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1.7: Abrazadera de voltaje

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    En el capítulo anterior, cubrimos los cambios en el flujo iónico y el potencial de membrana que ocurren durante el potencial de acción en la neurona. Tenemos este nivel de comprensión sobre cómo los iones se mueven durante el potencial de acción debido a una técnica especial llamada experimento de pinza de voltaje que se utilizó en la década de 1950. El método de pinza de voltaje permite a los investigadores estudiar los canales iónicos regulados por voltaje controlando el potencial de membrana de una neurona.

    El experimento de abrazadera de voltaje

    Configuración Inicial

    Para realizar un experimento de pinza de voltaje, una porción del axón, que incluiría la membrana celular y todos los canales iónicos regulados por voltaje ubicados allí, se retira de una neurona y se coloca en una solución que imita la de la solución extracelular fisiológica. Las concentraciones de iones a través de la membrana, así como los gradientes electroquímicos, permanecerían iguales.

    Neurona ilustrada que muestra segmento de axón extraído y puesto en un baño. Detalles en pie de foto.
    Figura 7.1. Para llevar a cabo un experimento de pinza de voltaje, se extrae una porción del axón de la neurona. El axón se coloca en una solución especial que es similar a la solución extracelular fisiológica. 'In Vitro Axon' por Casey Henley está bajo una Licencia Creative Commons Atribución No Comercial Compartir Igual (CC-BY-NC-SA) 4.0 Internacional.

    Medición del potencial de membrana

    El paso inicial en el método de pinza de voltaje es medir el potencial de membrana del axón. Se coloca un electrodo de registro en el axón y se coloca un electrodo de referencia en la solución extracelular. La diferencia de voltaje entre estos dos electrodos es el potencial de membrana del axón.

    Axon ilustrado con electrodos que miden el potencial de membrana. Detalles en pie de foto.
    Figura 7.2. La medición del potencial de membrana del segmento axónico es el primer paso en el experimento de pinzamiento de voltaje. El potencial de membrana es la diferencia de voltaje entre el electrodo de registro intracelular y el electrodo de referencia extracelular. 'Mida el potencial de membrana' por Casey Henley está bajo una Licencia Creative Commons Atribución No Comercial Compartir Igual (CC-BY-NC-SA) 4.0 Internacional.

    Sujeción del voltaje

    Los investigadores que llevan a cabo el experimento pueden establecer un potencial de membrana deseado para la célula. Luego, el equipo compara el potencial de membrana deseado con el potencial de membrana medido de los electrodos. Si estos valores difieren, se inyecta corriente en la celda para cambiar el potencial de membrana medido y hacerlo igual al potencial deseado.

    Pasos que ocurren durante el experimento de pinza de voltaje. Detalles en pie de foto.
    Figura 7.3. Se establece un potencial de membrana deseado para el experimento. El equipo experimental de abrazadera de voltaje compara entonces el potencial de membrana medido con el potencial deseado. Luego se inyecta corriente en el axón a través de un electrodo que pasa corriente para hacer que el potencial de membrana medido sea igual al potencial deseado. 'Tensión de Sujeción' por Casey Henley está bajo una Licencia Creative Commons Atribución No Comercial Compartir Igual (CC-BY-NC-SA) 4.0 Internacional.

    Repetir

    El equipo continúa este ciclo durante la duración del experimento. Constantemente mide y compara el potencial real de la membrana con el potencial deseado, y luego usa la corriente para corregir cualquier cambio, “sujetando” el potencial a un valor.

    Pasos que ocurren durante el experimento de pinza de voltaje. Detalles en pie de foto.
    Figura 7.4. El ciclo de abrazadera de voltaje se repite continuamente. Se mide el potencial real de membrana del axón, en comparación con el valor de potencial deseado establecido, y luego la corriente se pasa al axón para mantener el potencial de membrana real igual al potencial deseado. 'Ciclo de abrazadera de voltaje' por Casey Henley está bajo una Licencia Creative Commons Atribución No Comercial Compartir Igual (CC-BY-NC-SA) 4.0 Internacional.

