fluidez permite interacciones dentro de las membranas, como el ensamblado de
las proteínas de membrana, el movimiento de los componentes celulares
responsable de procesos celulares (como el movimiento celular, crecimiento,
división celular, secreción y la formación de las uniones intercelulares)
Permite
además la auto reparación delas membranas en caso de agresión mecánica ej. De
utilidad esta capacidad para la
inyección intracitoplasmática de espermatozoides para fecundar el ovulo en
parejas infértiles, para la extracción y remplazo del núcleo celular técnica
utilizada en la clonacion
Modelo
de mosaico fluido
Los
componentes antes mencionados se organizan de forma característica
constituyendo el modelo del mosaico fluido, el que orientaremos a continuación.
- Los lípidos y las proteínas organizados en
forma de mosaico.
- Las
membranas como estructuras fluidas donde los lípidos y proteínas pueden
efectuar movimientos de traslación.
·
Sus componentes dispuestos de forma asimétrica.
La
interpretación actual de la estructura y organización molecular de la membrana
plasmática se fundamenta en el modelo del mosaico fluido, caracterizado por una
bicapa lipídica compuesta fundamentalmente por moléculas de fosfoglicéridos y
colesterol en la cual se insertan moléculas de proteínas, que por su
estructura, permiten cierto movimiento de lateralización y rotación en su misma
cara no así atravesarla.
Resumiendo,
el modelo de mosaico fluido considera:
- Las
membranas son disoluciones bidimensionales
de lípidos y proteínas globulares orientadas las
proteínas forman un mosaico dentro de la hicapa lipídica, que constituye
la estructura básica
- Los lípidos y las proteínas organizados en
forma de mosaico.
- Las membranas como estructuras fluídas donde
los lípidos y proteínas pueden efectuar movimientos de traslación lateralización
y rotación dentro de la misma mitad de la
bicapa( es muy raro que puedan pasar de una cara a la otra(flip –
flop) esto es debidoa que es muy difícil para los segmentos hidrófilicos
de las moléculas de la membrana atravesar el núcleo hidrófobo)
- Sus componentes dispuestos de forma asimétrica.
Es importante que profundicen en
estos contenidos siguiendo las orientaciones del CD de la asignatura.
Se realiza un
resumen parcial y preguntas de comprobación.
Continúa la proyección de la
videorientadora desde la Diapo 19 hasta la 31.
La organización estructural de las membranas se mantiene
de forma similar en todos los
organitos membranosos y el núcleo, lo que
justifica la utilización del término unidad de membrana, en la imagen observan
como algunos organitos membranosos como, el retículo rugoso, las mitocondrias,
la membrana plasmática y el aparato de golgi, además puede verse también el
núcleo.
Es importante que profundicen estos contenidos
siguiendo las orientaciones del CD de la asignatura.
PROPIEDADES FISIOLÓGICAS
Entre
los mecanismos que permiten este intercambio, están los que van desde la simple
difusión u osmosis, los que estudiaremos más adelante, hasta los procesos más
complejos como la pinocitosis y fagocitosis.
Las
propiedades de adhesión garantizadas por el glicocalix de la membrana facilita
la unión entre las células.
Es
importante interpretar por qué a nivel de la membrana se generan potenciales
eléctricos, los que se transmiten de un punto a otro de la célula provocando la
excitación de la misma.
Otra
propiedad importante de las membranas es su papel en el reconocimiento a través
de determinadas proteínas integrales que constituyen receptores.
MECANISMOS DE TRANSPORTE
Sin
la participación de proteínas transportadoras.
·
Difusión simple.
·
Ósmosis.
Con participación de proteínas
transportadoras.
·
Transporte activo.
·
Transporte pasivo.
Poros y canales.
Endocitosis
y exocitosis
Por su
naturaleza apolar la bicapa lipídica de la membrana se comporta como una
barrera impermeable para los iones y las moléculas polares con excepción del
agua.
