Tema 2: Fisiología celular.

. El equilibrio Donan es el proceso de intercambio de iones difusibles. Hay una membrana semipermeable que deja pasar solvente y solutos de pequeño tamaño. Mantienen la presión osmótica en la sangre. Los solutos más pequeños son los electrolitos.

Efecto Donan: es el trasiego de iones mediante difusión para equilibrar las cargas eléctricas. El citoplasma contiene proteínas, fosfatos orgánicos y otras sustancias iónicas que no pueden penetrar la membrana plasmática. Se tiende a la homeostasis. Esto es lo que ocurre entre la sangre y las células. Si pasan electrolitos se denomina coloidosmotica que es la presión de la sangre, esta es muy pequeña. Es el trasiego, generalmente de sodio, potasio y también de cloro.

      Transporte activo: necesitamos un aporte de energía. Se divide en dos: primario (como ejemplo tenemos la bomba de sodio/potasio) y el secundario o co-transporte.

      El primario es mediado por proteínas, se realiza en contra de gradientes de concentración y se requiere energía metabólica (ATP). El mas característico es la bomba de sodio-potasio que es una bomba transportadora compuesto por dos proteínas globulares, la mayor de 100.000 Dalton y la pequeña de 45.000daltons. la proteína mayor fija tres moléculas de sodio del interior celular y las expulsa hacia el exterior, además de coger dos moléculas de potasio del exterior e introducirlos hacia el interior. Salen tres sodios y entran dos potasios. Esta acoplado a una ATPasa. La subunidad pequeña es la que la ancla a la membrana plasmática.

 Al final, con todo  esto, en el medio exterior tenemos 143 miliequivalentes de sodio y en el interior hay 10 mEq. En cuento al potasio en el interior tenemos 40 mEq y en el exterior 4 mEq. Tenemos mas sodio hacia fuera con cargas positivas y dentro hay mas potasio que generan cargas negativas. Esto es la base del sistema nervioso. Las principales funciones son: conservar diferentes concentraciones de sodio-potasio a través de la membrana plasmática y restablecer el potencial electronegativo dentro de la célula, siendo el interior negativo y el exterior  positivo. Otras funciones pueden ser mantener el volumen celular (osmosis) y el transporte de monosacáridos y aminoácidos. Necesitamos la presencia del magnesio para que funcione. Es un macronutriente. Otro ejemplo de transporte activo primario es la bomba de calcio que se encuentra en los músculos estriados esqueléticos que producen la contracción del músculo.

      El transporte activo secundario ó co-transporte: se caracteriza porque es un transporte en contra del gradiente, esta relacionado con la concentración de sodio en el medio y requiere ATP. Se transporta glucosa y aminoácidos en el intestino, además de los macronutrientes. Requiere de proteína transportadora con ATPasa. Lo dividimos en dos que son: simporte (la molécula a transportar cruza la membrana plasmática en el mismo sitio que el sodio, es el co-transporte) y antiporte (la molécula a transportar cruza la membrana plasmática en sentido contrario al del sodio, también se denomina contra-transporte). El uniporte es el que solo se transporta una molécula. Hay dos tipos de bombas atendiendo al nivel eléctrico: electrogenitas (transportan un numero desigual de moléculas hacia dentro que hace fuera) y electroneural (transporta un numero de moléculas igual hacia dentro que hacia fuera).

Tema 2: Fisiología celular.II

Hay diferentes transportes a través de la membrana que son:

      Exocitosis y endocitosis: Es el transporte a trabes de vesículas membranales hacia el exterior o hacia el interior, respectivamente. Necesita ATP para la formación de vesículas membranosas.

      Exocitosis: es el transporte hacia el exterior mediante la fusión de estas vesículas con la membrana plasmática. Se produce en neuronas y en células endocrinas. Es necesario el ATP, ya que es un proceso activo, porque se hace en contra de gradiente, además de gastar para la formación de las vesículas.

