Transporte de membrana y potenciales neuronales: ósmosis, canales y bomba Na+/K+

I. Transporte de membrana

Pasivo: sin gasto de energía y a favor del gradiente de concentración.

• Ósmosis: traspaso de agua a través de proteínas.
• Difusión simple: transporte de sustancias a través de los fosfolípidos (disueltas en solventes orgánicos o sustancias gaseosas).
• Difusión facilitada: transporte dado gracias a la membrana plasmática a través de proteínas canal (iones: Na+, K+ y Ca2+) y proteínas transportadoras (sustancias disueltas en agua).

Activo: con gasto de energía y en contra del gradiente.

Con cambio estructural:

• Endocitosis: ingreso de sustancias a la célula mediante una invaginación (la célula cambia su forma para atrapar sustancias e ingresarlas a su citoplasma).
• Exocitosis: liberación de sustancias al medio extracelular, como las hormonas.

Sin cambio estructural:

Bomba Na+/K+ (Sodio - Potasio): trabaja bombeando Na+ y K+ manteniendo un equilibrio entre las diferentes cargas eléctricas en las neuronas. Es un mecanismo electrogénico porque contribuye a la creación de un potencial eléctrico a través de la membrana celular.

Pasos:

1. Llega el impulso nervioso.
2. Se gasta energía.
3. Se liberan 3 Na+ en contra del gradiente.
4. Ingresan 2 K+.
5. Cada dos K+ que entran, salen tres Na+.

La bomba Na+/K+ trabaja antes de que pase el impulso nervioso, por lo que mantiene la polaridad de la membrana.

II. Origen del potencial de reposo

La neurona está en reposo ya que dentro de la membrana hay una gran cantidad de moléculas orgánicas negativas y iones K+; en el exterior hay muchos iones Na+ y Cl-.

• Difusión pasiva de iones potasio hacia el exterior a favor del gradiente: es un transporte masivo de iones K+ hacia el exterior porque la membrana plasmática es muy permeable a estos iones.
• Difusión pasiva de iones sodio hacia el exterior a favor del gradiente: es un transporte de pequeñas cantidades de Na+ ya que sus canales están semicerrados por la poca permeabilidad para estos iones.
• Transporte activo de iones Na+ al exterior y de iones K+ hacia el interior.

Simultáneamente: proceso de fuerte retorno para mantener las concentraciones normales de iones intra y extracelulares. Se le conoce como la bomba sodio-potasio.

Al mantener las cargas positivas y negativas separadas por la membrana se dice que está eléctricamente polarizada, la cual tiene una diferencia de -70 mV.

III. Potencial de acción

La neurona, al ser estimulada, sobrepasa el umbral de estimulación y abre los canales de sodio repentinamente permitiendo la entrada masiva de iones Na+. Con esto cambia la polaridad de la membrana, induciendo un desarrollo explosivo del potencial de acción (salida brusca del potencial en sentido positivo).

En resumen, la neurona se encuentra en estado de reposo (-70 mV). Al recibir el estímulo, comienza a ascender hasta cruzar el umbral de excitación (-35 mV), con lo cual se abren repentinamente los canales de Na+. Con esto se produce una entrada masiva de iones sodio, lo que provoca un cambio en la polaridad de la membrana.

Despolarización

Despolarización: es la desaparición del estado polarizado de la membrana gracias a la entrada masiva de Na+. A las pocas milésimas de segundo, los canales se cierran.

Repolarización

Repolarización: es la apertura de los canales de K+ permitiendo la salida de los iones para restablecer el potencial negativo normal de la membrana en reposo.

Período refractario

Período refractario: momento durante el cual la neurona no responde a estímulos normales. Éste puede ser absoluto, en el que la neurona no puede volver a excitarse con ningún estímulo; o puede ser relativo, en el que la neurona sólo puede excitarse si el segundo estímulo es más fuerte.

Hiperpolarización

Hiperpolarización: pertenece al período refractario y se produce cuando las bombas iónicas que actúan después de la despolarización se extralimitan y sacan más K+ de lo debido. Esto conlleva a que el potencial de membrana descienda hasta aproximadamente -80 mV.