    Ejemplo de experimento de abrazadera de voltaje

    En Descanso

    Trabajemos a través del sistema con un ejemplo. Aquí hay un axón bañado en la solución extracelular. El potencial de membrana en reposo se mide a -65 mV.

    Axon ilustrado con potencial de membrana en reposo de -65 mV. Detalles en pie de foto.
    Figura 7.5. Mida el potencial de membrana. El potencial de membrana de este axón en reposo es de -65 mV. 'Ejemplo de abrazadera de voltaje en resto' por Casey Henley está bajo una Licencia Creative Commons Atribución No Comercial Compartir Igual (CC-BY-NC-SA) 4.0 Internacional.

    Establecer valor potencial de membrana con abrazadera

    Para este experimento, el valor de potencial de membrana deseado es 0 mV.

    Experimento ilustrado de pinza de voltaje con un valor fijado de 0 mV. Detalles en pie de foto.
    Figura 7.6. Establecer el potencial de membrana deseado. El valor establecido para este experimento es 0 mV. 'Valor establecido de ejemplo de abrazadera de voltaje' por Casey Henley está bajo una Licencia Creative Commons Atribución No Comercial Compartir Igual (CC-BY-NC-SA) 4.0 Internacional.

    Comparar valores reales y establecidos de potencial de membrana

    El equipo determinará que el potencial real de membrana de la célula no es correcto (-65 mV en comparación con 0 mV), por lo que la célula debe despolarizarse para alcanzar el valor establecido.

    Experimento ilustrado de pinza de voltaje comparando valores de potencial de membrana reales y establecidos. Detalles en pie de foto.
    Figura 7.7. Compare el potencial de membrana medido con el potencial deseado. El potencial real de membrana del axón está a -65 mV, por lo que la célula necesita ser despolarizada para alcanzar el potencial deseado de 0 mV. 'Comparación de ejemplo de abrazadera de voltaje' por Casey Henley está bajo una Licencia Creative Commons Atribución No Comercial Compartir Igual (CC-BY-NC-SA) 4.0 Internacional.

    Ajustar el potencial de membrana

    Para hacer que el axón pase de su potencial de membrana en reposo a 0 mV, el electrodo de corriente pasará corriente positiva a la celda, despolarizando la celda hasta que el potencial de membrana alcance el valor establecido.

    Experimento ilustrado de pinza de voltaje que muestra despolarización después de inyectar. Detalles en pie de foto.
    Figura 7.8. Corregir el potencial real de membrana. Para despolarizar este axón desde reposo a -65 mV hasta el valor de pinza deseado de 0 mV, se inyectará corriente positiva en la celda. El potencial de membrana luego se despolarizará a 0 mV y permanecerá ahí. 'Corriente de ejemplo de abrazadera de voltaje' por Casey Henley está bajo una Licencia Creative Commons Atribución No Comercial Compartir Igual (CC-BY-NC-SA) 4.0 Internacional.

    Los canales iónicos continúan funcionando durante la abrazadera de voltaje

    El aspecto importante de la despolarización que se observa en el ejemplo es que se encuentra por encima del umbral. Mover el potencial de membrana por encima del umbral activará los canales iónicos regulados por voltaje. Los canales de sodio se abrirán de inmediato, y el sodio comenzará a precipitarse hacia la celda. Esta afluencia de iones positivos normalmente provocaría cambiar el potencial de la membrana para despolarizar, pero el equipo de pinza de voltaje medirá el flujo de iones e inyectará una corriente de igual intensidad y carga opuesta en el axón para mantener el potencial de membrana a 0 mV. Esto sucede casi instantáneamente y es un proceso constante, así como cambia el flujo de iones, también lo hace la corriente inyectada.

