Potencial de reversión

En una membrana biológica , el potencial de inversión es el potencial de membrana en el que se invierte la dirección de la corriente iónica. En el potencial de inversión, no hay flujo neto de iones de un lado de la membrana al otro. Para los canales permeables a un solo tipo de ion, el potencial de inversión es idéntico al potencial de equilibrio del ion. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Potencial de equilibrio

El potencial de equilibrio para un ion es el potencial de membrana en el que no hay movimiento neto del ion. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} El flujo de cualquier ion inorgánico, como Na ⁺ o K ⁺ , a través de un canal iónico (ya que las membranas son normalmente impermeables a los iones) es impulsado por el gradiente electroquímico para ese ion. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Este gradiente consta de dos partes, la diferencia en la concentración de ese ion a través de la membrana y el gradiente de voltaje. ^{[ 4 ]} Cuando estas dos influencias se equilibran entre sí, el gradiente electroquímico para el ion es cero y no hay flujo neto del ion a través del canal; esto también se traduce en que no hay corriente a través de la membrana siempre que solo esté involucrada una especie iónica. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} El gradiente de voltaje en el que se alcanza este equilibrio es el potencial de equilibrio para el ion y se puede calcular a partir de la ecuación de Nernst . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Modelos matemáticos y la fuerza impulsora

Podemos considerar como ejemplo un ion con carga positiva, como el K ⁺ , y una membrana con carga negativa, como suele ocurrir en la mayoría de los organismos. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} El potencial de membrana se opone al flujo de iones de potasio fuera de la célula, y estos solo pueden abandonar el interior celular si poseen suficiente energía térmica para superar la barrera energética generada por el potencial negativo de la membrana. ^{[ 5 ]} Sin embargo, este efecto de polarización puede ser contrarrestado por un gradiente de concentración opuesto si la concentración interna es lo suficientemente alta, lo que favorece la salida de los iones de potasio de la célula. ^{[ 5 ]}

Un concepto importante relacionado con el potencial de equilibrio es la fuerza impulsora . La fuerza impulsora se define simplemente como la diferencia entre el potencial de membrana real y el potencial de equilibrio de un ion. $V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\$ dónde $E_{\mathrm {i} }\$ se refiere al potencial de equilibrio para un ion específico. ^{[ 5 ]} Relativamente, la corriente de membrana por unidad de área debido al tipo $i$ El canal iónico viene dado por la siguiente ecuación:

i_{\mathrm {i} }=g_{\mathrm {i} }\left(V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\right)

dónde $V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\$ es la fuerza motriz y $g_{\mathrm {i} }$ es la conductancia específica , o conductancia por unidad de área. ^{[ 5 ]} Nótese que la corriente iónica será cero si la membrana es impermeable a ese ion en cuestión o si el voltaje de la membrana es exactamente igual al potencial de equilibrio de ese ion. ^{[ 5 ]}

Uso en la investigación

Cuando V _m está en el potencial de inversión para un evento como un potencial sináptico ( $V m - E rev$ es igual a 0), la identidad de los iones que fluyen durante un EPC se puede deducir comparando el potencial de inversión del EPC con el potencial de equilibrio para varios iones. Por ejemplo, varios receptores de neurotransmisores excitatorios ionotrópicos activados por ligando, incluidos los receptores de glutamato ( AMPA , NMDA y kainato ), los receptores de acetilcolina nicotínica (nACh) y los receptores de serotonina (5-HT ₃ ), son canales catiónicos no selectivos que dejan pasar Na ⁺ y K ⁺ en proporciones casi iguales, lo que da un potencial de inversión cercano a cero. Los receptores de neurotransmisores inhibitorios ionotrópicos activados por ligando que transportan Cl ⁻ , como los receptores GABA _A y de glicina , tienen potenciales de inversión cercanos al potencial de reposo (aproximadamente −70 mV) en las neuronas. ^[²^]

Este razonamiento condujo al desarrollo de experimentos (realizados por Akira Takeuchi y Noriko Takeuchi en 1960) que demostraron que los canales iónicos activados por acetilcolina son aproximadamente igual de permeables a los iones Na ⁺ y K ⁺ . El experimento se realizó disminuyendo la concentración externa de Na ⁺ , lo que reduce (hace más negativo) el potencial de equilibrio del Na ⁺ y produce un desplazamiento negativo en el potencial de inversión. Por el contrario, aumentar la concentración externa de K ⁺ eleva (hace más positivo) el potencial de equilibrio del K ⁺ y produce un desplazamiento positivo en el potencial de inversión. ^{[ 2 ]} Se ha derivado una expresión general para el potencial de inversión de los eventos sinápticos, incluyendo las disminuciones en la conductancia. ^{[ 6 ]}

Véase también

Referencias

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1 2 3 4 5 Mark, Bear; Connors, Barry (2016). Neurociencia: Explorando el cerebro (4.ª ed. ampliada). Jones & Barlet Learning. págs. 64-127. ISBN 9781284211283.
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1 2 3 4 5 6 7 Abbott, Laurence F. (2001). Neurociencia teórica: Modelado computacional y matemático de sistemas neuronales . Peter Dayan. Cambridge: MIT Press. pp. 158–160 . ISBN 978-0-262-31142-7OCLC 1225555646 .
↑ Brown JE, Muller KJ, Murray G (14 de octubre de 1971). "Potencial de inversión para un evento electrofisiológico generado por cambios de conductancia: análisis matemático". Science . 174 (4006): 318. Bibcode : 1971Sci...174..318B . doi : 10.1126/science.174.4006.318 . PMID 5119107 . S2CID 34404730 .

Enlaces externos

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

[fundNeuro-1] 1 2 3 4 5 Squire, Larry; Berg, Darwin (2014). Neurociencia fundamental (4.ª ed.). Academic Press. págs. 93–97 . ISBN 978-0-12-385870-2.

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[6] Brown JE, Muller KJ, Murray G (14 de octubre de 1971). "Potencial de inversión para un evento electrofisiológico generado por cambios de conductancia: análisis matemático". Science . 174 (4006): 318. Bibcode : 1971Sci...174..318B . doi : 10.1126/science.174.4006.318 . PMID 5119107 . S2CID 34404730 .

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