DIFUSIÓN Y PERMEABILIDAD

Lola Mª Fdez de la Fuente Bursón, 1º B

CONCEPTOS• Definición: difusión.

• Gradiente electroquímico y ecuación de Nernst.

• Velocidad y coeficiente de difusión. Ecuaciones: primera ley de

Fick de difusión; Stokes-Einstein.

• Factores que afectan a la tasa neta de difusión.

• Definición: permeabilidad.

• Permeabilidad selectiva. Proteínas de transporte específicas.

• Técnica de parche de membrana o “patch-clamp”.

• Bases físicas de la generación de potenciales de membrana.

Ecuación de Goldman.

• Potencial de membrana de reposo de los nervios. Origen.

DIFUSIÓN• Definición: proceso por el

cual un gas o sustancia en disolución se dispersa por el movimiento aleatorio continuo de sus partículas para llenar el volumen disponible desde áreas de alta hacia las de baja concentración de las mismas.

• Subtipos:– Simple.

• Intersticios en bicapa.• Canales acuosos

proteicos.

– Facilitada Proteínas transportadoras.

GRADIENTE ELECTROQUÍMICO Y ECUACIÓN DE NERNST

• El gradiente electroquímico surge de la combinación entre las diferencias de potencial química y eléctrica.

• Energía libre disponible para transportar una molécula o ión a través de la membrana.

• Cuando el desplazamiento neto es cero, hablamos de un equilibrio electroquímico.

• Despejando en la ecuación inicial obtenemos la ecuación de Nernst, que determina el potencial de equilibrio de la membrana referente a un ión específico cuya magnitud viene determinada por la proporción entre las concentraciones de dicho ión.

VELOCIDAD Y COEFICIENTE DE DIFUSIÓN

• La velocidad de difusión depende de la primera ley de Fick, donde J representa la tasa neta de difusión expresada en moles o gramos por segundo.

• En el caso de las moléculas esféricas, el coeficiente de difusión lo podemos calcular por medio de la ecuación de Stokes-Einstein.

FACTORES QUE AFECTAN A LA TASA NETA DE DIFUSIÓN

• Diferencia de concentración. La velocidad con la que la sustancia difunde hacia el interior celular es proporcional a la concentración de moléculas en el exterior y viceversa. Así se mueven las moléculas.

• Potencial eléctrico. Si aplicamos un potencial eléctrico a la membrana los iones, por estar cargados, se desplazarán a través de la membrana. Así se mueven los iones.

• Diferencia de presión: donde haya mayor presión, se dispondrá de una mayor energía que permita desplazar las moléculas hacia el otro lado.

PERMEABILIDAD• Definición: capacidad de un material para que un fluido lo

atraviese sin alterar su estructura interna.• La principal característica de la membrana plasmática es que

constituye una barrera eficaz de permeabilidad selectiva. De esta forma se mantiene estable el medio intracelular, regulando el paso de agua, iones y metabolitos, a la vez que mantiene el potencial electroquímico.

• Factores: solubilidad en los lípidos, tamaño y carga de las moléculas o iones.– Las moléculas pequeñas no polares y pequeñas moléculas

polares sin carga pasan por difusión.

– El resto de sustancias tienen una permeabilidad limitada, por lo

que entrarán o saldrán de la célula por dos vías: • Endo o exocitosis.

• Proteínas de transporte específicas.

PERMEABILIDAD SELECTIVA

• Las proteínas específicas de transporte son muy selectivas.

• Tipos:– Canales:

• Iónicos (generales o específicos).• Macromoléculas.• Acuaporinas.

– Transportadoras o portadoras:• A favor de gradiente difusión

facilitada.• En contra de gradiente

transporte activo hidrólisis de ATP ATPasas.

• Otra clasificación:– Uniportadoras– Simportadoras: en el mismo sentido.– Antiportadoras: en sentidos opuestos.

• Muchas tienen “compuertas”, activadas por:– Cambios de voltaje.– Químicamente, por la acción de un

ligando.– Físicamente: mecanosensibles.

PATCH-CLAMP• Objetivo: registrar el flujo de la

corriente iónica que atraviesa canales aislados.

• Procedimiento:1. Apoyo de una micropipeta sobre el

exterior de la membrana.2. Aspiración de la zona, que dará

lugar al sellado hermético de la misma, sobre la que registraremos la corriente.

• Tipos:– De parche unido a la célula (lo

descrito anteriormente).– De parche invertido: se trata de

desprender la zona e insertarla en una solución libre, lo que nos permite modificar concentraciones y voltajes tanto dentro de la pipeta como en la solución.

– De célula entera: consiste en la succión del parche para e acceso al interior celular.

GENERACIÓN DE POTENCIALES ELÉCTRICOS

• La diferencia de concentración de iones a través de una membrana selectivamente permeable y, en consecuencia, su difusión, puede crear un potencial de membrana.

• Existen células excitables: las musculares y las nerviosas.• En las fibras nerviosas normales encontramos que:

– La diferencia de potencial del potasio es de 94 mV electronegatividad en el interior.

– La diferencia de potencial del sodio es de 61 mV electropositividad en el interior.• Cuando la membrana es permeable a varios iones diferentes, el potencial de difusión

dependerá de:– La carga eléctrica de cada ión (su polaridad).– La permeabilidad para cada ión.– Las concentraciones de dichos iones en el interior y el exterior.

• Estos factores se relacionan en la ecuación de Goldman, que nos permite calcular dicho potencial:

• Los iones más importantes para los potenciales de membrana son: potasio, sodio y cloruro.• Los canales de potasio y sodio experimentan numerosos cambios de permeabilidad.

ORIGEN DEL POTENCIAL DE REPOSO

• El potencial de membrana en reposo de los nervios viene determinado principalmente por:– Bomba de sodio-potasio, bomba electrógena pues produce la carga

negativa en el interior de la célula.– Canal de “escape” de potasio-sodio, 100 veces más permeable al

potasio.• Origen:

– Contribución del potencial de difusión del potasio, que tiene un potencial de Nernst de -94 mV.

– Contribución de la difusión de sodio a través del nervio, el cual tiene un potencial de Nernst de +61 mV.

Al aplicar ambos iones en la ecuación de Goldman, obtendremos un potencial de reposo de -86 mV, próximo al del potasio debido a su mayor permeabilidad.– Contribución de la bomba de sodio-potasio, que crea un grado

adicional de negatividad al provocar la pérdida de cargas positivas en el interior. Este grado es de alrededor de -4 mV adicionales.

Todos estos factores unidos dotan a la membrana de un potencial de reposo de -90 mV.

BIBLIOGRAFÍA

• GUYTON & HALL, Tratado de Fisiología Médica, Ed. Elsevier Saunders, 10ª edición (2003).

• BERNE Y LEVY, Fisiología, Ed. Elsevier Mosby, 2006.

• GANONG, Fisiología Médica, El Manual Moderno, 2004.

• http://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Portada

• http://search.creativecommons.org