Dividiré mi respuesta en tres partes: por qué hay un potencial de membrana en reposo negativo, qué pasa con la corriente y finalmente el flujo de iones de sodio en potenciales de acción
¿Por qué un potencial de membrana en reposo negativo?
Hay algunas razones que se combinan para formar la historia completa.
- Difusión / Permeabilidad selectiva: normalmente, las moléculas y los iones se difunden a lo largo de una solución para alcanzar un estado en el que se extienden y alcanzan concentraciones iguales en todo. No están quietos, pero llegan tantos como salidas de cualquier región que pueda describir (aproximadamente), por lo que se mantendrán más o menos iguales. Cuando se coloca una membrana completamente permeable, las cargas se pueden mover libremente como si no hubiera problemas, como arena en un tamiz. Pero algunas moléculas no pueden atravesar la membrana celular, como las grandes proteínas con carga negativa. Cuando las moléculas / iones cargados se atascan dentro de la célula, contribuyen a un diferencial de carga (piense en mantener las cargas positivas y negativas separadas en las placas de metal, también conocidos como capacitores. Es una idea similar)
- Potencial de Nernst / Ecuación de Goldman: el potencial de Nernst es lo que teóricamente se espera de un potencial de membrana en reposo al dejar cargas similares a diferentes concentraciones a través de una membrana. Supone que el ion es completamente permeable a través de la membrana y que es el único ion allí, pero aún puede hacer predicciones útiles si otros iones son insignificantes en concentración o apenas se pueden mover a través de la membrana. La ecuación de Goldman tiene en cuenta otros iones y la permeabilidad.
- Propiedades de la Membrana / Sodio y Potasio – Resulta que las células bombean activamente el sodio para tomar potasio con bombas de sodio y potasio en la membrana. Esto es parte de cómo se generan diferentes concentraciones de estos iones, con mucho más potasio dentro de la célula, mucho más sodio afuera. También resulta que el potasio tiene “canales con fugas” que le permiten equilibrarse parcialmente y fluir libremente, mientras que el sodio no es muy frágil en absoluto, por lo que su permeabilidad es bastante baja. Por lo tanto, la ecuación de Goldman arroja un potencial de reposo cercano al potencial de Nernst del potasio (el sodio no es lo suficientemente significativo para los potenciales de membrana en reposo), que resulta ser negativo.
¿Qué pasa con la corriente?
Técnicamente, la corriente eléctrica se trata más de flujo de electrones que de iones, aunque los iones efectivamente fluyen durante un potencial de acción (principalmente iones de sodio). Comprender los principios básicos del electromagnetismo definitivamente ayuda a aprender sobre las neuronas, ya que involucran voltajes y flujo de iones. Resulta que algunos de los primeros investigadores de neuronas en realidad idearon modelos de circuitos eléctricos de neuronas incluso antes de que supiéramos cosas como canales (e incluso predijeron tales cosas), y fueron sorprendentemente correctos al final.
Flujo de Sodio en Potenciales de Acción
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Resulta que hay canales de sodio controlados por voltaje en las membranas celulares que se abrirán con un potencial de membrana despolarizado (en este caso, menos negativo) (generalmente logrado mediante señalización sináptica, pero ignorémoslo). La apertura de estos canales en la despolarización permite que el sodio se precipite rápidamente en la célula (recuerde, estaba muy concentrado fuera de la célula), empequeñeciendo la permeabilidad del potasio y volteando hacia el nuevo potencial Nernst del sodio que es altamente positivo. Ese aumento espectacular es nuestro potencial de acción. Después de un tiempo, estos canales regulados por voltaje se desactivan y los canales especiales de potasio se abren para permitir que el potasio vuelva a entrar lentamente, lo que generará un potencial más negativo que el potencial de reposo. La bomba de potasio de sodio en última instancia, restaura las condiciones originales al empujar el sodio hacia atrás.
– Y está tu lección de fisiología de alguien que la tomó esta primavera. Las neuronas son una de las unidades más duras de la fisiología de primer año, ¡así que espera!
