Membrana celular

La membrana celular puede comportarse como un circuito eléctrico

La membrana celular es una estructura lipídica, formada por proteínas y lípidos, formada por tres láminas. Cada tipo de molécula lipídica tiene un extremo hidrofilico (polar) y otro extremo hidrofóbico (no polar), por lo tanto es anfipática. Las terminaciones hidrofóbicas se disponen hacia el interior y los grupos hidrofilicosmiran hacia afuera. La composición polar lipídica hace que exista una barrera semipermeable para el paso de ciertas sustancias liposolubles (no polares) y de tamaño pequeño. A través de la membrana se realiza un transporte pasivo y transporte activo. Nos interesa el transporte activo por la bomba Na+ K+ ATPasa. Entre las sustancias que se transportan mediante el transporte activo están el sodio, elpotasio, el calcio, el hidrogeno, el cloruro y otros iones. El transporte activo requiere energía y va en contra de un gradiente de concentración; la bomba sodio-potasio bombea iones de sodio hacia afuera a través de la membrana celular y al mismo tiempo bombea iones de potasio desde el exterior hacia el interior. Esta bomba es responsable de establecer un voltaje eléctrico negativo en elinterior de la célula. La bomba Na+ K+ desplaza tres iones de Na+ hacia el exterior por cada dos iones de K+ que desplaza hacia el interior significa que desplaza una carga positiva neta desde el interior de la célula hasta el exterior en cada ciclo de bombeo. Esto genera positividad en el exterior de la célula, dejando un déficit de iones positivos en el interior de la célula. Por tanto, se dice que labomba Na+ K+ es electrógena porque genera un potencial eléctrico a través de la membrana celular.
Las membranas celulares poseen propiedades eléctricas pasivas tales como la capacitancia y la resistencia. Las propiedades pasivas de la membrana se pueden establecer mediante un pulso de corriente para producir un cambio en el potencial de membrana, que es la diferencia de potencial medido entre elespacio extracelular y el citoplasma. Los potenciales que produce la difusión del sodio y del potasio darían un potencial de membrana aproximadamente de -86 mV, casi todo determinado por la difusión del potasio. Además se generan -4 mV, adicionales al potencial de membrana por la acción continua de la bomba Na+ K+ electrógena, generando un potencial neto de membrana de -90 mV.
Según la ley deKirchhoff: la acumulación de cargas en circuitos ordinarios está prohibida por el elevado costo de energía potencial que conlleva. En el contexto celular, también la separación de cargas a través de regiones del tamaño del micrómetro es energéticamente muy costosa. También se aplica la ley de Ohm: el potencial varía en la magnitud I (intensidad) R (resistencia) a través de cada símbolo deresistencia, entonces establecemos que la diferencia de potencial entre el interior y el exterior (ΔV) es la suma de dos contribuciones: ΔV = IR + VNernst. Es decir, la similitud con el circuito eléctrico parece útil para describir membranas. Podemos describir los circuitos eléctricos al menos con tres tipos importantes de portadores de carga (Na+ K+ Cl-). No solo todos los tipos de partículas cargadasnotan el mismo potencial electrostático V sino que contribuyen de la misma manera a dicho potencial. Introducir en la célula cierta cantidad de sodio mientras expulsamos el mismo número de iones potasio no produce una separación neta de carga y no supone, por lo tanto, ningún coste en energía electrostática. Así, al describir diagramas de circuitos, podemos combinar los diversos tipos de cablecuando tratemos con elementos que no distinguen entre los diversos tipos de ion, como el citoplasma celular. Estos cables son como representantes de un tipo de conducto en el cual fluye una mezcla de “fluidos” diferentes a una presión común (el potencial V). Según la ley de Kirchhoff el volumen que entra debe ser igual al que sale. Entonces la cables deben conectarse diferente cuando describimos la...