Potencial de membrana

El potencial de membrana (también potencial transmembrana o voltaje de membrana ) es la diferencia de potencial eléctrico entre el interior y el exterior de una célula biológica .

Por convención, se escribe como V _m =V _interior −V _exterior , por lo que un potencial de membrana negativo significa que el interior de la célula es negativo con respecto al exterior. ^{[ 1 ]} Esencialmente, es igual al potencial interior menos el potencial exterior. Esta es la energía por carga que se requiere para mover una carga positiva muy pequeña a velocidad constante a través de la membrana celular desde el exterior hacia el interior. Sin embargo, tenga en cuenta que si se permite que la carga cambie de velocidad, se debe considerar el cambio de energía cinética y la producción de radiación. ^{[ 1 ]}

Los valores típicos del potencial de membrana se dan normalmente en unidades de milivoltios y se denotan como mV. En muchas células animales, V _m suele estar en el orden de decenas de milivoltios. Comúnmente cae en el rango de aproximadamente −20 mV a −200 mV dependiendo del tipo y estado de la célula. ^[¹^] Para estos potenciales de membrana negativos típicos, se requiere trabajo positivo para mover una carga positiva del interior al exterior. Sin embargo, la energía cinética térmica permite que los iones superen la diferencia de potencial. Para una membrana selectivamente permeable , esto permite un flujo neto en contra del gradiente.

Aunque se considera que toda la célula es negativa en su interior, los fluidos que contiene son eléctricamente neutros. La presencia del voltaje se debe a la fina capa de carga que se acumula en la superficie de la membrana celular. Esta membrana tiene solo unos pocos nanómetros de espesor, por lo que incluso un voltaje de 100 mV aplicado a través de ella genera un campo eléctrico extremadamente fuerte. ^{[ 1 ]}

Descripción

Todas las células animales están rodeadas por una membrana compuesta por una bicapa lipídica con proteínas incrustadas. Esta membrana actúa como condensador y como barrera de difusión para el movimiento de iones . Las bombas iónicas impulsan activamente los iones a través de la membrana y establecen gradientes de concentración en ella, mientras que los canales iónicos permiten que los iones se muevan a través de la membrana siguiendo sus gradientes electroquímicos. Los canales iónicos y las bombas iónicas son proteínas transmembrana , eléctricamente análogas a las resistencias y las fuentes de corriente (baterías), y contribuyen al voltaje entre ambos lados de la membrana.

Todas las membranas plasmáticas tienen un potencial eléctrico a través de ellas, siendo el interior generalmente negativo con respecto al exterior. ^{[ 2 ]} El potencial de membrana tiene dos funciones básicas. Primero, permite que una célula funcione como una batería, proporcionando energía para operar una variedad de "dispositivos moleculares" incrustados en la membrana. ^{[ 3 ]} Segundo, en células eléctricamente excitables como las neuronas y las células musculares , se utiliza para transmitir señales entre diferentes partes de una célula.

Señales en neuronas y células musculares

Las señales se generan en las células excitables mediante la apertura o el cierre de canales iónicos en un punto específico de la membrana, lo que produce un cambio local en el potencial de membrana. Este cambio en el campo eléctrico puede ser detectado rápidamente por canales iónicos adyacentes o más distantes en la membrana. Dichos canales iónicos pueden entonces abrirse o cerrarse como resultado del cambio de potencial, reproduciendo así la señal.

En las células no excitables, y en las excitables en su estado basal, el potencial de membrana se mantiene en un valor relativamente estable, denominado potencial de reposo . Para las neuronas, el potencial de reposo se define como un valor entre -80 y -70 milivoltios; es decir, el interior de la célula tiene un voltaje basal negativo de un poco menos de una décima de voltio. La apertura y el cierre de los canales iónicos pueden inducir una desviación del potencial de reposo. Esto se denomina despolarización si el voltaje interno se vuelve menos negativo (por ejemplo, de -70 mV a -60 mV), o hiperpolarización si se vuelve más negativo (por ejemplo, de -70 mV a -80 mV). En las células excitables, una despolarización suficientemente grande puede provocar un potencial de acción , en el que el potencial de membrana cambia rápida y significativamente durante un breve período de tiempo (del orden de 1 a 100 milisegundos), invirtiendo a menudo su polaridad. Los potenciales de acción se generan por la activación de ciertos canales iónicos dependientes del voltaje .

En las neuronas, los factores que influyen en el potencial de membrana son diversos. Entre ellos se incluyen numerosos tipos de canales iónicos, algunos regulados químicamente y otros regulados por voltaje. Dado que los canales iónicos regulados por voltaje están controlados por el potencial de membrana, y que este último se ve influenciado por dichos canales, se generan bucles de retroalimentación que permiten dinámicas temporales complejas, como oscilaciones y eventos regenerativos, tales como potenciales de acción.

Gradientes de concentración de iones

Las diferencias en las concentraciones de iones en lados opuestos de una membrana celular dan lugar a un voltaje llamado potencial de membrana . ^{[ 4 ]}

Muchos iones presentan un gradiente de concentración a través de la membrana, incluido el potasio (K ⁺ ), cuya concentración es alta en el interior y baja en el exterior. Los iones sodio (Na ⁺ ) y cloruro (Cl− ⁾ se encuentran en altas concentraciones en la región extracelular y en bajas concentraciones en las regiones intracelulares . Estos gradientes de concentración proporcionan la energía potencial necesaria para la formación del potencial de membrana. Este voltaje se establece cuando la membrana es permeable a uno o más iones.

En el caso más simple, ilustrado en el diagrama superior ("Gradientes de concentración de iones"), si la membrana es selectivamente permeable al potasio, estos iones con carga positiva pueden difundirse siguiendo el gradiente de concentración hacia el exterior de la célula, dejando atrás cargas negativas no compensadas. Esta separación de cargas es lo que genera el potencial de membrana.

El sistema en su conjunto es electroneutral. Las cargas positivas no compensadas fuera de la célula y las cargas negativas no compensadas dentro de ella se alinean físicamente en la superficie de la membrana y se atraen entre sí a través de la bicapa lipídica . Por lo tanto, el potencial de membrana se localiza físicamente solo en las inmediaciones de la membrana. La separación de estas cargas a través de la membrana es la base del voltaje de membrana.