Existen
diferentes mecanismos relacionados con el transporte de sustancias a través de
las membranas:
En
algunos casos el paso se produce sin la intervención de transportador alguno,
como en la difusión simple y la osmosis, en otros, el paso ocurre con la
participación de alguna proteína transportadora como en el transporte pasivo y
activo.
En
ocasiones las sustancias pasan a través de poros o canales que se encuentran en
la membrana.
También
el paso ocurre por modificaciones de la membrana que incluye a la sustancia que
se debe transportar, por ejemplo la
endocitosis o exocitosis.
La difusión simple
- Ocurre en
moléculas para las cuales la membrana plasmática es permeable de bajo
peso, pequeña no cargadas y
apolares o hidrófobas.
- Ocurre a favor de
un gradiente de concentración de una zona de mayor concentración a menor
concentración a célula, o sea, de su gradiente de concentración.
- La
velocidad de difusión es directamente proporcional a la diferencia de
concentración del soluto.
- Este tipo de
transporte se realiza a favor del gradiente.
- No requiere de
energía ni de transportador.
- Disipa
el gradiente es decir cuando las concentraciones se igualan pero las
partículas siguen moviéndose debido a su energía cinética pero su
concentración no varía.
Factores que influyen en la
difusión.
- Magnitud
del gradiente de concentración( a mayor diferencia de
concentración
entre los lados mayor será la velocidad
de difusión.
- Temperatura
a mayor temperatura más rápido será la difusión ej. Los procesos de
difusión se aceleran en los estados
febriles.
- Masa
de la sustancia que está difundiendo mientras mayor es la masa de las
partículas que se difunde menor es la velocidad.
- Superficie
mientras mayor es la superficie disponible más rapidez de la difusión.
- Distancia
de difusión a mayor distancia de difusión, más tiempo demora. por ejemplo en
la neumonía la colección de líquido que se produce en los pulmones; este
líquido aumenta la distancia de difusión ya que el O2 no solo debe atravesar la membrana sino
el líquido acumulado para llegar al torrente sanguíneo.
- Solubilidad
relativa en lípidos. Mientras más apolar mayor rapidez de la difusión.
Osmosis
La ósmosis es un caso particular de difusión pero lo que atraviesa la
membrana es líquido es decir el agua desde una zona de mayor concentración de
agua a la zona de menor concentración de agua. Se verifica desde un área de
menor concentración de soluto a una región de mayor concentración de soluto
Si en ambos lados de una membrana existen dos soluciones con concentraciones diferentes de un soluto que
no puede atravesarla, se produce el paso del solvente acuoso desde el lado
donde se encuentra la solución más diluida
hacia la más concentrada, buscando igualar las concentraciones de
solvente.
Se conoce como presión osmótica a la fuerza que hay que ejercer en el
lado de la solución más concentrada para impedir el paso de agua desde el lado
de la solución más diluida. Esta presión es proporcional a la concentración de
partículas de soluto que no pueden atravesar la membrana cuanto mayor es la
concentración de soluto, mayor será la presión osmótica
Tonicidad(es la capacidad de una solución para modificar el volumen de
las células mediante la alteración de su contenido de agua
Que sucederá si usted coloca un glóbulo rojo en una solución isotónica, hipotónica e hipertónica. Sabiendo
que la concentración de NACL al 0.9% y las consecuencias (crenación y la hemolisis)
Difusión
Facilitada
Los solutos que son demasiado polares o demasiado
cargados para poder difundir a través de
las bicapas y son demasiados grandes para difundir por los canales lo hacen
mediante el mecanismo de transporte llamado difusión facilitada o transporte
pasivo
- Por su parte en el
transporte pasivo o difusión facilitada
- Participan
proteínas transportadoras (transmembranales) llamadas permeasas o
translocasas,
- Se realiza a favor
del gradiente de concentración de una zona de mayor concentración a menor.
- No requiere de
energía adicional en forma de ATP
- Las proteínas
transportadoras se caracterizan porque no modifican su ligando.
- Se puede producir
la saturación del transportador por la sustancia transportada.
