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Electrofisiología del canal del ión

Los canales del ión son las proteínas embutidas en la membrana celular que controlan el movimiento bidireccional de iones llamados especie cargados a través de la membrana celular impermeable. Los canales del ión son altamente selectivos y se pueden agrupar según su estructura, como piezas de las familias voltaje-bloqueadas o ligand-bloqueadas del canal del ión.

Canales de la proteína en una membrana celular. Por Juan GaertnerHaber de imagen: Juan Gaertner/Shutterstock

El transporte de iones es esencial mantener el equilibrio electrofisiológico a cada lado de la membrana, llamada el equilibrio osmótico, que es necesario para que las señales transduced de su forma química (del ión) a una reacción celular.

La transducción de la señal es afectada por el orificio y el closing de los canales del ión de una manera coordinada. Esto genera un cambio en el voltaje o potencial de la membrana a través de la membrana celular, que se puede propagar a través de muchas membranas celulares. Este mecanismo se refiere como potencial de acción. Ocurre a través de las neuronas, por ejemplo, para transmitir la información del sistema nervioso a los músculos en la carrocería.

Gradientes electroquímicos

Los gradientes electroquímicos apuntalan la generación de potenciales de acción. Ésta es una amalgamación de dos tipos de gradientes: (1) un gradiente de la substancia química o de concentración, y (2) un gradiente de la carga. El gradiente refiere a una diferencia en la concentración de una substancia (ión o carga) entre dos ambientes que sean separados por una barrera.

En el contexto de una célula, el cytosol flúido e intracelular extracelular se mira como tales ambientes. Los iones se moverán pasivo desde un área del alto a la concentración inferior (es decir abajo de su gradiente).

Mientras que se cargan los iones, una carga positiva neta se acumula en el lado al cual se mueven, y una carga negativa neta en el lado lejos del cual se movieron. Posteriormente, el movimiento de iones se reduce como la carga negativa atraerá los iones detrás hacia su comenzar lateral, de tal modo contradiciendo el movimiento abajo del gradiente de concentración.

Eventual, esta diferencia de la carga, llamó la diferencia potencial eléctrica, alcanza un punto en el cual la fuerza eléctrica que tira de los iones hacia arriba contra su gradiente de concentración se equilibra con la fuerza que los impulsa hacia abajo. A este punto, no hay movimiento neto y la célula está en el equilibrio. Esto se explica aquí:

El potencial de acción se comprende de cuatro fases: el descansar, despolarización, repolarización e hiperpolarización. La generación de estas fases ocurre vía el orificio y el closing transitorios de los canales del ión de una manera selectiva, coordinada y controlada.

Potencial de la membrana que descansa

El potencial de la membrana describe una diferencia en el potencial eléctrico, o la separación de carga, entre dos ambientes distintos. Las neuronas tienen un gradiente de concentración negativo, significando la concentración de positivo - los iones cargados fuera de la célula son mayores que ése dentro de la célula, que lleva a una separación de carga a través de la membrana.

Este estado se refiere como el potencial de la membrana que descansa y es el dominante de todos los estados del potencial de acción. El sodio (Na+) y el potasio (k)+ regulan el estado que descansa de la manera siguiente:

  • La concentración de Na+ fuera de la neurona es mayor que la concentración dentro de la neurona
  • La concentración de K+ dentro de la neurona es mayor que la concentración fuera de la neurona

Las células mantienen este equilibrio en un gradiente de concentración negativo estrecho de aproximadamente -70 milivoltios (mV).

Las neuronas son altamente permeables a K+ debido a los canales del potasio del fuga, que permiso que K+ baja su gradiente químico de la célula, y parcialmente a la permeabilidad al Na+ debido a los canales del sodio del fuga, que limita el movimiento de Na+ en la célula.

Para mantener un potencial que descansa negativo neto, la célula depende de la actividad de una proteína llamada la bomba de sodio-potasio, que utiliza energía para bombear simultáneamente K+ nuevamente dentro de la célula y del Na+ fuera. La índice del movimiento es 3Na+ fuera para cada 2K+ hacia adentro.

Observe que los canales bloqueados del sodio y del potasio están cerrados en este estado y son distintos de los canales del fuga. Estos canales son bloqueados por el voltaje.

Despolarización

Una baja de los neurotransmisores a través de una unión sináptica, canales del Na+ de las causas en la membrana (receptora) postsináptica de la neurona a abrirse de modo que los iones de Na+ fluyan del ambiente extracelular en esta neurona rio abajo.

Este estímulo debe alcanzar un umbral (~-55mV) para que un potencial de acción resulte. El efecto neto es el aumento del potencial de la membrana. Esto se llama despolarización, mientras que el interior de la célula llega a ser más positivo. El potencial creciente de la membrana puede accionar los canales vecinos de Na+ para abrirse en a dominó-como manera, de modo que el efecto se extienda a través de la neurona hacia el término del axón.

Repolarización

Esta fase es reconstituyente, moviéndose hacia el restablecimiento del potencial de la membrana. Aquí, los canales voltaje-bloqueados del sodio se desactivan, parando afluencia+ del Na.

Simultáneamente, los canales voltaje-bloqueados+ de K se abren. Puesto que hay una concentración más alta de k+ dentro de la célula, K+ sale o las emanaciones la célula. Esto se asocia a una disminución del potencial hacia descansar, un estado más negativo de la membrana, debido a la baja de K cargada+ dentro de la neurona.

Hiperpolarización (período refractario)

El efecto de la activación prolongada del canal voltaje-bloqueado+ de K da lugar a la emanación adicional de K+, y a una disminución simultánea del potencial de la membrana, superando el valor del estado que descansa como la baja de los resultados+ de K en la baja de la carga positiva.

El aumento en la negatividad de la célula se refiere como hiperpolarización. El cierre del canal voltaje-bloqueado+ de K permite a la bomba de sodio-potasio restablecer el potencial del estado que descansa (~70 milivoltio y - 75 milivoltio).

La secuencia de evento se ilustra abajo:

él (a) potencial de la membrana que descansa es un resultado de diversas concentraciones de iones de Na+ y de K+ dentro y fuera de la célula. Un impulso de nervio hace Na+ incorporar la célula, dando por resultado (b) la despolarización. En el potencial de acción máximo, los canales de K+ se abren y la célula se convierte en (c) hyperpolarized. Imagen y encabezamiento tomados de “cómo las neuronas comunican: Cuadro 2,” por la universidad de OpenStax, biología (centímetro cúbico POR 4,0).

Cuadro 2. (a) el potencial de la membrana que descansa es un resultado de diversas concentraciones de iones de Na+ y de K+ dentro y fuera de la célula. Un impulso de nervio hace Na+ incorporar la célula, dando por resultado (b) la despolarización. En el potencial de acción máximo, los canales de K+ se abren y la célula se convierte en (c) hyperpolarized. (La imagen y el encabezamiento se toman de “cómo las neuronas comunican: Cuadro 2,” por la universidad de OpenStax, la biología).

La acción de las bombas de ión es esencial en el papel de la transducción de la señal. Su velocidad y selectividad aseguran los movimientos coordinados y oportunos de iones para establecer un potencial de acción. El resultado es la propagación acertada de una transducción de la señal, necesaria para la operación del sistema nervioso.

Fuentes:

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Last Updated: Feb 26, 2019

Hidaya Aliouche

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Hidaya Aliouche

Hidaya is a science communications enthusiast who has recently graduated and is embarking on a career in the science and medical copywriting. She has a B.Sc. in Biochemistry from The University of Manchester. She is passionate about writing and is particularly interested in microbiology, immunology, and biochemistry.

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