El diagrama superior es solo una aproximación de las contribuciones iónicas al potencial de membrana. Otros iones, como el sodio, el cloruro, el calcio y otros, desempeñan un papel menos importante, a pesar de tener fuertes gradientes de concentración, debido a que tienen una permeabilidad más limitada que el potasio. ^{[ 5 ]}

Base física

El potencial de membrana en una célula se deriva, en última instancia, de dos factores: la fuerza eléctrica y la difusión. La fuerza eléctrica surge de la atracción mutua entre partículas con cargas eléctricas opuestas (positivas y negativas) y de la repulsión mutua entre partículas con el mismo tipo de carga (ambas positivas o ambas negativas). La difusión surge de la tendencia estadística de las partículas a redistribuirse desde regiones de alta concentración hacia regiones de baja concentración.

Voltaje

El voltaje, sinónimo de diferencia de potencial eléctrico , es la capacidad de generar una corriente eléctrica a través de una resistencia. De hecho, la definición más simple de voltaje viene dada por la ley de Ohm : V=IR, donde V es el voltaje, I es la corriente y R es la resistencia. Si se coloca una fuente de voltaje, como una batería, en un circuito eléctrico, cuanto mayor sea el voltaje de la fuente, mayor será la cantidad de corriente que generará a través de la resistencia disponible. El significado funcional del voltaje reside únicamente en las diferencias de potencial entre dos puntos de un circuito. La idea de un voltaje en un solo punto carece de sentido. En electrónica, es convencional asignar un voltaje de cero a algún elemento del circuito elegido arbitrariamente y, a continuación, asignar voltajes a los demás elementos medidos con respecto a ese punto cero. No importa qué elemento se elija como punto cero; la función de un circuito depende únicamente de las diferencias, no de los voltajes en sí . Sin embargo, en la mayoría de los casos y por convención, el nivel cero se asigna con mayor frecuencia a la parte del circuito que está en contacto con tierra.

El mismo principio se aplica al voltaje en biología celular. En el tejido eléctricamente activo, la diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera se puede medir insertando un electrodo en cada punto, por ejemplo, uno dentro y otro fuera de la célula, y conectando ambos electrodos a los terminales de lo que es, en esencia, un voltímetro especializado . Por convención, el valor de potencial cero se asigna al exterior de la célula y el signo de la diferencia de potencial entre el exterior y el interior viene determinado por el potencial del interior con respecto al cero exterior.

En términos matemáticos, la definición de voltaje comienza con el concepto de campo eléctrico $E$ , un campo vectorial que asigna una magnitud y dirección a cada punto del espacio. En muchas situaciones, el campo eléctrico es un campo conservativo , lo que significa que puede expresarse como el gradiente de una función escalar $V$ , es decir, $E = -\nabla V.$ Este campo escalar $V$ se conoce como distribución de voltaje. La definición permite una constante de integración arbitraria; por eso, los valores absolutos de voltaje no son significativos. En general, los campos eléctricos pueden tratarse como conservativos solo si los campos magnéticos no los influyen significativamente, pero esta condición suele cumplirse bien en el tejido biológico.

Dado que el campo eléctrico es el gradiente de la distribución de voltaje, los cambios rápidos de voltaje en una región pequeña implican un campo eléctrico intenso; por el contrario, si el voltaje permanece prácticamente constante en una región extensa, los campos eléctricos en dicha región deben ser débiles. Un campo eléctrico intenso, equivalente a un fuerte gradiente de voltaje, implica que se ejerce una fuerza intensa sobre cualquier partícula cargada que se encuentre dentro de la región.

Los iones y las fuerzas que impulsan su movimiento.

Diagrama esquemático de dos vasos de precipitados, cada uno lleno de agua (azul claro) y con una membrana semipermeable representada por una línea vertical discontinua insertada en el vaso que divide su contenido líquido en dos porciones iguales. El vaso de la izquierda representa el estado inicial en el tiempo cero, donde la concentración de iones (círculos rosas) es mucho mayor a un lado de la membrana que al otro. El vaso de la derecha representa la situación en un momento posterior, después del cual los iones han atravesado la membrana desde el compartimento de alta concentración al de baja concentración, de modo que la concentración de iones a cada lado de la membrana es ahora prácticamente igual. — Los iones (círculos rosas) fluyen a través de una membrana desde la zona de mayor concentración a la de menor concentración (siguiendo un gradiente de concentración), generando una corriente eléctrica. Sin embargo, esto crea una diferencia de potencial en la membrana que se opone al movimiento de los iones. Cuando esta diferencia de potencial alcanza el valor de equilibrio, ambas se compensan y el flujo de iones se detiene. ^{[ 6 ]}

Las señales eléctricas dentro de los organismos biológicos, en general, son impulsadas por iones . ^{[ 7 ]} Los cationes más importantes para el potencial de acción son el sodio (Na ⁺ ) y el potasio (K ⁺ ). ^{[ 8 ]} Ambos son cationes monovalentes que poseen una sola carga positiva. Los potenciales de acción también pueden involucrar calcio (Ca2 ⁺ ), ^{[ 9 ]} que es un catión divalente que posee una doble carga positiva. El anión cloruro (Cl− ⁾ desempeña un papel importante en los potenciales de acción de algunas algas , ^{[ 10 ]} pero un papel insignificante en los potenciales de acción de la mayoría de los animales. ^{[ 11 ]}

Los iones atraviesan la membrana celular bajo dos influencias: difusión y campos eléctricos . Un ejemplo sencillo en el que dos soluciones —A y B— están separadas por una barrera porosa ilustra que la difusión asegurará que eventualmente se mezclen en soluciones iguales. Esta mezcla ocurre debido a la diferencia en sus concentraciones. La región con alta concentración difundirá hacia la región con baja concentración. Para ampliar el ejemplo, supongamos que la solución A tiene 30 iones de sodio y 30 iones de cloruro. Además, supongamos que la solución B tiene solo 20 iones de sodio y 20 iones de cloruro. Suponiendo que la barrera permite el paso de ambos tipos de iones, se alcanzará un estado estacionario en el que ambas soluciones tendrán 25 iones de sodio y 25 iones de cloruro. Sin embargo, si la barrera porosa es selectiva en cuanto a los iones que pasan, entonces la difusión por sí sola no determinará la solución resultante. Volviendo al ejemplo anterior, construyamos ahora una barrera que sea permeable solo a los iones de sodio. Ahora, solo el sodio puede difundirse a través de la barrera desde su mayor concentración en la solución A hasta su menor concentración en la solución B. Esto dará como resultado una mayor acumulación de iones sodio que de iones cloruro en la solución B y una menor cantidad de iones sodio que de iones cloruro en la solución A.

