Fundamentos de Canales Iónicos y su Importancia en la Neurofisiología

FUNDAMENTOS DE CANALES IÓNICOS

¿QUÉ SON?

Los canales iónicos son proteínas transmembrana que permiten el paso selectivo de iones a través de la membrana plasmática de la célula. Son esenciales para la excitabilidad celular y la comunicación neuronal.

CARACTERÍSTICAS

• Conducen iones y dependen del gradiente químico eléctrico.
• Son selectivos.
• Se abren y cierran por estímulos específicos.
• No se saturan fácilmente; no es estequiométrico.
• Son blanco de numerosos fármacos para diferenciarlos.

ESTRUCTURA

• Dominios del canal (4/canal).
• Vestíbulo.
• Filtro de selectividad.
• Diámetro de filtro de selectividad.
• Sitio de fosforilación.
• Membrana.

TIPOS DE CANALES IÓNICOS

Los canales iónicos se clasifican según su mecanismo de apertura y el tipo de iones que permiten pasar.

1. SEGÚN EL TIPO DE ACTIVACIÓN:

• Canales activados por voltaje: Se abren en respuesta a cambios en el potencial de membrana (Ej: canales de sodio y potasio en el axón).
• Canales activados por ligando: Se abren cuando un neurotransmisor o molécula específica se une a ellos (Ej: receptores de glutamato, GABA, nicotínicos).
• Canales activados por mecano-estímulos: Se abren en respuesta a estímulos mecánicos (Ej: receptores del tacto y la audición).
• Canales activados por temperatura: Sensibles a variaciones de temperatura, involucrados en la percepción térmica.

2. SEGÚN EL TIPO DE IÓN QUE TRANSPORTAN:

• Canales de sodio (Na⁺).
• Canales de potasio (K⁺).
• Canales de calcio (Ca²⁺).
• Canales de cloro (Cl⁻).

FORMAS DE REGULACIÓN

• Estimulo induce apertura: conducción.
• Cerrado: impermeabilidad.
• Inactivo o saturado: fase refractaria.
• Modulación por fosforilación: Algunas enzimas, como las quinasas, pueden fosforilar canales para cambiar su actividad.
• Regulación por proteínas G: Algunos canales se regulan indirectamente por señales intracelulares mediadas por proteínas G.
• Cambio en la expresión génica: La cantidad de canales puede aumentar o disminuir según las necesidades celulares.
• Interacción con otras proteínas: Algunos canales requieren la asociación con otras proteínas para funcionar.

FUNDAMENTOS DE LA MEMBRANA COMO ELEMENTO ELECTROFISIOLÓGICO DE LA CÉLULA

La membrana celular no solo separa el interior de la célula del medio externo, sino que también regula el paso de iones mediante gradientes electroquímicos.

CARACTERÍSTICAS

• Bicapas lipídicas: Actúan como barreras aislantes, impidiendo el paso libre de iones.
• Proteínas transmembrana: Como los canales iónicos y transportadores, permiten el flujo selectivo de sustancias.
• Capacitor biológico: Almacena carga en sus caras interna y externa debido a la separación de cargas eléctricas.

BASES DE LOS MECANISMOS DE POTENCIAL DE REPOSO

El potencial de reposo es la diferencia de voltaje a través de la membrana cuando la célula está en reposo (~ -70 mV en neuronas).

¿QUÉ LO DETERMINA?

• 1. Distribución desigual de iones: Alta concentración de K⁺ dentro de la célula y Na⁺ fuera. La bomba Na⁺/K⁺ ATPasa mantiene esta distribución.
• 2. Permeabilidad diferencial de la membrana: La membrana es más permeable al K⁺ (canales de fuga de K⁺).
• 3. Equilibrio de fuerzas eléctricas y químicas: Se alcanza un equilibrio cuando el flujo neto de K⁺ es cero (potencial de equilibrio de Nernst).

BASES DE LOS MECANISMOS DE POTENCIAL DE ACCIÓN

El potencial de acción es un cambio rápido en el potencial de membrana que permite la transmisión de señales eléctricas.

FASES

• 1. Despolarización: Se abren canales de Na⁺ activados por voltaje → Na⁺ entra y la célula se vuelve más positiva.
• 2. Repolarización: Se cierran los canales de Na⁺ y se abren los de K⁺ → K⁺ sale y la célula se vuelve más negativa.
• 3. Hiperpolarización: Los canales de K⁺ permanecen abiertos más tiempo del necesario, volviendo la célula más negativa que el potencial de reposo.
• 4. Restablecimiento del potencial de reposo: La bomba Na⁺/K⁺ ATPasa restablece la distribución de iones.

PROPIEDADES DE CONDUCCIÓN AXONAL

La conducción axonal se refiere al movimiento del potencial de acción a lo largo del axón.

FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE CONDUCCIÓN

• 1. Diámetro del axón: Mayor diámetro → menor resistencia interna → mayor velocidad.
• 2. Mielinización: La mielina permite la conducción saltatoria, acelerando la propagación del impulso nervioso.
• 3. Temperatura: Temperaturas bajas reducen la velocidad de conducción.

MIELINA Y SU PAPEL EN LA CONDUCCIÓN SALTATORIA

La mielina es una capa de lípidos y proteínas que envuelve los axones, aumentando la eficiencia de la conducción.

Interrupciones en la mielina (nodos de Ranvier) permiten que el potencial de acción "salte" de nodo en nodo.

Beneficios de la mielina:

• Aumenta la velocidad de conducción.
• Reduce la disipación de corriente.
• Ahorra energía, ya que la bomba Na⁺/K⁺ ATPasa trabaja menos.

TIPOS DE SINÁPSIS Y SUS CARACTERÍSTICAS GENERALES (ELÉCTRICAS Y QUÍMICAS)

1. SINAPSIS ELÉCTRICA:

Comunicación directa a través de uniones en hendidura (gap junctions). Rápidas, bidireccionales y se encuentran en tejidos como el miocardio.

2. SINAPSIS QUÍMICA:

Uso de neurotransmisores para comunicar señales. Más lentas, pero permiten regulación y modulación. Ejemplo: sinapsis entre neuronas y músculos (placa neuromuscular).

CIRCUITOS NEURONALES

• 1. Circuitos divergentes: Una neurona envía señales a múltiples neuronas.
• 2. Circuitos convergentes: Varias neuronas transmiten señales a una sola.
• 3. Circuitos reverberantes: Se realimenta para mantener la señal activa.
• 4. Circuitos paralelos: La información viaja por múltiples vías simultáneamente.

GENERALIDADES SOBRE EL SISTEMA NERVIOSO Y SU CONSTITUCIÓN

EL SISTEMA NERVIOSO SE DIVIDE EN

• Sistema Nervioso Central (SNC): Encéfalo y médula espinal.
• Sistema Nervioso Periférico (SNP): Nervios y ganglios fuera del SNC.

FUNCIONES GENERALES:

• 1. Sensitiva: Recepción de estímulos.
• 2. Integradora: Procesamiento y análisis de información.
• 3. Motora: Generación de respuestas.

EJEMPLO DE FUNCIONALIDAD DEL SISTEMA NERVIOSO: SISTEMA SENSORIAL

El sistema sensorial permite la percepción del mundo a través de receptores específicos.

• - Visión: Retina y fotorreceptores (conos y bastones).
• - Audición: Cóclea y células ciliadas.
• - Tacto: Mecanorreceptores en la piel.
• - Gusto y olfato: Quimiorreceptores en lengua y nariz.

EXTRA

CICLO DE LAS SEÑALES INTRACELULARES