Las
translocasa o permeasa (las proteínas
transportadoras), estas reconocen a las sustancias que van a transportar y
cambian su conformación, lo que garantiza el paso de la sustancia a través de
la membrana. Este se realiza a favor del gradiente de concentración y que el
paso de una conformación a la otra es esencial para que se efectúe el
transporte.
Cuando la
proteína es capaz de transportar sólo una molécula, se dice que el proceso es uniporte, cuando el paso de una sustancia depende del
transporte simultáneo de otra, el proceso se denomina cotransporte y cuando se
transporta dos sustancias en sentidos diferentes se llama Antiporte.
transporte
activo
El transporte activo tiene las siguientes características:
Las proteínas que participan en este tipo de transporte se denominan
bombas y son proteínas transmembranales.
Garantiza la diferencia de concentración iónica dentro y fuera de la
célula lo que condiciona el potencial electroquímico y ello es indispensable
para que se produzca la generación del impulso nervioso, la contracción
muscular y la síntesis de ATP.
El transporte activo se realiza en contra del gradiente de concentración
y requiere de energía, es decir, de ATP.
Más adelante abordaremos un ejemplo de este transporte expresado en la
bomba de sodio y potasio.
Ø Utiliza proteínas transmembranales llamadas Bombas
Ø
Garantiza la diferencia de
concentración iónica dentro y fuera de la célula:
•
Generación del potencial de
membrana en reposo.
•
Contracción muscular.
•
Síntesis de ATP.
Ø
El transporte se realiza en
contra del gradiente de concentración.
Ø
Requiere de energía.
Transporte
Activo.
- Las
sustancias transportadas es decir son solutos polares o cargados, iones,
aminoácidos, monosacaridos
- Ocurre
en contra de un gradiente de concentración
de una zona de menor concentración a mayor concentración “cuesta
arriba”
- Requiere
energía metabólica adicional proveniente dela hidrolisis del ATP y la
energía almacenada en gradientes de concentración iónica (transporte
activo secundario)
- Incrementa
gradiente.
El transporte con la
participación de proteínas puede ser por poros o canales. Los canales y los poros son proteínas transmembranales
que delimitan espacios a través de los cuales se realiza el paso de algunas
sustancias.
Los poros:
- Son
menos selectivos.
- Dejan
espacios mayores.
- Siempre
se mantienen abiertos.
Los canales
- Poseen mayor selectividad en cuanto a la
sustancia que los atraviesa, así como al tamaño y la carga.
- La
apertura y cierre están regulados por determinados ligandos u otras
señales
- El
estado abierto se convierte espontáneamente en cerrado.
A continuación abordaremos la endocitosis y exocitosis como otros
mecanismos de transporte a través de la membrana.
La entrada y salida de material o sustancia a las células por
movimientos de la membrana, englobando a la sustancia que se debe transportar
mediante vesículas de una estructura a otra dentro de las células estas vesículas pueden importar sustancia
desde el líquido extracelular o los liberan en este.
Endocitosis mediante este proceso la sustancia
pasan hacia la célula en una vesícula formada por la membrana plasmática.
Exocitosis mediante este proceso las sustancias salen por fusión de la
membrana plasmática con vesículas formadas dentro de la celula
Ambos traen como consecuencia modificaciones en la membrana, requieren
de energía proveniente del ATP el
transporte de vesículas es un proceso activo.
La endocitosis puede efectuarse a través de tres modalidades:
pinocitosis, endocitosis mediada por receptores y fagocitosis.
A continuación representamos estos procesos en un esquema, deben
profundizar en estos contenidos siguiendo las orientaciones del CD.
En la pinocitosis se incorpora material a la célula acompañado de gran
contenido líquido. Se forman pequeñas invaginaciones de la membrana que rodean
al líquido extracelular y a la sustancia contenida en él, formándose una
vesícula pinocítica que se incorpora a la célula.
La endocitosis mediada por receptores, como su nombre lo indica, es
un proceso que requiere de receptores
presentes en las membranas, que están representados en la imagen por las
estructuras en rojo.