      Endocitosis: es la incorporación de sustancias sólidas o liquidas que son invaginadas hacia el interior. Es un proceso activo, ya que se utiliza el ATP para generar las vesículas. La endocitosis se divide en fagocitosis y pinocitosis. Es fagocitosis cuando la sustancia es sólida, como por ejemplo los patógenos por los neutrófilos y la pinocitosis cuando la sustancia es liquida. Son activos y normalmente en contra de gradiente.

      Difusión simple o pasiva: Es el proceso por el que un gas o un sólido se expanden en una solución por el movimiento al azahar de sus partículas para ocupar todo el volumen disponible. No hay gasto energético, es pasivo. Se realiza a través de los fosfolípidos. Puede haber canales proteicos y proteínas intrínsecas. Se presenta en las neuronas. La velocidad depende de la temperatura, del área de intercambio y del gradiente químico, que cuanto mayor sean estos factores más rápido es el proceso. Es inversamente proporcional a la distancia y al tamaño de la partícula. Esto se expresa en la ley de Fick.

      Difusión facilitada: Es facilitada gracias a una proteína transportadora que es específica. No existe gasto de ATP. El transporte es a favor de gradiente, de moléculas grandes. Se caracteriza por una proteína denominada transportador. La velocidad de transporte es mayor que la difusión simple, sigue la cinética de saturación (cuanto mas transportadores abiertos haya mayor es la velocidad, hasta llegar a abirilos todos y todos entren). Tiene especificidad química de transporte, moléculas estructuralmente estructuradas que actúan como inhibidores competitivos e inhibidores específicos para el transporte.

      Osmosis: El movimiento de moléculas de agua o solvente a través de la membrana que es permeable al solvente e impermeable al soluto. Transporta de un compartimento donde la concentración de soluto es menor hacia donde la concentración es mayor. Esto se basa en la presión osmótica que se aplicaría a la solución mas concentrada para impedir el desplazamiento de solvente de la solución menos concentrada. Esta presión definida por la ecuación de los gases ideales. La clasificación de las soluciones según su presión osmótica:

      Hipertónica o hiperosmotica: cuando la solución tiene mayor presión osmótica que la otra.

      Hipotónica ó hiposmotica: cuando la solución tiene menor presión osmótica que la otra.

      Isotónica o isosmotica: cuando las dos soluciones tienen la misma presión osmótica.

Produce el cambio de volumen celular. 

Tema 2: Fisiología celular.

La membrana plasmática o celular juega una función determinada, ya que permite el intercambio de sustancias. Regula la relación entre células y entre célula y líquido que las rodea que puede ser intracelular o extracelular. El extracelular se divide en tres: intersticial (rodea a las células), vascular  y transcelular (es el líquido senovial y líquido cefalorraquídeo). Las funciones son: actuar de barrera de separación, es la vía de entrada y salida, secreción de moléculas, captación de moléculas, comunicación intracelular a trabes de receptores y división celular.

La composición es el 45% de lípidos (fosfolípidos en un 25% que son anfipaticos, colesterol en el 13% que se encuentra junto con los ácidos grasos de fosfolípidos dando fluidez a la bicapa lipídica y los glucolipidos en un 7%) y el 55% de proteínas que son más de cien tipos, pueden ser glicoproteínas, proteínas transportadoras y recetores hormonales.

La principal característica es que es delgada y elástica. Los modelos son: el modelo de Davison y Omeli que es un modelo ya obsoleto. El modelo valido es el de mosaico fluido que es el más aceptado, que es el modelo propuesto por Singer y Nicolson. Es una bicapa lipídica anfipatica y que también es fluida, es anfipatida debido a las propiedades de los fosfolípidos. En base a esta estructura tenemos la permeabilidad que es la capacidad de que un material para permitir que un fluido  lo atraviese sin alterar su estructura. Permitimos el paso de un gas o fluido. La permeabilidad es selectiva, ya que es una barrera que actúa entre el citoplasma y el líquido extracelular. Se mantiene la concentración intracelular diferente de la extracelular. Distinta composición  del interior y del exterior. Es permeable a sustancias liposolubles, pero de bajo peso molecular que pasan a trabes de las proteínas trasportadoras al igual que el agua.

