Potencial de Membrana: Difusión, Ecuación de Nernst y Bomba Sodio-Potasio

Clase N°1: Potencial de Membrana

Física Básica de los Potenciales de Membrana

Potenciales de Membrana Provocados por Difusión

Los "potenciales de difusión" son producidos por una diferencia de concentración iónica a ambos lados de la membrana.

• La concentración de K⁺ es alta dentro de la membrana de la fibra, pero muy baja fuera de la misma.
• La membrana es permeable solo a iones K⁺.
• Debido al gran gradiente de concentración desde el interior al exterior, hay una intensa tendencia a que los iones difundan hacia afuera.
• Esto genera electropositividad fuera de la membrana y electronegatividad dentro.
• En 1 ms, la diferencia de potencial entre el interior y el exterior (potencial de difusión) es suficientemente grande como para bloquear la difusión neta de K⁺ hacia afuera.
• En una fibra nerviosa normal, la diferencia de potencial necesaria es de aproximadamente 94 mV, con negatividad en el interior de la membrana de la fibra.
• Existe una concentración elevada de iones Na⁺ fuera de la membrana y una concentración baja de Na⁺ dentro.
• La membrana es permeable a iones Na⁺.
• La difusión de Na⁺ hacia el interior crea un potencial de membrana de polaridad opuesta.
• Se necesita un potencial de membrana suficientemente alto para bloquear la difusión neta de Na⁺ hacia el interior.
• Este potencial es de aproximadamente 61 mV positivos en el interior de la fibra.

Conclusión: Una diferencia de concentración de iones a través de una membrana puede crear un potencial de membrana.

Relación del Potencial de Difusión con la Diferencia de Concentración: Potencial de Nernst

Potencial de Nernst

El potencial de Nernst es el nivel del potencial de difusión a través de una membrana que se opone exactamente a la difusión neta de un ion particular a través de la misma. Se determina por el cociente de las concentraciones de ese ion específico en los dos lados de la membrana.

Ecuación de Nernst

A mayor cociente:

• Mayor es la tendencia del ion a difundir.
• Mayor es el potencial de Nernst necesario para impedirlo.

Cálculo del Potencial de Difusión Cuando la Membrana es Permeable a Varios Iones Diferentes

El potencial de difusión que se genera depende de tres factores:

1. La polaridad de la carga eléctrica de cada uno de los iones.
2. La permeabilidad de la membrana (P) a cada ion.
3. Las concentraciones (C) de los respectivos iones en el interior (i) y en el exterior (o) de la membrana.

Consideraciones adicionales:

1. Los iones Na⁺, K⁺ y Cl^- son los más importantes en la generación de potenciales de membrana en las fibras nerviosas y musculares.
2. El grado de importancia de cada uno de los iones en la determinación del voltaje es proporcional a la permeabilidad de la membrana para ese ion particular.
3. Un gradiente positivo de concentración iónica desde el interior de la membrana hacia el exterior produce electronegatividad en el interior de la membrana. Lo contrario ocurre cuando el gradiente es negativo.
4. La permeabilidad de los canales de sodio y de potasio experimenta cambios rápidos durante la transmisión de un impulso nervioso, mientras que la de los canales de cloro no cambia significativamente.

Bomba de Sodio-Potasio

• Es una bomba electrógena porque bombea más cargas positivas hacia el exterior.
• Transporta iones de Na⁺ hacia el exterior e iones de K⁺ hacia el interior.
• Incluso en una célula en reposo, hay un escape constante de iones K⁺ y una pequeña pérdida de iones Na⁺. La bomba Na⁺/K⁺ contrarresta estos flujos, manteniendo el potencial de membrana en reposo.