Estos receptores son necesarios para el transporte de algunas sustancias
como las hormonas de naturaleza proteica y lipoproteínas de baja densidad.
La
endocitosis por fagocitosis, como se representa en la imagen se caracteriza
porque los elementos a incorporar son partículas sólidas pudiendo ser
bacterias, hongos, células dañadas y macromoléculas del medio extracelular,
este proceso también requiere de receptores de membrana para la fijación de las
partículas a endocitar. Característico en este tipo de endocitosis es la
formación de pseudópodos por la membrana englobando la partícula.
Es
importante que profundices estos contenidos siguiendo las orientaciones del CD
de la asignatura.
Por su parte la exocitosis es el proceso
mediante el cual una vesícula se traslada a través del citoplasma de la célula
hasta alcanzar la membrana plasmática para luego a través de ésta verter el
contenido hacia el espacio extracelular, una vez vertido el contenido de la
vesícula, las membranas de esta se adosan a la membrana plasmática aportando
membrana a la célula y contribuir así al recambio de la misma.
- En esta imagen ya conocida por ustedes se
ilustra el proceso de exocitosis en
la secreción de proteínas, fíjense cómo las vesículas rodeadas por
membrana emergen del golgi y llevan la secreción hacia la superficie
apical de las células, para ser exocitadas y las membranas de las mismas
se aportan a la membrana celular.
- Se hace resumen parcial y preguntas de comprobación.
Continúa la proyección de la
videorientadora desde la Diapo
32 hasta la 51.
Funciones de los receptores.
Ø Regulan
el paso de sustancias o iones a través de canales.
Ø Modifican
la actividad de algunas enzimas.
Ø Provocan
cambios de conformación y función de determinadas proteínas.
Ø Facilitan
el proceso de endocitosis.
Ø Inducen
la transcripción de segmentos de ADN.
Muchas de estas funciones se deben a especializaciones de la membrana
plasmática de las células, las que dependen del tejido, localización y función.
Estas estructuras se localizan en las diferentes superficies celulares,
pudiendo encontrarse cilios, flagelos, microvellosidades, interdigitaciones,
desmosomas, complejos de unión y nexos, invaginaciones y hemidesmosomas.
Estas estructuras se orientarán detalladamente en el tema de tejidos,
ustedes deben profundizar en sus funciones siguiendo las orientaciones del CD.
Como consecuencia de los mecanismos de transporte a través de la
membrana y su permeabilidad selectiva, se originan gradientes de concentración
de las diferentes sustancias componentes de los líquidos corporales.
En la imagen se representa la distribución iónica de algunos de estos
componentes en el líquido intracelular y extracelular. Observen que el sodio es
el principal catión del líquido extracelular, mientras que el potasio lo es del
intracelular. El cloruro está más concentrado en el líquido extracelular,
mientras que el fosfato y las proteínas lo están en el intracelular.
A
través de las membranas de casi todas las células del organismo se generan
potenciales eléctricos, sin embargo las células nerviosas y musculares son
además excitables, es decir generan impulsos nerviosos y los transmiten.
El
potencial de membrana en reposo es la diferencia de potencial que se establece
entre ambos lados de una membrana, es positivo en el lado externo y negativo en
el interno, es estable en el tiempo y su valor depende del tipo celular.
Diferencia
de potencial que se establece entre ambos lados de una membrana.
Positivo en lado externo y negativo en el
interno.
Estable
en el tiempo.
Su valor
depende del tipo celular.
En la
imagen se esquematiza la membrana celular, observen la presencia de los canales
de fuga de iones; en rosado los de sodio y en azul los de potasio, además la
mayor concentración de sodio en el liquido extracelular y de potasio en el
intracelular.
La
membrana en reposo es mucho más permeable al potasio, lo cual se debe a que los
canales de potasio son mucho más permeables que los de sodio y el radio
hidratado del potasio también es menor; por tanto el potasio se mueve hacia
afuera a favor de su gradiente de concentración, generando un mayor número de
cargas positivas en el exterior y negativas en el interior, lo que se
corresponde con la polaridad de la membrana en estado de reposo.