Esto significa que la solución B presenta una carga neta positiva debido a la mayor concentración de iones sodio positivos en comparación con los iones cloruro negativos. De igual modo, la solución A presenta una carga neta negativa debido a la mayor concentración de iones cloruro negativos en comparación con los iones sodio positivos. Dado que las cargas opuestas se atraen y las cargas iguales se repelen, los iones ahora también se ven influenciados por campos eléctricos y fuerzas de difusión. Por lo tanto, es menos probable que los iones sodio positivos se desplacen hacia la solución B, ahora más positiva, y permanezcan en la solución A, ahora más negativa. El punto en el que las fuerzas de los campos eléctricos contrarrestan completamente la fuerza de difusión se denomina potencial de equilibrio. En este punto, el flujo neto del ion específico (en este caso, sodio) es cero.

membranas plasmáticas

Cada célula está rodeada por una membrana plasmática , cuya estructura consiste en una bicapa lipídica con numerosos tipos de macromoléculas incrustadas en ella. Debido a su composición lipídica, la membrana plasmática presenta intrínsecamente una alta resistividad eléctrica, es decir, una baja permeabilidad intrínseca a los iones. Sin embargo, algunas de las moléculas incrustadas en la membrana son capaces de transportar activamente iones de un lado a otro o de formar canales a través de los cuales pueden moverse. ^{[ 12 ]}

En terminología eléctrica, la membrana plasmática funciona como una combinación de resistencia y capacitancia . La resistencia se debe a que la membrana impide el paso de cargas a través de ella. La capacitancia se debe a que la bicapa lipídica es tan delgada que la acumulación de partículas cargadas en un lado genera una fuerza eléctrica que atrae las partículas con carga opuesta hacia el otro lado. La capacitancia de la membrana no se ve afectada significativamente por las moléculas que contiene, por lo que tiene un valor más o menos constante, estimado en 2 μF/cm² ⁽ la capacitancia total de un fragmento de membrana es proporcional a su área). Por otro lado, la conductancia de una bicapa lipídica pura es tan baja que, en situaciones biológicas, siempre está dominada por la conductancia de las vías alternativas proporcionadas por las moléculas que contiene. Así, la capacitancia de la membrana es más o menos fija, pero la resistencia es altamente variable.

Se estima que el grosor de la membrana plasmática es de unos 7-8 nanómetros. Debido a su delgadez, no se requiere un voltaje transmembrana muy elevado para generar un campo eléctrico intenso en su interior. Los potenciales de membrana típicos en las células animales rondan los 100 milivoltios (es decir, una décima de voltio), pero los cálculos demuestran que esto genera un campo eléctrico cercano al máximo que la membrana puede soportar. Se ha calculado que una diferencia de voltaje mucho mayor de 200 milivoltios podría provocar una ruptura dieléctrica , es decir, la formación de un arco eléctrico a través de la membrana.

Difusión y transporte facilitados

La resistencia de una bicapa lipídica pura al paso de iones a través de ella es muy alta, pero las estructuras incrustadas en la membrana pueden aumentar considerablemente el movimiento de iones, ya sea de forma activa o pasiva . Esto se logra mediante los mecanismos de transporte activo y difusión facilitada . Los dos tipos de estructuras que desempeñan el papel más importante son los canales iónicos y las bombas iónicas , ambos generalmente formados por conjuntos de moléculas de proteínas. Los canales iónicos proporcionan vías a través de las cuales los iones pueden moverse. En la mayoría de los casos, un canal iónico es permeable solo a tipos específicos de iones (por ejemplo, sodio y potasio, pero no cloruro ni calcio), y a veces la permeabilidad varía según la dirección del movimiento iónico. Las bombas iónicas, también conocidas como transportadores de iones o proteínas transportadoras, transportan activamente tipos específicos de iones de un lado de la membrana al otro, a veces utilizando energía derivada de procesos metabólicos para ello.

Bombas de iones

Las bombas de iones son proteínas de membrana integrales que realizan transporte activo , es decir, utilizan energía celular (ATP) para "bombear" los iones en contra de su gradiente de concentración. ^{[ 13 ]} Estas bombas de iones captan iones de un lado de la membrana (disminuyendo su concentración allí) y los liberan en el otro lado (aumentando su concentración allí).

La bomba de iones más relevante para el potencial de acción es la bomba de sodio-potasio , que transporta tres iones de sodio fuera de la célula y dos iones de potasio dentro. ^{[ 14 ]}^{[ 15 ]} Como consecuencia, la concentración de iones de potasio K ⁺ dentro de la neurona es aproximadamente 30 veces mayor que la concentración fuera, mientras que la concentración de sodio fuera es aproximadamente cinco veces mayor que dentro. ^{[ 15 ]}^{[ 16 ]}^{[ 17 ]} De manera similar, otros iones tienen concentraciones diferentes dentro y fuera de la neurona, como el calcio , el cloruro y el magnesio . ^{[ 17 ]}

Si la cantidad de cada tipo de ion fuera igual, la bomba de sodio-potasio sería eléctricamente neutra, pero, debido al intercambio de tres por dos, produce un movimiento neto de una carga positiva desde el espacio intracelular al extracelular en cada ciclo, contribuyendo así a una diferencia de voltaje positiva. La bomba tiene tres efectos: (1) aumenta la concentración de sodio en el espacio extracelular y la disminuye en el espacio intracelular ; (2) aumenta la concentración de potasio en el espacio intracelular y la disminuye en el espacio extracelular; (3) genera un voltaje negativo en el espacio intracelular con respecto al espacio extracelular.

La bomba de sodio-potasio funciona con relativa lentitud. Si una célula se inicializara con concentraciones iguales de sodio y potasio en todas partes, la bomba tardaría horas en alcanzar el equilibrio. La bomba funciona constantemente, pero su eficiencia disminuye progresivamente a medida que se reducen las concentraciones de sodio y potasio disponibles para el bombeo.

