35.4: Cómo se comunican las neuronas - Transmisión de impulsos nerviosos dentro de una neurona- potencial de reposo
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Transmisión del impulso nervioso dentro de una neurona
Para que el sistema nervioso funcione, las neuronas deben poder enviar y recibir señales. Estas señales son posibles porque cada neurona tiene una membrana celular cargada (una diferencia de voltaje entre el interior y el exterior). La carga de esta membrana puede cambiar en respuesta a moléculas neurotransmisoras liberadas de otras neuronas y estímulos ambientales. Cualquier voltaje es una diferencia en el potencial eléctrico entre dos puntos; por ejemplo, la separación de cargas eléctricas positivas y negativas en lados opuestos de una barrera resistiva. Para entender cómo se comunican las neuronas, primero hay que entender la base de las membranas cargadas y la carga basal o 'en reposo' de la membrana.
Membranas Neuronales
La membrana bicapa lipídica que rodea a una neurona es impermeable a moléculas o iones cargados. Para entrar o salir de la neurona, los iones deben pasar a través de proteínas especiales llamadas canales iónicos que abarcan la membrana. Los canales iónicos tienen diferentes configuraciones: abierto, cerrado e inactivo. Algunos canales iónicos necesitan ser activados para abrirse y permitir que los iones pasen dentro o fuera de la célula. Estos canales iónicos son sensibles al medio ambiente y pueden cambiar su forma en consecuencia. Los canales iónicos que cambian su estructura en respuesta a los cambios de voltaje se denominan canales iónicos regulados por voltaje. Los canales iónicos regulados por voltaje regulan las concentraciones relativas de diferentes iones dentro y fuera de la célula. La diferencia en la carga total entre el interior y el exterior de la célula se denomina potencial de membrana.
Potencial de membrana en reposo
Para las células quiescentes, el potencial de membrana relativamente-estático se conoce como el potencial de membrana en reposo. El potencial de la membrana en reposo está en equilibrio ya que se basa en el gasto constante de energía para su mantenimiento. Está dominada por las especies iónicas en el sistema que tiene la mayor conductancia a través de la membrana. Para la mayoría de las células, esto es potasio. Como el potasio es también el ion con el potencial de equilibrio más negativo, generalmente el potencial de reposo no puede ser más negativo que el potencial de equilibrio de potasio.
Una neurona en reposo está cargada negativamente porque el interior de una célula es aproximadamente 70 milivoltios más negativo que el exterior (−70 mV); este número varía según el tipo de neurona y por especie. Este voltaje se denomina potencial de membrana en reposo y es causado por diferencias en las concentraciones de iones dentro y fuera de la célula. Si la membrana fuera igualmente permeable a todos los iones, cada tipo de ion fluiría a través de la membrana y el sistema alcanzaría el equilibrio. Debido a que los iones no pueden simplemente cruzar la membrana a voluntad, hay diferentes concentraciones de varios iones dentro y fuera de la célula. La diferencia en el número de iones de potasio cargados positivamente (K +) dentro y fuera de la célula domina el potencial de la membrana en reposo. Cuando la membrana está en reposo, los iones K + se acumulan dentro de la célula debido a un movimiento neto con el gradiente de concentración. El potencial negativo de la membrana en reposo se crea y mantiene aumentando la concentración de cationes fuera de la célula (en el fluido extracelular) en relación con el interior de la célula (en el citoplasma). La carga negativa dentro de la célula es creada por la membrana celular siendo más permeable al movimiento K + que al movimiento Na +.
En las neuronas, los iones potasio (K+) se mantienen a altas concentraciones dentro de la célula, mientras que los iones de sodio (Na+) se mantienen a altas concentraciones fuera de la célula. La célula posee canales de fuga de potasio y sodio que permiten que los dos cationes se difundan por su gradiente de concentración. Sin embargo, las neuronas tienen muchos más canales de fuga de potasio que los canales de fuga de sodio. Por lo tanto, el potasio se difunde fuera de la celda a un ritmo mucho más rápido que el sodio se filtra. Más cationes que salen de la celda que entrar en ella hace que el interior de la celda se cargue negativamente en relación con el exterior de la celda. Las acciones de la bomba de sodio-potasio ayudan a mantener el potencial de reposo, una vez que se establece. Recordemos que las bombas de sodio-potasio traen dos iones K + a la célula mientras eliminan tres iones Na+ por ATP consumido. A medida que se expulsan de la célula más cationes de los que se toman, el interior de la célula permanece cargado negativamente en relación con el líquido extracelular.
Puntos Clave
- Cuando la membrana neuronal está en reposo, el potencial de reposo es negativo debido a la acumulación de más iones de sodio fuera de la célula que iones de potasio dentro de la célula.
- Los iones de potasio se difunden fuera de la célula a una velocidad mucho más rápida que los iones de sodio se difunden en la célula porque las neuronas tienen muchos más canales de fuga de potasio que los canales de fuga
- Las bombas de sodio-potasio mueven dos iones de potasio dentro de la célula a medida que se bombean tres iones de sodio para mantener la membrana cargada negativamente dentro de la célula; esto ayuda a mantener el potencial de reposo.
Términos Clave
- canal iónico: un complejo proteico o proteína única que penetra una membrana celular y cataliza el paso de iones específicos a través de esa membrana
- potencial de membrana: la diferencia en el potencial eléctrico a través de la membrana de cierre de una célula
- potencial de reposo: el potencial de membrana casi latente de las células inactivas