Y la membrana celular... ¿Cómo funciona?

Para seguir conociendo a la neurona es importante hablar de la membrana celular. Esta define los límites de la neurona, separando el líquido intracelular del líquido extracelular. 

La membrana se conforma por una doble capa de lípidos. Dentro de ésta doble capa lipídica de tipo graso se encuentran ubicadas numerosas moléculas proteicas, las cuales constituyen la base de muchas de las propiedades de esta membrana.

Estas moléculas proteicas son:

Proteínas del canal

A través de las cuales pueden pasar ciertas moléculas y evitan el paso de otras. Conocidas también como canales iónicos. 

Estos canales pueden ser de dos tipos: pasivos (siempre están abiertos) y activos (sólo se abren transitoriamente en determinadas circunstancias). 

Dentro de los canales activos se destacan los dependientes de ligando, que cambian su permeabilidad en respuesta a la presencia de ligandos, moléculas. Asimismo,  se encuentran los dependientes de voltaje, cuya permeabilidad varía en función a los cambios en el potencial de membrana. 

La mayoría de los canales iónicos cuentan con una propiedad crítica como lo es la selectividad iónica, la cual queda determinada por el diámetro del poro del canal y la naturaleza de los grupos R que lo cubren. 

Proteínas señal

Éstas transmiten una señal al interior de la neurona, cuando específicas moléculas se unen a ellas en la superficie exterior de la membrana.

Ahora bien, es importante también conocer el potencial de la membrana para conocer bien la neurona y su estructura. 

El potencial de la membrana hace referencia a una diferencia de carga eléctrica que sucede entre el interior y el exterior celular. Esto es debido a que existen ciertas moléculas con diferentes cargas, positivas o negativas, que se encuentran en diferentes cantidades tanto en el interior como en el exterior celular: los iones. 

Para que se lleve a cabo esta diferencia de carga eléctrica, es necesario que hayan dos fuerzas que son opuestas entre sí: fuerza de difusión (carácter químico) y otra fuerza de carácter electrostático. 

La fuerza de difusión se refiere al movimiento que hacen las moléculas de un lugar donde se encuentran muchas al mismo tiempo a otro donde hay pocas. Redolar Ripoll (2015) da como ejemplo una cucharada de azúcar en un vaso de agua, ya que al principio todo el azúcar se va hasta el fondo del vaso, pero conforme pasa el tiempo se distribuye en todo el vaso.

La fuerza electrostática es la atracción o repulsión entre las partículas en función de su carga eléctrica. Esto se refiere a que los iones con carga opuesta se atraen y con carga igual se repelerá, tomando como ejemplo un imán de cocina. 

Estos movimientos de los que se hablan, no únicamente dependerán de estas fuerzas, sino también depende de la permeabilidad de la membrana celular. Con esto nos referimos a que si los iones están separados por una membrana permeable podrán atravesarla sin problemas para alcanzar el equilibrio. Pero, de no poder atravesarla, por ser una membrana semipermeable, los iones que puedan atravesar cambiarán su forma a una asimétrica para compensar los iones que no pueden atravesar, por lo que dará como resultado una diferencia de potencial tanto eléctrico como químico. 

La diferencia del potencial eléctrico entre los dos lados de la membrana, interno y externo, se origina debido a los iones que atraviesan la membrana de forma asimétrica. Este potencial eléctrico se denomina potencial de membrana y por lo general se mantiene estable, pero podría variar dependiendo de la circunstancia. 

Una neurona en reposo, recibe el nombre de potencial de reposo y es cuando no recibe ni conduce información. Estas poseen una diferencia potencial de entre -60 y -70 mV (tomemos en cuenta que el interior de la célula es negativo, ya que contiene un mayor número de cargas negativas). 

Los iones que se encuentran a ambos lados de la membrana neuronal son: 

• Aniones orgánicos (A-): Proteínas con carga negativa principalmente.
• Iones de cloro CI-
• Iones de sodio Na+
• Iones de potasio K+

Esta distribución no es simétrica ya que la membrana neuronal es semipermeable y esto impide el paso de algunos iones. 

Los aniones orgánicos se encuentran en el fluido intracelular. Los otros iones se encontrarán tanto en el intracelular como en el extracelular, pero la distribución es desigual. El K+ se encuentra en el fluido intracelular principalmente, mientras en Na+ y el Cl- se encuentran en el fluido extracelular principalmente. 

A todo esto, hay iones a los que es permeable la membrana celular en condiciones de reposo, por ejemplo, es más permeable al K+ que al Na+. el Cl- está en un grado de permeabilidad intermedio en comparación de los otros dos cationes. Para los aniones proteicos la membrana es impermeable.

Todos estos iones que atraviesan la membrana, lo hacen por medio de canales iónicos y estos son selectivos, o sea que permiten el paso a un único ion. 

Para el K+ se encuentran muchos canales pasivos en la membrana neuronal, lo que le permite distribuirse de manera asimétrica contrarrestando los iones que no pueden atravesarla. Este se distribuye buscando llegar al momento en que las fuerzas eléctricas y las fuerzas químicas se igualen. Las fuerzas eléctricas son las que lo empujan a quedarse y las fuerzas químicas las que lo empujan a salir. 

Equilibrio de K+ = -90mV. 

Si la diferencia de potencial de ambos lados de la membrana es de -90mV las fuerzas eléctricas que empujan al K+ hacia el interior son iguales, pero de sentido contrario. Pero, si el valor potencial de reposo es de -70mV, entonces K+ no se encuentra en equilibrio, debido a que en reposo, la membrana es impermeable al Na+ y su entrada contrarresta la salida de K+. 

Con esto, aprendimos que la principal corriente ionica es la de los iones de K+, debido a que la membrana es más permeable al K+ que a los demás iones. 

El K+ es el ion que tiende a salir al exterior. Esto hace que el interior celular pierda una carga positiva y se vuelve más negativo y el exterior más positivo. Aquí es cuando la fuerza electrostática del ion de K+ intenta introducir el ion nuevamente para contrarrestar la negatividad que dejó la salida del K+, logrando con esto la situación de equilibrio. 

Esto hace que el interior de la célula acumule cargas negativas y el exterior positivas, para poder lograr el equilibrio pueden suceder dos cosas: 

Podría ser ¿que los aniones orgánicos (A-) salgan al exterior celular? o ¿que los iones de Na+ entren a la célula? Recordemos que los aniones orgánicos no pueden salir por la membrana, así que no es una posibilidad y, también recordemos que, en situaciones de reposo la membrana no es permeable al Na+, así que tampoco es la solución. 

Al no haber solución lo que obtenemos es un desequilibrio en las cargas eléctricas en ambos lados de la membrana y lo que obtenemos es el potencial de reposo. 

La concentración de iones en el fluido extracelular e intracelular es de donde depende el valor potencial de la membrana, así como la permeabilidad para cada ion. 

Para calcular el valor del potencial de la membrana, contamos con la ecuación de Goldman - Hodgkin - Katz, tomando en cuenta las variables como concentración y permeabilidad de la membrana para cada ion. 

Al sustituir estos valores por los que se encuentran en situación de reposo, obtendremos el valor potencial de reposo. 

A continuación les dejamos un vídeo con la explicación de la ecuación de Goldman.

REFERENCIAS: 

Redolar Ripoll, D. (2015). Fundamentos de psicobiología (2a. ed.). Editorial UOC. 

Pinel, J. P. J. (2007). Biopsicología (6a edición ed.). Pearson Education.