Las bombas de iones influyen en el potencial de acción únicamente al establecer la proporción relativa de las concentraciones iónicas intracelulares y extracelulares. El potencial de acción implica principalmente la apertura y el cierre de canales iónicos, no de bombas de iones. Si las bombas de iones se desactivan eliminando su fuente de energía o añadiendo un inhibidor como la ouabaína , el axón aún puede generar cientos de miles de potenciales de acción antes de que sus amplitudes comiencen a decaer significativamente. ^{[ 13 ]} En particular, las bombas de iones no desempeñan un papel significativo en la repolarización de la membrana después de un potencial de acción. ^{[ 8 ]}

Otra bomba iónica funcionalmente importante es el intercambiador sodio-calcio . Esta bomba opera de manera conceptualmente similar a la bomba sodio-potasio, excepto que en cada ciclo intercambia tres iones Na ⁺ del espacio extracelular por un ion Ca ⁺⁺ del espacio intracelular. Debido a que el flujo neto de carga es hacia el interior, esta bomba funciona "cuesta abajo", en efecto, y por lo tanto no requiere ninguna fuente de energía excepto el potencial de membrana. Su efecto más importante es bombear calcio hacia el exterior; también permite un flujo de sodio hacia el interior, contrarrestando así la acción de la bomba sodio-potasio, pero, dado que las concentraciones totales de sodio y potasio son mucho mayores que las de calcio, este efecto es relativamente poco importante. El resultado neto del intercambiador sodio-calcio es que, en estado de reposo, las concentraciones intracelulares de calcio se vuelven muy bajas.

Canales iónicos

Los canales iónicos son proteínas de membrana integrales con un poro a través del cual los iones pueden viajar entre el espacio extracelular y el interior de la célula. La mayoría de los canales son específicos (selectivos) para un ion; por ejemplo, la mayoría de los canales de potasio se caracterizan por una selectividad de 1000:1 para el potasio sobre el sodio, aunque los iones de potasio y sodio tienen la misma carga y difieren solo ligeramente en su radio. El poro del canal suele ser tan pequeño que los iones deben pasar a través de él en fila india. ^{[ 19 ]} Los poros de los canales pueden estar abiertos o cerrados para el paso de iones, aunque varios canales presentan diferentes niveles de subconductancia. Cuando un canal está abierto, los iones permean a través del poro del canal siguiendo el gradiente de concentración transmembrana para ese ion en particular. La velocidad del flujo iónico a través del canal, es decir, la amplitud de la corriente de un solo canal, está determinada por la conductancia máxima del canal y la fuerza impulsora electroquímica para ese ion, que es la diferencia entre el valor instantáneo del potencial de membrana y el valor del potencial de inversión . ^{[ 20 ]}

Un canal puede tener varios estados diferentes (que corresponden a distintas conformaciones de la proteína), pero cada uno de estos estados es abierto o cerrado. En general, los estados cerrados corresponden a una contracción del poro —que lo hace impenetrable para el ion— o a una parte separada de la proteína que bloquea el poro. Por ejemplo, el canal de sodio dependiente de voltaje sufre una inactivación , en la que una porción de la proteína se desplaza hacia el interior del poro, sellándolo. ^{[ 21 ]} Esta inactivación interrumpe la corriente de sodio y desempeña un papel fundamental en el potencial de acción.

Los canales iónicos se pueden clasificar según su respuesta al entorno. ^{[ 22 ]} Por ejemplo, los canales iónicos implicados en el potencial de acción son canales sensibles al voltaje ; se abren y cierran en respuesta al voltaje a través de la membrana. Los canales regulados por ligando forman otra clase importante; estos canales iónicos se abren y cierran en respuesta a la unión de una molécula ligando , como un neurotransmisor . Otros canales iónicos se abren y cierran con fuerzas mecánicas. Otros canales iónicos, como los de las neuronas sensoriales, se abren y cierran en respuesta a otros estímulos, como la luz, la temperatura o la presión.

Canales de fuga

Los canales de fuga son el tipo más simple de canal iónico, ya que su permeabilidad es más o menos constante. Los canales de fuga más importantes en las neuronas son los de potasio y cloruro. Incluso estos no son perfectamente constantes en sus propiedades: primero, la mayoría son dependientes del voltaje, es decir, conducen mejor en una dirección que en la otra (en otras palabras, son rectificadores ); segundo, algunos pueden ser desactivados por ligandos químicos, aunque no los requieran para funcionar.

Canales regulados por ligando

Canal de calcio regulado por ligando en estados cerrado y abierto.

Los canales iónicos regulados por ligando son canales cuya permeabilidad aumenta considerablemente cuando algún tipo de ligando químico se une a la estructura proteica. Las células animales contienen cientos, si no miles, de estos tipos. Un gran subconjunto funciona como receptor de neurotransmisores : se encuentran en los sitios postsinápticos , y el ligando químico que los regula es liberado por la terminal axónica presináptica . Un ejemplo de este tipo es el receptor AMPA , un receptor para el neurotransmisor glutamato que, al activarse, permite el paso de iones sodio y potasio. Otro ejemplo es el receptor GABA _A , un receptor para el neurotransmisor GABA que, al activarse, permite el paso de iones cloruro.

Los receptores de neurotransmisores se activan mediante ligandos que aparecen en el espacio extracelular, pero existen otros tipos de canales regulados por ligandos que se controlan mediante interacciones en el lado intracelular.

Canales dependientes del voltaje

Los canales iónicos dependientes de voltaje , también conocidos como canales iónicos regulados por voltaje , son canales cuya permeabilidad está influenciada por el potencial de membrana. Forman un grupo muy amplio, donde cada miembro presenta una selectividad iónica y una dependencia de voltaje específicas. Muchos también son dependientes del tiempo; es decir, no responden inmediatamente a un cambio de voltaje, sino solo después de un cierto tiempo.

Uno de los miembros más importantes de este grupo es un tipo de canal de sodio dependiente de voltaje que subyace a los potenciales de acción; a veces se les llama canales de sodio de Hodgkin-Huxley porque fueron caracterizados inicialmente por Alan Lloyd Hodgkin y Andrew Huxley en sus estudios sobre la fisiología del potencial de acción, galardonados con el Premio Nobel. El canal está cerrado al nivel de voltaje de reposo, pero se abre abruptamente cuando el voltaje supera un cierto umbral, permitiendo una gran entrada de iones de sodio que produce un cambio muy rápido en el potencial de membrana. La recuperación de un potencial de acción depende en parte de un tipo de canal de potasio dependiente de voltaje que está cerrado al nivel de voltaje de reposo, pero se abre como consecuencia del gran cambio de voltaje producido durante el potencial de acción.