Neurobiología: Tema 3; Base molecular de la función neuronal. VI

Hay un periodo refractario debido a la inactivacion del canal de sodio. Hay neuronas que producen trenes de potenciales de acción. Los potenciales normales se producen con una frecuencia de 1 Hz, cuando hay una estimulación pasamos a un intervalo de entre 50 y 100 Hz, tenemos un máximo que es de 1000 Hz, debido a que hay un periodo refractario.

El potencial de acción sucede en el cono axonico. Para poder transmitirse el potencial de acción que es una onda se debe de autoalimenta para poder llegar al botón sináptico. Para que esto ocurra tras la primera despolarización se produce la apertura de los canales de sodio regulados por voltaje y a medida que se transmite se produce la apertura de nuevos canales de sodio hasta llegar al botón sináptico. El potencial no retrocede debido a que los canales pasan a inactivados cuando el potencial avanza.

Tenemos dos tipos de transmisión del potencial que son la rápida y la lenta. En la rápida alcanzamos velocidades de hasta 120 m/seg y se transmite mediante las neuronas mielinicas. La opción lenta llega a velocidades de    1 m/seg y se transite por neuronas amielinicas. Para obtener rapidez tenemos dos opciones que son que el axon sea gordo y que se recubra por mielina. En el caso de invertebrados han adaptado las fibras amielinicas mediante un ensanchamiento llegando a un axon de 800 μ de diámetro lo cual produce un aumento de velocidad. En los vertebrados se produce un recubrimiento de células de los axones. Estas células son los oligodendrocitos y células de Schwann. El espacio que queda entre las células se denomina nodo de Ranvier. La transmisión en este tipo es saltatoria, debido a que los canales de sodio se localizan en los nodos y el potencial va de nodo en nodo.

Una vez que el potencial de acción llega al boto sináptico abre los canales de calcio y produce la fusión de las vesículas con la membrana, lo que produce la liberación del neurotransmisor.

Una neurona típica recibe estímulos desde diversas fuentes. La función fundamental de la neurona es integrar toda la información y producir una respuesta que sigue la regla del todo o nada. Los potenciales de acción siempre tienen la misma amplitud. El procesamiento de respuestas graduales se produce porque la neurona genera potenciales de acción con diversas frecuencias, dependiendo de la intensidad de estimulación.

Neurobiología: Tema 3; Base molecular de la función neuronal. V

En el momento que comienza el proceso se extiende por toda la neurona en ambas direcciones, lo que produce la fuga de iones perdiendo fuerza la señal eléctrica. Hay posibilidad de sumar señales tanto en el espacio como en el tiempo. El PPSE es el potencial postsinápticos excitador. 

Las neuronas ganglionares o pseudomonopolares son aquellas que presentan una rama de la cual parten el axon y la dendrita, considerándose así iguales desde el punto de vista funcional. El potencial de acción se inicia en la zona de recepción sensorial de la dendrita. No presenta canales de sodio regulados por voltaje en el soma neuronal.

Salvo esta excepción, las demás neuronas se comienzan con el potencial de acción en el cono axonico. Hosgkin y Huxley predijeron que en la membrana neuronal del cono axonico debe de haber un paso de iones que produzcan el inicio del potencial de acción. El potencial de acción se divide en cuatro fases:

¨     Ascenso: el potencial de membrana pasa desde -65 mV hasta 0 mV, mediante la despolarización de la membrana.

¨     Supradescarga: continua el ascenso hasta llegar a un punto máximo donde comienza el descenso, para llegar finalmente a 0 mV.

¨     Descenso: el potencial de membrana desciende desde 0 mV hasta    -65 mV.

¨     Infradescarga: se produce una hiperpolarizacion transitoria.

Se produce en un periodo de tiempo realmente corto que es del orden de 2 milisegundos. Estos cambios se producen por la despolarización de la membrana y por el cierre o apertura de los canales.

