Resumen de Actividad Eléctrica Celular y Acción Hormonal
Actividad Eléctrica Celular y Acción Hormonal: Guía Completa
Introducción
La electrofisiología celular estudia cómo las células generan, modulan y transmiten señales eléctricas mediante cambios en la permeabilidad de la membrana y el uso de canales iónicos y bombas. Este material presenta los principios básicos de las células electro-excitables, los tipos de canales implicados, cómo se genera y propaga el potencial de acción y ejemplos aplicados a tejido nervioso y cardíaco.
Definición: Una célula electro-excitable es aquella que posee canales iónicos activados por voltaje capaces de generar respuestas eléctricas activas y propagables, como los potenciales de acción.
1. Tipos de membrana y transporte de iones
1.1 Barrera semipermeable
La membrana plasmática es una barrera semipermeable compuesta por lípidos y proteínas. Su permeabilidad diferencial crea gradientes de concentración iónica y determina la respuesta eléctrica celular.
Definición: Permeabilidad de membrana es la fracción molar de un soluto que atraviesa una unidad de área de membrana por unidad de tiempo.
- Los iones tienen permeabilidades muy bajas comparadas con moléculas neutras: por ejemplo, la permeabilidad del agua es aproximadamente $1\times 10^{-2}\ \mathrm{cm/s}$ mientras que para iones es del orden $1\times 10^{-9}\ \mathrm{cm/s}$.
- Las proteínas de membrana (canales, transportadores, bombas) aumentan selectivamente esa permeabilidad.
1.2 Sistemas de transporte
- Transporte activo primario: bombas ATPasa (ej. Na/K-ATPasa, PMCA).
- Transporte activo secundario: cotransportadores y antiportadores (ej. NCX, intercambiador Na/Ca).
- Transporte pasivo: canales iónicos selectivos.
2. Canales iónicos: estructura y selectividad
2.1 Conductancias y tipos principales
- Canales de Na$^+$ (Nav)
- Canales de Ca$^{2+}$ (Cav)
- Canales de K$^+$ (Kv, Kir)
- Canales de Cl$^-$ (ClC)
Cada tipo tiene una conductancia y cinética específica que define la forma de la respuesta eléctrica.
Definición: Conductancia es la facilidad con la que una corriente eléctrica atraviesa un canal; se mide en siemens (S).
2.2 Poro y selectividad (ejemplo: canal de K$^+$)
Los poros iónicos filtran y deshidratan iones según su radio iónico efectivo: Li $0.76\ \mathring{A}$, Na $1.02\ \mathring{A}$, K $1.38\ \mathring{A}$, Rb $1.52\ \mathring{A}$, Cs $1.67\ \mathring{A}$, Cl $1.81\ \mathring{A}$, Ca $1.00\ \mathring{A}$. La selectividad depende de la coordinación química dentro del selectivity filter del canal.
3. Conceptos fundamentales de células electro-excitables
3.1 ¿Qué define a una célula electro-excitable?
- Posee canales activados por voltaje capaces de generar potenciales de acción.
- Expresa un conjunto particular y característico de canales activados por voltaje que define su comportamiento eléctrico.
No es criterio suficiente la presencia de canales iónicos en general, pues todas las células las expresan en mayor o menor grado.
3.2 Tipos celulares electro-excitables
- Neuronas
- Células gliales (algunas funciones eléctricas)
- Célulo muscular (esquelético, cardíaco, liso)
- Células endocrinas (ciertas) y germinales
No electro-excitables típicas: hematíes, muchas células epiteliales/endoteliales.
4. Generación del potencial de acción
4.1 Umbral y todo-o-nada
- Las células electro-excitables muestran un umbral de activación. Si la despolarización alcanza ese umbral se dispara un potencial de acción completo (todo-o-nada).
- La forma del potencial de acción es prácticamente independiente de la amplitud del estímulo supraliminal; está determinada por la maquinaria iónica disponible.
Definición: Umbral es el nivel de despolarización mínimo necesario para activar una reacción regenerativa por canales dependientes de voltaje.
4.2 Componentes iónicos del potencial de acción
- Co
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Electrofisiología celular
Klíčové pojmy: Célula electro-excitable: canales por voltaje que generan PA, Permeabilidad de membrana controlada por proteínas (canales, bombas), Canales principales: Nav, Cav, Kv, Kir, ClC, HCN, Umbral: todo-o-nada para el potencial de acción, Na+ genera fase rápida; K+ repolariza; Ca2+ produce fases sostenidas, Período refractario impide reexcitación y da dirección a la onda, Velocidad de conducción afecta por diámetro, mielina y resistencia axial, La forma del PA depende del repertorio de canales expresados, Canalopatías: mutaciones en canales alteran ritmo y función celular, Aplicaciones: farmacología (bloqueantes de canales) y modelos computacionales