Potencial de reversión

El potencial de inversión (o potencial de equilibrio ) de un ion es el valor del voltaje transmembrana en el que las fuerzas difusivas y eléctricas se contrarrestan, de modo que no hay flujo neto de iones a través de la membrana. Esto significa que el voltaje transmembrana se opone exactamente a la fuerza de difusión del ion, de manera que la corriente neta del ion a través de la membrana es cero e invariable. El potencial de inversión es importante porque indica el voltaje que actúa sobre los canales permeables a ese ion; en otras palabras, indica el voltaje que genera el gradiente de concentración iónica cuando actúa como una batería .

El potencial de equilibrio de un ion en particular se suele designar con la notación E _ion . El potencial de equilibrio para cualquier ion se puede calcular utilizando la ecuación de Nernst . ^{[ 23 ]} Por ejemplo, el potencial de inversión para los iones de potasio será el siguiente:

E_{eq,K^{+}}={\frac {RT}{zF}}\ln {\frac {[K^{+}]_{o}}{[K^{+}]_{i}}}

dónde

E _{eq,K ⁺} = potencial de equilibrio del potasio, medido en voltios
R = constante universal de los gases , igual a 8,314 julios · ^K⁻¹ · ^mol⁻¹
T = temperatura absoluta , medida en kelvin (= K = grados Celsius + 273,15)
z = número de cargas elementales del ion en cuestión que participa en la reacción
F = Constante de Faraday , igual a 96.485 culombios ·mol⁻¹ ^o J· ^V⁻¹ · ^mol⁻¹
[K ⁺ ] _o = concentración extracelular de potasio, medida en mol ·m ⁻³ o mmol·l ⁻¹
[K ⁺ ] _i = concentración intracelular de potasio

Aunque dos iones diferentes tengan la misma carga (es decir, K ⁺ y Na ⁺ ), pueden presentar potenciales de equilibrio muy distintos, siempre que sus concentraciones externas e internas varíen. Por ejemplo, consideremos los potenciales de equilibrio del potasio y el sodio en las neuronas. El potencial de equilibrio del potasio, E _K, es de -84 mV con 5 mM de potasio en el exterior y 140 mM en el interior. Por otro lado, el potencial de equilibrio del sodio, E _Na , es de aproximadamente +66 mV con aproximadamente 12 mM de sodio en el interior y 140 mM en el exterior. ^{[ nota 1 ]}

Cambios en el potencial de membrana durante el desarrollo

El potencial de membrana en reposo de una neurona cambia durante el desarrollo de un organismo. Para que una neurona alcance su función adulta completa, su potencial debe estar estrictamente regulado durante el desarrollo. A medida que el organismo avanza en su desarrollo, el potencial de membrana en reposo se vuelve más negativo. ^{[ 24 ]} Las células gliales también se diferencian y proliferan a medida que el desarrollo del cerebro progresa . ^{[ 25 ]} La adición de estas células gliales aumenta la capacidad del organismo para regular el potasio extracelular . La disminución del potasio extracelular puede provocar una disminución del potencial de membrana de 35 mV. ^{[ 26 ]}

excitabilidad celular

La excitabilidad celular es el cambio en el potencial de membrana necesario para las respuestas celulares en diversos tejidos. La excitabilidad celular es una propiedad que se induce durante la embriogénesis temprana. ^{[ 27 ]} La excitabilidad de una célula también se ha definido como la facilidad con la que se puede desencadenar una respuesta. ^{[ 28 ]} Los potenciales de reposo y umbral constituyen la base de la excitabilidad celular y estos procesos son fundamentales para la generación de potenciales graduados y de acción.

Los reguladores más importantes de la excitabilidad celular son las concentraciones de electrolitos extracelulares (es decir, Na ⁺ , K ⁺ , Ca2 ⁺ , Cl− ^, Mg2 + ⁾ y las proteínas asociadas. Las proteínas importantes que regulan la excitabilidad celular son los canales iónicos dependientes de voltaje , los transportadores de iones (por ejemplo, Na+/K+-ATPasa , transportadores de magnesio , transportadores ácido-base ), los receptores de membrana y los canales activados por hiperpolarización y nucleótidos cíclicos . ^{[ 29 ]} Por ejemplo, los canales de potasio y los receptores sensibles al calcio son reguladores importantes de la excitabilidad en neuronas , miocitos cardíacos y muchas otras células excitables como los astrocitos . ^{[ 30 ]} El ion calcio es también el segundo mensajero más importante en la señalización de células excitables . La activación de los receptores sinápticos inicia cambios duraderos en la excitabilidad neuronal. ^{[ 31 ]} Las hormonas tiroideas , suprarrenales y otras también regulan la excitabilidad celular; por ejemplo, la progesterona y el estrógeno modulan la excitabilidad de las células del músculo liso del miometrio .

Muchos tipos de células se consideran que tienen una membrana excitable. Los tipos de células excitables incluyen neuronas, músculo ( cardíaco , esquelético , liso ), células endoteliales vasculares , pericitos , células yuxtaglomerulares , células intersticiales de Cajal , muchos tipos de células epiteliales (p. ej. , células beta , células alfa , células delta , células enteroendocrinas , células neuroendocrinas pulmonares , pinealocitos ), células gliales (p. ej., astrocitos), células mecanorreceptoras (p. ej. , células ciliadas y células de Merkel ), células quimiorreceptoras (p. ej. , células glómicas , receptores del gusto ), algunas células vegetales y posiblemente células inmunitarias . ^{[ 32 ]} Los astrocitos muestran una forma de excitabilidad no eléctrica basada en variaciones de calcio intracelular relacionadas con la expresión de varios receptores a través de los cuales pueden detectar la señal sináptica. En las neuronas, existen diferentes propiedades de membrana en algunas partes de la célula; por ejemplo, la excitabilidad dendrítica dota a las neuronas de la capacidad de detectar coincidencias de entradas espacialmente separadas. ^{[ 33 ]}

Circuito equivalente

Los electrofisiólogos modelan los efectos de las diferencias de concentración iónica, los canales iónicos y la capacitancia de la membrana mediante un circuito equivalente , que representa las propiedades eléctricas de un pequeño segmento de membrana. Este circuito equivalente consta de un capacitor en paralelo con cuatro vías, cada una compuesta por una batería en serie con conductancia variable. La capacitancia está determinada por las propiedades de la bicapa lipídica y se considera fija. Cada una de las cuatro vías paralelas proviene de uno de los iones principales: sodio, potasio, cloruro y calcio. El voltaje de cada vía iónica está determinado por las concentraciones del ion a cada lado de la membrana; véase la sección sobre potencial de inversión . La conductancia de cada vía iónica en cualquier momento está determinada por el estado de todos los canales iónicos potencialmente permeables a dicho ion, incluyendo los canales de fuga, los canales regulados por ligando y los canales iónicos regulados por voltaje.