Otro de
los factores que contribuye al valor del potencial de membrana en reposo es la
bomba de sodio y potasio.
Esta
enzima cataliza la hidrólisis del ATP y utiliza la energía para expulsar tres
iones de sodio e ingresar al líquido
intracelular dos iones de potasio, por lo cual es una bomba electrógena ya que
genera un predominio de cargas positivas en el exterior y negativas en el
interior, contribuyendo al valor del potencial de membrana en reposo, a la vez
que participa en su mantenimiento al contribuir al desequilibrio iónico de la
membrana entre otras funciones.
A
continuación ofrecemos un resumen de los factores que participan en la génesis
del potencial de membrana en reposo.
Como
expresamos anteriormente, la membrana en reposo es mucho más permeable al potasio que al sodio, por tanto es el
potencial de difusión para el potasio el factor que más influye en el valor del
potencial de membrana en reposo; una contribución adicional lo aporta la bomba
de sodio y potasio, sin embargo la difusión de sodio a través de la membrana
tiene poca importancia debido a que la membrana en reposo es poco permeable al
sodio.
Es
necesario aclarar que la bomba de sodio-potasio participa en el mantenimiento
del potencial de reposo al mantener el desequilibrio de cargas en la membrana.
En su estudio independiente deben profundizar en estos contenidos siguiendo las
orientaciones del CD.
Génesis
del Potencial de Membrana en Reposo (PMR)
- Permeabilidad
al potasio.
- Bomba
de sodio – potasio.
El
potencial de membrana en reposo se modifica por dos factores; las variaciones
de la concentración de los iones difusibles y la permeabilidad de la membrana.
En su estudio independiente deben analizar los mecanismos que explican las
modificaciones que se presentan y la relación que tiene la modificación del
potencial de membrana en reposo con la excitabilidad celular.
A
continuación orientaremos el estudio del potencial de acción.
Variaciones del Potencial de Membrana en Reposo
Disminuyen
el PMR.
·
Aumento de la permeabilidad al sodio.
·
Aumento de la concentración de potasio en LEC
Aumentan
el PMR
·
Aumento de la permeabilidad al potasio
·
Disminución de la concentración de potasio en
el LEC.
·
Aumento de permeabilidad al cloruro.
Las señales
nerviosas se trasmiten mediante potenciales de acción, que son los cambios
rápidos del potencial de membrana en reposo que se propagan con celeridad por
la membrana de las fibras nerviosas.
Se inicia
con un cambio de la polaridad, negativo
en el lado externo y positivo en el interno, para luego volver a la polaridad
de reposo y presenta dos fases: despolarización y repolarización.
Potencial
de Acción (PA)
·
Cambios rápidos del PMR.
·
Potencial propagado.
·
Variaciones de la polaridad de la membrana.
·
Presenta dos fases: despolarización y
repolarización
Como pueden
apreciar en la video la membrana de un
tejido excitable, donde se observan en rosado los canales de sodio con apertura
de voltaje y en azul los canales de potasio; además la distribución iónica
normal de la membrana en reposo donde predomina el sodio en el líquido
extracelular y el potasio en el intracelular.
Al actuar
un estímulo de cualquier naturaleza sobre la membrana se abre la puerta de
activación de sodio, aumentando bruscamente la permeabilidad para este ión, con
lo cual disminuye la negatividad interna, hasta invertirse completamente la
polaridad de la membrana, es decir, negativa en el lado externo y positiva en
el interno, lo que contribuye a inactivar el conducto. Estos cambios
caracterizan a la fase de despolarización del potencial de acción.
En esta
imagen pueden apreciar la membrana despolarizada, la positividad interna abre
la puerta del canal de potasio comenzando la salida de este ión hacia el
líquido extracelular a favor de su gradiente de concentración, con lo cual la
membrana vuelve a la polaridad del reposo, es decir positiva fuera y negativa
en el lado interno. Estos cambios caracterizan la fase de repolarización del
potencial de acción.
A continuación
observaran el análisis gráfico del potencial de acción.
