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1.2: Movimiento de iones

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    El flujo iónico dentro y fuera de la neurona es un componente crítico de la función de la neurona. Los iones se mueven de manera predecible, y el control del movimiento iónico afecta a la célula en reposo y mientras envía y recibe información de otras neuronas.

    La bicapa fosfolipídica previene el movimiento de iones

    La membrana neuronal está compuesta por moléculas lipídicas que forman dos capas. Las cabezas hidrófilas de las moléculas se alinean en el exterior de la membrana, interactuando con la solución intra y extracelular de la célula, mientras que las colas hidrófobas están dispuestas en el medio, formando una barrera al agua y moléculas solubles en agua como iones. Esta barrera es crítica para la función de las neuronas.

    Ilustración de la bicapa fosfolipídica. Detalles en texto.
    Figura 2.1. La membrana neuronal está compuesta por dos capas de moléculas de fosfolípidos que forman una barrera al agua y a la molécula soluble en agua debido a la organización de las cabezas hidrófilas y los extremos hidrófobos de las moléculas. 'Bilayer fosfolípido' de Casey Henley está bajo una Licencia Creative Commons Atribución No Comercial (CC-BY-NC) 4.0 Internacional.

    Los canales de iones permiten el movimiento de iones

    Incrustados a lo largo de la membrana neuronal hay canales iónicos. Los canales iónicos son proteínas que abarcan el ancho de la membrana celular y permiten que los iones cargados se muevan a través de la membrana. Los iones no pueden pasar a través de la bicapa fosfolipídica sin un canal. Los canales se pueden abrir de varias maneras diferentes. Los canales que se abren y cierran espontáneamente se denominan canales de fuga o no cerrados. Los canales que se abren en respuesta a un cambio en el potencial de membrana se denominan voltaje-gated. Los canales que se abren en respuesta a una unión química se denominan ligando-activados. Otros mecanismos como el estiramiento de la membrana o los mecanismos celulares también pueden conducir a la apertura de canales. Los canales pueden ser específicos de un ion o permitir el flujo de múltiples iones.

    Bicapa fosfolipídica ilustrada con siete canales iónicos cerrados.
    Figura 2.2. La bicapa fosfolipídica con canales iónicos incrustados. Los canales azules punteados representan canales de sodio; los canales verdes rayados representan canales de potasio; los canales amarillos sólidos representan canales de cloruro. 'Membrana con Canales' de Casey Henley está bajo una Licencia Creative Commons Atribución No Comercial (CC-BY-NC) 4.0 Internacional.

    Los canales iónicos controlan el movimiento iónico a través de la membrana celular porque la bicapa de fosfolípidos es impermeable a los átomos cargados. Cuando los canales están cerrados, ningún ion puede entrar o salir de la célula. Sin embargo, cuando los canales iónicos se abren, entonces los iones pueden moverse a través de la membrana celular.

    Animación 2.1. Cuando los canales iónicos en la membrana están cerrados, los iones no pueden entrar o salir de la neurona. Los iones solo pueden cruzar la membrana celular cuando el canal apropiado está abierto. Por ejemplo, solo el sodio puede pasar a través de canales abiertos de sodio. Los canales azules punteados representan canales de sodio; los canales verdes rayados representan canales de potasio; los canales amarillos sólidos representan canales de cloruro. 'Movimiento Ion' de Casey Henley está bajo una Licencia Creative Commons Atribución No Comercial (CC-BY-NC) 4.0 Internacional. Ver imagen estática de animación.

    Gradientes impulsan el movimiento de iones

    Los iones se mueven de manera predecible. La concentración y los gradientes eléctricos impulsan el movimiento de iones. Los iones se difundirán de regiones de alta concentración a regiones de baja concentración. La difusión es un proceso pasivo, es decir, no requiere energía. Mientras exista una vía (como a través de canales iónicos abiertos), los iones se moverán hacia abajo por el gradiente de concentración.

    Además de los gradientes de concentración, los gradientes eléctricos también pueden impulsar el movimiento de iones. Los iones son atraídos y se moverán hacia regiones de carga opuesta. Los iones positivos se moverán hacia regiones de carga negativa, y viceversa.

    Para la discusión del movimiento iónico en este texto, la combinación de estos dos gradientes se denominará gradiente electroquímico. A veces la concentración y los gradientes eléctricos que impulsan el movimiento de iones pueden estar en la misma dirección; a veces la dirección es opuesta. El gradiente electroquímico es la suma de los dos gradientes individuales y proporciona una sola dirección para el movimiento iónico.

    Animación 2.2. La concentración y los gradientes eléctricos impulsan el movimiento de iones. Los iones difunden gradientes de concentración descendente de regiones de alta concentración a regiones de baja concentración. Los iones también se mueven hacia regiones de carga eléctrica opuesta. 'Gradients' de Casey Henley está bajo una Licencia Creative Commons Atribución No Comercial (CC-BY-NC) 4.0 Internacional. Ver imagen estática de animación.

    Cuando se produce el equilibrio de gradientes, el equilibrio

    Cuando la concentración y los gradientes eléctricos para un balance de iones dado, es decir, son iguales en fuerza pero en diferentes direcciones, ese ion estará en equilibrio. Los iones aún se mueven a través de la membrana a través de canales abiertos cuando están en equilibrio, pero no hay movimiento neto en ninguna dirección, lo que significa que hay un número igual de iones que se mueven hacia la célula a medida que se mueven fuera de la célula.

    Animación 2.3. Cuando un ion está en equilibrio, lo que ocurre cuando la concentración y los gradientes eléctricos actúan sobre el equilibrio iónico, no hay movimiento neto del ion. Los iones continúan moviéndose a través de la membrana a través de canales abiertos, pero el flujo de iones dentro y fuera de la célula es igual. En esta animación, la membrana comienza y termina con siete iones positivos en cada lado a pesar de que los iones se mueven a través de los canales abiertos. 'Ion Equilibrium' de Casey Henley está bajo una Licencia Creative Commons Atribución No Comercial (CC-BY-NC) 4.0 Internacional. Ver imagen estática de animación.

    Claves para llevar

    • La bicapa fosfolipídica evita el movimiento iónico dentro o fuera de la célula
    • Los canales iónicos permiten el movimiento de iones a través de la membrana
    • Los gradientes electroquímicos impulsan la dirección del flujo iónico
    • En equilibrio, no hay movimiento de iones netos (pero los iones siguen moviéndose)

    ¡Ponte a prueba!

    Un elemento H5P interactivo ha sido excluido de esta versión del texto. Puedes verlo en línea aquí:
    https://openbooks.lib.msu.edu/neuroscience/?p=52#h5p-10

    Revisión adicional

    1. Explicar cómo los gradientes químicos y eléctricos afectan el flujo iónico.
    2. Explicar el movimiento iónico en equilibrio.

    RESPUESTAS

    Versión en video de la lección

    Miniaturas para el elemento incrustado “Capítulo 2 - Movimiento iónico”

    Un elemento de YouTube ha sido excluido de esta versión del texto. Puedes verlo en línea aquí: https://openbooks.lib.msu.edu/neuroscience/?p=52

    This page titled 1.2: Movimiento de iones is shared under a CC BY-NC-SA 4.0 license and was authored, remixed, and/or curated by Casey Henley via source content that was edited to the style and standards of the LibreTexts platform; a detailed edit history is available upon request.