Para concentraciones de iones fijas y valores fijos de conductancia del canal iónico, el circuito equivalente puede reducirse aún más, utilizando la ecuación de Goldman como se describe a continuación, a un circuito que contiene una capacitancia en paralelo con una batería y una conductancia. En términos eléctricos, este es un tipo de circuito RC (circuito de resistencia-capacitancia), y sus propiedades eléctricas son muy simples. Partiendo de cualquier estado inicial, la corriente que fluye a través de la conductancia o la capacitancia decae con una cinética exponencial, con una constante de tiempo de $τ = RC$ , donde $C$ es la capacitancia del parche de membrana y $R = 1/g neta$ es la resistencia neta. En situaciones realistas, la constante de tiempo suele estar en el rango de 1 a 100 milisegundos. En la mayoría de los casos, los cambios en la conductancia de los canales iónicos ocurren en una escala de tiempo más rápida, por lo que un circuito RC no es una buena aproximación; sin embargo, la ecuación diferencial utilizada para modelar un parche de membrana es comúnmente una versión modificada de la ecuación del circuito RC.

Potencial de reposo

Cuando el potencial de membrana de una célula permanece sin cambios significativos durante un período prolongado, se denomina potencial de reposo o voltaje de reposo. Este término se utiliza para el potencial de membrana de las células no excitables, pero también para el potencial de membrana de las células excitables en ausencia de excitación. En las células excitables, los otros estados posibles son los potenciales de membrana graduados (de amplitud variable) y los potenciales de acción, que son grandes aumentos del potencial de membrana de tipo "todo o nada" que generalmente siguen una duración fija. Las células excitables incluyen neuronas , células musculares y algunas células secretoras de las glándulas . Sin embargo, incluso en otros tipos de células, el voltaje de membrana puede sufrir cambios en respuesta a estímulos ambientales o intracelulares. Por ejemplo, la despolarización de la membrana plasmática parece ser un paso importante en la muerte celular programada . ^{[ 34 ]}

Las interacciones que generan el potencial de reposo se modelan mediante la ecuación de Goldman . ^{[ 35 ]} Esta es similar en forma a la ecuación de Nernst mostrada anteriormente, ya que se basa en las cargas de los iones en cuestión, así como en la diferencia entre sus concentraciones internas y externas. Sin embargo, también toma en consideración la permeabilidad relativa de la membrana plasmática a cada ion en cuestión. En realidad, existe cierto grado de permeabilidad para varios iones simultáneamente, por lo que el potencial de membrana en reposo no es igual a ningún potencial de Nernst. Más bien, se encuentra cerca de un punto de equilibrio de permeabilidad para los iones permeantes predominantes (generalmente potasio, sodio y cloruro). ^{[ 36 ]} Esto puede representarse conceptualmente mediante la ecuación de voltaje de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK): los iones con mayor permeabilidad contribuyen más a Vm. Por eso, el potencial de reposo suele estar cerca de EK (porque PK suele ser el mayor en reposo), pero ligeramente positivo en comparación con ENa dependiendo de la fuga de sodio y otra actividad eléctrica. ^{[ 37 ]}

E_{m}={\frac {RT}{F}}\ln {\left({\frac {P_{\mathrm {K} }[\mathrm {K} ^{+}]_{\mathrm {out} }+P_{\mathrm {Na} }[\mathrm {Na} ^{+}]_{\mathrm {out} }+P_{\mathrm {Cl} }[\mathrm {Cl} ^{-}]_{\mathrm {in} }}{P_{\mathrm {K} }[\mathrm {K} ^{+}]_{\mathrm {in} }+P_{\mathrm {Na} }[\mathrm {Na} ^{+}]_{\mathrm {in} }+P_{\mathrm {Cl} }[\mathrm {Cl} ^{-}]_{\mathrm {fuera} }}}\derecha)}

Los tres iones que aparecen en esta ecuación son potasio (K ⁺ ), sodio (Na ⁺ ) y cloruro (Cl− ⁾ . El calcio se omite, pero puede añadirse para situaciones en las que desempeña un papel importante. ^{[ 38 ]} Al ser un anión, los términos de cloruro se tratan de forma diferente a los términos de catión; la concentración intracelular está en el numerador y la concentración extracelular en el denominador, lo cual es inverso a los términos de catión. _Pirepresenta la permeabilidad relativa del tipo de ion i.

En esencia, la fórmula de Goldman expresa el potencial de membrana como un promedio ponderado de los potenciales de inversión para los tipos de iones individuales, ponderado por la permeabilidad. (Aunque el potencial de membrana cambia aproximadamente 100 mV durante un potencial de acción, las concentraciones de iones dentro y fuera de la célula no cambian significativamente. Permanecen cerca de sus respectivas concentraciones cuando la membrana está en potencial de reposo). En la mayoría de las células animales, la permeabilidad al potasio es mucho mayor en estado de reposo que la permeabilidad al sodio. Como consecuencia, el potencial de reposo suele estar cerca del potencial de inversión del potasio. ^{[ 39 ]}^{[ 40 ]} La permeabilidad al cloruro puede ser lo suficientemente alta como para ser significativa, pero, a diferencia de los otros iones, el cloruro no se bombea activamente y, por lo tanto, se equilibra en un potencial de inversión muy cercano al potencial de reposo determinado por los otros iones.

Los valores del potencial de membrana en reposo en la mayoría de las células animales suelen variar entre el potencial de inversión del potasio (generalmente alrededor de −80 mV) y alrededor de −40 mV. El potencial de reposo en las células excitables (capaces de producir potenciales de acción) suele estar cerca de −60 mV; voltajes más despolarizados conducirían a la generación espontánea de potenciales de acción. Las células inmaduras o no diferenciadas muestran valores de voltaje de reposo muy variables, generalmente significativamente más positivos que en las células diferenciadas. ^{[ 41 ]} En tales células, el valor del potencial de reposo se correlaciona con el grado de diferenciación: las células no diferenciadas en algunos casos pueden no mostrar ninguna diferencia de voltaje transmembrana en absoluto.