En la parte
superior de la imagen se representa gráficamente un potencial de acción, la
fase ascendente se corresponde con la despolarización, observen que sobrepasa
el nivel de cero cuando toda la membrana está despolarizada y la descendente se
corresponde con la repolarización, pueden apreciar que al final se hace más
negativo de lo normal.
En la parte
inferior de la imagen se muestra gráficamente la variación de la conductancia
para los iones de sodio y potasio durante las fases del potencial de acción. En
verde se representa la variación de la conductancia para el sodio, observen que
aumenta en la fase de despolarización y la del potasio aumenta en la
repolarización.
Deben
analizar en su estudio independiente la relación de las fases del potencial de
acción con la excitabilidad celular. Pueden auxiliarse de la bibliografía
orientada en el CD.
Una de las
características del potencial de acción es la de ser propagado, existiendo
diferencias entre las fibras mielínicas y amielínicas.
En esta
imagen, en su parte superior se representa una fibra amielínica, es decir, el
axón no presenta vaina de mielina, en este caso, al actuar un estímulo, se
invierte la polaridad en el segmento estimulado, generándose un flujo de
corriente que se propaga de forma bidireccional e involucra toda la membrana.
En la parte
inferior se representa una fibra mielínica debido a que el axón se rodea de una
vaina de mielina que es impermeable a los iones. Esta vaina de mielina se
encuentra interrumpida por los nodos de Ranvier, único lugar permeable a los
iones.
El
mecanismo de propagación del potencial de acción es semejante al de las fibras
amielínicas, sin embrago, observen que los circuitos de corriente se establecen
entre los nodos de Ranvier, lo cual garantiza una alta velocidad de la
conducción del impulso nervioso, además representa un ahorro de energía para el
axón, debido a que los mecanismos de transporte activo se producen sólo en los
nodos y no en toda la membrana como sucede en las fibras amielínicas.
·
Se orienta el estudio independiente y las tareas
docentes para el logro de los objetivos propuestos, estimular el
aprendizaje y ofrecer potencialidades educativas para la búsqueda y adquisición
de conocimientos y el desarrollo de habilidades de los estudiantes durante la consolidación, práctica docente y la evaluación, para lo cual deberán ante todo
revisar el CD y la guía didáctica con las orientaciones del tema para cada una
de las actividades que tendrán en la semana.
CONCLUSIONES
Una vez orientados estos contenidos arribamos a las siguientes
conclusiones:
- La membrana plasmática tiene similar organización y composición en
todas las estructuras membranosas de las células, destacándose la
distribución asimétrica de sus componentes, lo que justifica los términos
unidad y asimetría de membranas.
- La estructura dinámica y el
carácter selectivo de la membrana plasmática le permiten cumplir con
múltiples funciones, que garantizan conservar la integridad del
protoplasma y al mismo tiempo permiten el transporte de sustancias a
través de ella.
- Los mecanismos de transporte de sustancias a través de las
membranas pueden ser a favor del gradiente de concentración y sin consumo
de energía como la difusión y en contra del gradiente y con gasto de
energía para la célula como el transporte activo.
- El potencial de membrana en reposo se genera principalmente por la
contribución de la salida de potasio al líquido extracelular, mientras que
la bomba de sodio y potasio lo mantiene; su valor se modifica por
variaciones en la concentración de los iones difusibles y la permeabilidad
de la membrana.
- Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción,
estos son cambios rápidos del potencial de membrana en reposo que se propagan
a lo largo de las membranas de las células excitables.
En la actividad de hoy abordamos las características morfofuncionales de
las membranas celulares, destacando los mecanismos de transporte y los
potenciales de membrana en reposo y de acción, donde se evidenció en algunos de
ellos la necesidad del aporte de energía metabólica de la célula, suministrada
por un proceso que ocurre en las mitocondrias, llamado respiración celular,
tema de nuestra próxima actividad.
- Motivación de la próxima actividad.
Componentes moleculares
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Reviewed by RabwinparaCristo
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septiembre 12, 2017
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