En primer lugar se produce la apertura de los canales de sodio regulados por voltaje. Estos canales se constituyen por cuatro subunidades pueden producir la apertura o cierre de estos. Cuando el potencial es de -65 mV la conformación de la subunidades produce el cierre del canal debido a que es la conformación más estable, sin embargo cuando el potencial alcanza los   -40 mV los canales de sodio se abren. El canal de sodio presenta tres estados diferentes que son el abierto, cerrado  e inactivado. El paso de cerrado a abierto se produce cuando el potencial de membrana alcanza        -40 mV. El paso de abierto a inactivo es mediante una proteína inactivadota que se une al canal inactivándolo. El paso de inactivo a cerrado se produce cuando hay un cambio de potencial y la membrana llega al potencial de reposo. Cuando el canal esta inactivado, no influye que este abierto o cerrado, ya que no hay flujo de iones. La apertura y cierre dependen de una compuerta.

El canal de sodio abierto produce la fase de ascenso. Cuando el canal de sodio se pasa a inactivo se produce la apertura de los canales rectificadores de potasio. Cuando este se abre sale el potasio de la célula produciendo el descenso de potencial pasando por las fases de supradescarga y descenso.

La fase de ascenso y la primera parte de supradescarga dependen de la apertura de los canales de sodio, la cual es la etapa más rápida.

Los canales de potasio son los responsables de la repolarizacion, regulación del voltaje y se abren cuando el potencial de membrana supera un determinado umbral.

Neurobiología: Tema 3; Base molecular de la función neuronal. IV

El potencial de acción es una onda  eléctrica autogenerada que se propaga desde el punto de iniciación en el cono axonico hasta la terminación del axon. La estimulación que genera el potencial de acción se produce mediante la estimulación eléctrica en el caso de un experimento y de forma natural mediante la estimulación de receptores sensoriales y secreción de neurotransmisores en el contacto sináptico. El más usual es la estimulación de un neurotransmisor.

Los fenómenos eléctricos previos al potencial de acción se componen en primer lugar de una hiperpolarizacion o despolarización en la regios postsináptica. Se produce un contacto sináptico entre dos neuronas. En la región postsináptica se puede producir los dos fenómenos. Dependiendo del tipo de canal que se abra se producirá un proceso u otro. Si abrimos el canal de sodio entrara en la neurona y se producirá una despolarización. Si abrimos un canal de cloro se producirá la entrada de cargas negativas lo que produce una hiperpolarizacion.

Neurobiología: Tema 3; Base molecular de la función neuronal. III

En el sistema de bombeo hay que destacar la bomba sodio-potasio ATPasa la cual saca  dos sodios y entra dos potasios. Se encarga del mantenimiento del potencial en reposo y casi el 70% de la energía consumida en el cerebro es para el mantenimiento del potencial en reposo por esta bomba.

Tanto la bomba como los canales no presentan distribuciones simétricas, sino que la distribución es asimétrica.

En el cono axonico y el axon los canales son controlados por voltaje. Hay canales de sodio y potasio. Intervienen en la generación y transmisión del potencial de acción. En el botón terminal tenemos los canales de calcio regulados por voltaje. Se encargan de elevar la concentración de calcio intracelular y con ello desencadena la exocitosis de las vesículas sinápticas.

El potencial de reposo es de -65mV. Esto se genera por diferencia de potencial en la membrana. Para que se genere este potencial es necesario el movimiento de muy pocos iones, en la cual necesitamos el movimiento de 1/10.000.000 de iones potasio en una célula con un diámetro de 50μm. Los cationes tienden a acumularse en la membrana. Esto potencia que el potencial de reposo se mantenga. La rapidez y facilidad de movimiento de iones depende de la fuerza que los haga moverse por los canales iónicos.

Se puede conocer el potencial de membrana para un ion determinado mediante la ecuación de Nerst: E(mV)=61´65 log ([ion]_ext/[ion]_int. Pero en la membrana podemos encontrar diferentes permeabilidades, para ser más exacto utilizamos la ecuación de Goldman:

	Calamar		Mamíferos
	Interior	Exterior	Interior	Exterior
Potasio	400mM	20mM	140mM	5mM
Sodio	50	440	5-15	145
Cloro	40-150	560	4-30	110
Calcio	0´0001	10	0´0001	1-2