El mantenimiento del potencial de reposo puede ser metabólicamente costoso para una célula debido a la necesidad de bombear iones activamente para contrarrestar las pérdidas debidas a los canales de fuga. El costo es mayor cuando la función celular requiere un valor especialmente despolarizado del voltaje de membrana. Por ejemplo, el potencial de reposo en los fotorreceptores de la mosca azul adaptada a la luz diurna ( Calliphora vicina ) puede llegar a ser de hasta -30 mV. ^[⁴²^] Este potencial de membrana elevado permite a las células responder muy rápidamente a los estímulos visuales; el costo es que el mantenimiento del potencial de reposo puede consumir más del 20 % del ATP celular total . ^[⁴³^]

Por otro lado, el alto potencial de reposo en las células indiferenciadas no implica necesariamente un alto costo metabólico. Esta aparente paradoja se resuelve al examinar el origen de dicho potencial de reposo. Las células poco diferenciadas se caracterizan por una resistencia de entrada extremadamente alta, ^{[ 41 ]} lo que implica que existen pocos canales de fuga en esta etapa de la vida celular. Como resultado aparente, la permeabilidad al potasio se vuelve similar a la de los iones sodio, lo que sitúa el potencial de reposo entre los potenciales de inversión del sodio y el potasio, como se mencionó anteriormente. Las corrientes de fuga reducidas también significan que hay poca necesidad de bombeo activo para compensar, por lo tanto, bajo costo metabólico.

Medición del potencial de membrana

El enfoque clásico es el registro intracelular: se coloca un electrodo dentro de la célula y un electrodo de referencia permanece fuera, lo que permite la medición directa de V _m Perkins KL. Técnicas de registro y estimulación de pinzamiento de voltaje y corriente en cortes cerebrales. ^{[ 44 ]}

La electrofisiología moderna utiliza con frecuencia técnicas de patch-clamp, en las que una micropipeta de vidrio fina se presiona contra la membrana para formar un sello de muy alta resistencia (gigasello). Este sello aísla una pequeña porción de la membrana, lo que permite a los investigadores registrar señales eléctricas específicas y, según la configuración, controlar qué lado de la membrana queda expuesto a diferentes soluciones. ^{[ 44 ]}

Los experimentos de patch-clamp se suelen realizar en dos modos: fijación de corriente, donde el experimentador inyecta una corriente definida y mide cómo cambia el potencial de membrana de la célula (V _m ) con el tiempo, y fijación de voltaje, donde el experimentador mantiene la membrana a un voltaje determinado y mide las corrientes iónicas necesarias para mantenerlo en ese nivel. La fijación de voltaje es útil para aislar corrientes de sodio, potasio, calcio o sinápticas. ^{[ 44 ]}

Configuraciones principales de patch-clamp

Registro célula sobre célula: Después de que se forma el gigasello, la membrana permanece intacta. Esto se usa comúnmente para registros de un solo canal. ^{[ 45 ]}

Registro de célula completa: Partiendo de un sello adherido a la célula, se rompe el pequeño parche de membrana bajo la punta de la pipeta (mediante succión o un breve pulso eléctrico). Esto le da a la pipeta acceso eléctrico al interior de la célula, lo que permite a los investigadores registrar corrientes de célula completa (pinzamiento de voltaje) o respuestas de voltaje de célula completa (pinzamiento de corriente). ^{[ 45 ]}

Parche de adentro hacia afuera: Desde un sello adherido a la célula, se retira la pipeta para escindir un pequeño parche y exponer la cara intracelular de la membrana a la solución. Esto es especialmente útil para probar cómo responden los canales a los ligandos intracelulares, ya que se puede controlar la solución en el lado citoplasmático. ^{[ 45 ]}

Parche de membrana de afuera hacia afuera: Después de entrar en el modo de célula completa, se retira la pipeta y la membrana se sella en la punta, de modo que la cara extracelular queda expuesta a la solución. Esto se utiliza para estudiar canales iónicos regulados por ligando y receptores sinápticos, ya que permite agregar neurotransmisores a la superficie externa rápidamente y medir las corrientes resultantes. ^{[ 45 ]}

Parche perforado: En lugar de romper completamente el parche de membrana, el parche perforado utiliza compuestos formadores de poros (como nistatina o anfotericina B) para conectar eléctricamente la pipeta a la célula, minimizando así el lavado de sustancias intracelulares. ^{[ 45 ]}

Registro con parche suelto: En algunas situaciones, se emplea un sellado de menor resistencia para que el registro sea menos invasivo. Esto se utiliza principalmente para registrar potenciales de acción o actividad local sin alterar significativamente la membrana. ^{[ 45 ]}

Potenciales graduados

Como se explicó anteriormente, el potencial en cualquier punto de la membrana celular está determinado por las diferencias de concentración iónica entre las áreas intracelular y extracelular, y por la permeabilidad de la membrana a cada tipo de ion. Las concentraciones iónicas normalmente no cambian muy rápidamente (con la excepción del Ca²⁺ ^, donde la concentración intracelular basal es tan baja que incluso una pequeña entrada puede aumentarla en varios órdenes de magnitud), pero la permeabilidad de los iones puede cambiar en una fracción de milisegundo, como resultado de la activación de canales iónicos regulados por ligando. El cambio en el potencial de membrana puede ser grande o pequeño, dependiendo de cuántos canales iónicos se activen y de qué tipo sean, y puede ser largo o corto, dependiendo del tiempo que los canales permanezcan abiertos. Los cambios de este tipo se denominan potenciales graduados , en contraste con los potenciales de acción, que tienen una amplitud y duración fijas.

Como se deduce de la ecuación de Goldman mostrada anteriormente, el aumento de la permeabilidad de una membrana a un tipo particular de ion desplaza el potencial de membrana hacia el potencial de inversión de dicho ion. Así, la apertura de los canales de Na ⁺ desplaza el potencial de membrana hacia el potencial de inversión del Na ⁺ , que suele rondar los +100 mV. De igual modo, la apertura de los canales de K ⁺ desplaza el potencial de membrana hacia aproximadamente -90 mV, y la apertura de los canales de Cl− ^lo desplaza hacia aproximadamente -70 mV (potencial de reposo de la mayoría de las membranas). Por lo tanto, los canales de Na ⁺ desplazan el potencial de membrana en dirección positiva, los canales de K ⁺ lo desplazan en dirección negativa (excepto cuando la membrana se hiperpolariza a un valor más negativo que el potencial de inversión del K ⁺ ), y los canales de Cl− ^tienden a desplazarlo hacia el potencial de reposo.

Gráfico que muestra un EPSP, un IPSP y la suma de un EPSP y un IPSP.

