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 que son 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 de 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 normalmente son 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 mientras 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]

Los modelos matemáticos y la fuerza impulsora

Podemos considerar como ejemplo un ion cargado positivamente, como K ⁺ , y una membrana cargada negativamente, como es comúnmente el caso en la mayoría de los organismos. ^[4]^[5] El voltaje de la membrana se opone al flujo de los iones potasio fuera de la célula y los iones pueden salir del interior de la célula solo si tienen suficiente energía térmica para superar la barrera energética producida por el voltaje negativo de la membrana. ^[5] Sin embargo, este efecto de polarización puede ser superado por un gradiente de concentración opuesto si la concentración interior es lo suficientemente alta, lo que favorece que los iones potasio salgan 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 , donde se refiere al potencial de equilibrio para un ion específico. ^[5] En relación con esto, la corriente de membrana por unidad de área debido al tipo de canal iónico se da mediante la siguiente ecuación: $V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\$ $E_{\mathrm {i} }\$ ${\estilo de visualización i}$

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

donde es la fuerza impulsora y 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] $V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\$ $g_{\mathrm {i} }$

Uso en 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 activados por ligando ionotrópico excitatorio, incluidos los receptores de glutamato ( AMPA , NMDA y kainato ), acetilcolina nicotínico (nACh) y receptores de serotonina (5-HT ₃ ) son canales de cationes no selectivos que pasan Na ⁺ y K ⁺ en proporciones casi iguales, lo que da un potencial de inversión cercano a cero. Los receptores de neurotransmisores activados por ligando ionotrópico inhibidor 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]

Esta línea de razonamiento condujo al desarrollo de experimentos (por Akira Takeuchi y Noriko Takeuchi en 1960) que demostraron que los canales iónicos activados por acetilcolina son aproximadamente igualmente permeables a los iones Na ⁺ y K ⁺ . El experimento se realizó reduciendo la concentración externa de Na ⁺ , lo que reduce (hace más negativo) el potencial de equilibrio de Na ⁺ y produce un cambio negativo en el potencial de inversión. Por el contrario, aumentar la concentración externa de K ⁺ aumenta (hace más positivo) el potencial de equilibrio de K ⁺ y produce un cambio positivo en el potencial de inversión. ^[2] Se ha derivado una expresión general para el potencial de inversión de los eventos sinápticos, que incluye disminuciones en la conductancia. ^[6]

Véase también

Referencias

^ abcde Squire, Larry; Berg, Darwin (2014). Neurociencia fundamental (4.ª ed.). Academic Press. págs. 93–97. ISBN 978-0-12-385870-2.
^ abcdefg Purves, Dale ; et al. (2017). Neurociencia (6ª ed.). Asociados Sinauer. págs. 39-106. ISBN 9781605353807.
^ abcde Mark, Bear; Connors, Barry (2016). Neurociencia: exploración del cerebro (4.ª edición mejorada). Jones & Barlet Learning. págs. 64-127. ISBN 9781284211283.
^ abcde Alberts, Bruce (2015). Biología molecular de la célula (6ª ed.). Nueva York, Nueva York. págs. 615–616. ISBN 978-0-8153-4432-2.OCLC 887605755 .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace )
^ abcdefg Abbott, Laurence F. (2001). Modelado computacional y matemático de sistemas neuronales en neurociencia teórica. Peter Dayan. Cambridge: MIT Press. pp. 158–160. ISBN 978-0-262-31142-7.OCLC 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 ecuaciones de Nernst
Calculadora de la ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz
Calculadora de fuerza motriz electroquímica

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

[Purves-2] Purves, Dale ; et al. (2017). Neurociencia (6ª ed.). Asociados Sinauer. págs. 39-106. ISBN 9781605353807.

[expBrain-3] Mark, Bear; Connors, Barry (2016). Neurociencia: exploración del cerebro (4.ª edición mejorada). Jones & Barlet Learning. págs. 64-127. ISBN 9781284211283.

[molBiol-4] Alberts, Bruce (2015). Biología molecular de la célula (6ª ed.). Nueva York, Nueva York. págs. 615–616. ISBN 978-0-8153-4432-2.OCLC 887605755 .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace )

[theoNeuro-5] Abbott, Laurence F. (2001). Modelado computacional y matemático de sistemas neuronales en neurociencia teórica. Peter Dayan. Cambridge: MIT Press. pp. 158–160. ISBN 978-0-262-31142-7.OCLC 1225555646 .

[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.