    Animación 7.1. El pinzamiento de la celda a 0 mV dará como resultado que la corriente pase al axón para despolarizar el potencial de membrana. Esta despolarización está por encima del umbral, por lo que se activarán los canales iónicos regulados por voltaje en la membrana. El sodio ingresará al axón a través de los canales abiertos de sodio. El equipo de pinza de voltaje inyectará corriente igual en fuerza y opuesta en carga a la afluencia de sodio para mantener el potencial de membrana del axón a 0 mV. El potencial de membrana permanecerá en 0 mV porque la corriente inyectada compensa cualquier cambio que normalmente ocurriría debido al flujo iónico. 'Voltage Clamp Sodium Flow' por Casey Henley está bajo una Licencia Creative Commons Atribución No Comercial Compartir Igual (CC-BY-NC-SA) 4.0 International License. Ver imagen estática de animación.

    Dado que los canales iónicos funcionan como se esperaba durante el experimento de pinza de voltaje, los canales de sodio regulados por voltaje se inactivarán y los canales de potasio regulados por voltaje retardado se abrirán porque, al igual que los canales de sodio, también se activan cuando el potencial de membrana alcanza el umbral. Esto hace que el flujo de iones cambie de interior a exterior. Normalmente, el efllux de potasio provocaría una repolarización del potencial de membrana, pero el equipo de pinza de voltaje inyectará nuevamente una corriente que es igual en fuerza y opuesta en carga al flujo de potasio para mantener el potencial de membrana estable a 0 mV.

    Animación 7.2. Los canales de sodio regulados por voltaje se inactivarán y los canales de potasio se abrirán. Entonces el potasio fluirá fuera del axón. Similar a la afluencia de sodio, el equipo de pinza de voltaje inyectará corriente igual en fuerza y opuesta en carga a la salida de potasio para mantener el potencial de membrana del axón a 0 mV. 'Voltage Clamp Potassium Flow' por Casey Henley está bajo una Licencia Creative Commons Atribución No Comercial Compartir Igual (CC-BY-NC-SA) 4.0 International License. Ver imagen estática de animación.

    Recopilación de datos

    Los investigadores pueden determinar cuánta corriente se mueve a través de los canales iónicos regulados por voltaje observando cuánta corriente debe inyectar el equipo en la celda para mantener estable el potencial de la membrana. Si el equipo tiene que inyectar corriente negativa durante 2 milisegundos, entonces los investigadores saben que los iones positivos fluyeron durante 2 milisegundos. Entonces, la configuración de la abrazadera de voltaje permitió a los investigadores en la década de 1950 aprender sobre cómo funcionaban los canales iónicos regulados por voltaje durante un potencial de acción.

    Claves para llevar

    • El potencial de membrana no cambia durante un experimento de pinza de voltaje
    • Los canales iónicos regulados por voltaje aún pueden funcionar normalmente y permitir el flujo de iones
    • Si el potencial de membrana sujeto está por encima del umbral, los canales regulados por voltaje actuarán como si la celda estuviera disparando un potencial de acción
    • El equipo debe compensar el flujo iónico de la neurona inyectando corriente en el axón. La cantidad de corriente necesaria para mantener estable el potencial de membrana es igual y opuesta a la corriente que realmente fluye en la celda

    ¡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=193#h5p-7

    Revisión adicional

    Usted realiza un experimento de pinza de voltaje donde mueve el potencial de la membrana del reposo a -65 mV a 0 mV. Usted recopila los siguientes datos:

    Resultados del experimento de pinza de voltaje. Detalles en pie de foto.
    El potencial de membrana de una neurona se sujeta a 0 mV. Se ve una corriente interna inicial, seguida de una corriente externa.

    Describir qué causa el flujo de iones observado, incluyendo información sobre qué iones se mueven y en qué dirección.

    RESPUESTAS

    Versión en video de la lección

    Miniatura para el elemento incrustado “Capítulo 7 - Abrazadera de voltaje”

    Un elemento de YouTube ha sido excluido de esta versión del texto. Puedes verlo en línea aquí: https://openbooks.lib.msu.edu/neuroscience/?p=193

    This page titled 1.7: Abrazadera de voltaje 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.