Los potenciales de membrana graduados son particularmente importantes en las neuronas , donde son producidos por las sinapsis. Un cambio temporal en el potencial de membrana producido por la activación de una sinapsis mediante un único potencial graduado o de acción se denomina potencial postsináptico . Los neurotransmisores que abren los canales de Na ⁺ suelen hacer que el potencial de membrana se vuelva más positivo, mientras que los neurotransmisores que activan los canales de K ⁺ suelen hacer que se vuelva más negativo; aquellos que inhiben estos canales tienden a tener el efecto contrario.

Que un potencial postsináptico se considere excitatorio o inhibitorio depende del potencial de inversión de los iones de esa corriente y del umbral para que la célula genere un potencial de acción (alrededor de -50 mV). Una corriente postsináptica con un potencial de inversión superior al umbral, como una corriente típica de Na ⁺ , se considera excitatoria. Una corriente con un potencial de inversión inferior al umbral, como una corriente típica de K ⁺ , se considera inhibitoria. Una corriente con un potencial de inversión superior al potencial de reposo, pero inferior al umbral, no generará potenciales de acción por sí sola, pero producirá oscilaciones del potencial de membrana subumbrales . Por lo tanto, los neurotransmisores que actúan abriendo los canales de Na ⁺ producen potenciales postsinápticos excitatorios (EPSP), mientras que los neurotransmisores que actúan abriendo los canales de K ⁺ o Cl- ^suelen producir potenciales postsinápticos inhibitorios (IPSP). Cuando varios tipos de canales están abiertos en el mismo período de tiempo, sus potenciales postsinápticos se suman.

Otros valores

Desde el punto de vista de la biofísica, el potencial de membrana en reposo es simplemente el potencial de membrana que resulta de las permeabilidades de membrana que predominan cuando la célula está en reposo. La ecuación anterior de promedios ponderados siempre se aplica, pero el siguiente enfoque puede visualizarse más fácilmente. En cualquier momento dado, hay dos factores para un ion que determinan cuánta influencia tendrá ese ion sobre el potencial de membrana de una célula:

La fuerza motriz de ese ión
La permeabilidad de ese ion

Si la fuerza impulsora es alta, el ion está siendo "empujado" a través de la membrana. Si la permeabilidad es alta, le resultará más fácil difundir el ion a través de la membrana.

La fuerza impulsora es la fuerza eléctrica neta disponible para mover ese ion a través de la membrana. Se calcula como la diferencia entre el voltaje al que el ion "quiere" estar (su potencial de equilibrio) y el potencial de membrana real ( E _m ). Por lo tanto, en términos formales, la fuerza impulsora para un ion = E _m − E _ion
Por ejemplo, en nuestro potencial de reposo calculado anteriormente de −73 mV, la fuerza impulsora sobre el potasio es de 7 mV : (−73 mV) − (−80 mV) = 7 mV. La fuerza impulsora sobre el sodio sería (−73 mV) − (60 mV) = −133 mV.
La permeabilidad es una medida de la facilidad con la que un ion puede atravesar la membrana. Normalmente se mide como la conductancia (eléctrica) y su unidad, el siemens , corresponde a 1 C·s⁻¹ ^· V⁻¹ ^, es decir, un culombio por segundo por voltio de potencial.

Así pues, en una membrana en reposo, si bien la fuerza impulsora del potasio es baja, su permeabilidad es muy alta. El sodio tiene una enorme fuerza impulsora, pero prácticamente ninguna permeabilidad en reposo. En este caso, el potasio transporta unas 20 veces más corriente que el sodio y, por lo tanto, ejerce una influencia 20 veces mayor sobre E _m que el sodio.

Sin embargo, consideremos otro caso: el pico del potencial de acción. Aquí, la permeabilidad al Na es alta y la permeabilidad al K es relativamente baja. Por lo tanto, la membrana se mueve hacia cerca de E _Na y lejos de E _K .

Cuanto mayor sea la permeabilidad de los iones, más complejo resulta predecir el potencial de membrana. Sin embargo, esto puede lograrse mediante la ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz o la ecuación de medias ponderadas. Al sustituir los gradientes de concentración y las permeabilidades de los iones en cualquier instante, se puede determinar el potencial de membrana en ese momento. Las ecuaciones de GHK implican que, en cualquier instante, el valor del potencial de membrana será un promedio ponderado de los potenciales de equilibrio de todos los iones permeables. La ponderación se refiere a la permeabilidad relativa de los iones a través de la membrana.

Efectos e implicaciones

Si bien las células gastan energía para transportar iones y establecer un potencial transmembrana, utilizan este potencial a su vez para transportar otros iones y metabolitos como el azúcar. El potencial transmembrana de las mitocondrias impulsa la producción de ATP , que es la moneda común de la energía biológica.

Las células pueden utilizar la energía que almacenan en el potencial de reposo para generar potenciales de acción u otras formas de excitación. Estos cambios en el potencial de membrana permiten la comunicación con otras células (como ocurre con los potenciales de acción) o inician cambios dentro de la célula, como sucede en un óvulo cuando es fecundado por un espermatozoide .

Los cambios en las propiedades dieléctricas de la membrana plasmática pueden actuar como un indicador de afecciones subyacentes como la diabetes y la dislipidemia. ^{[ 46 ]}

En las células neuronales, un potencial de acción comienza con una entrada repentina de iones de sodio a través de los canales de sodio, lo que provoca la despolarización, mientras que la recuperación implica una salida repentina de potasio a través de los canales de potasio. Ambos flujos se producen por difusión pasiva .

Una dosis de sal puede activar las neuronas aún funcionales de un corte de carne fresca, provocando espasmos musculares. ^{[ 47 ]}^{[ 48 ]}^{[ 49 ]}^{[ 50 ]}^{[ 51 ]}

Véase también

Notas

↑ Los signos de E _Na y E _K son opuestos. Esto se debe a que el gradiente de concentración de potasio se dirige hacia fuera de la célula, mientras que el gradiente de concentración de sodio se dirige hacia dentro. Los potenciales de membrana se definen con respecto al exterior de la célula; por lo tanto, un potencial de −70 mV implica que el interior de la célula es negativo con respecto al exterior.

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Lecturas adicionales

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Enlaces externos

Funciones de la membrana celular
Simulador de ecuaciones de Nernst/Goldman
Calculadora de la ecuación de Nernst
Calculadora de la ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz
Calculadora de fuerza impulsora electroquímica
El origen del potencial de membrana en reposo : tutorial interactivo en línea (Flash)

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