Canales Iónicos y Las Propiedades Eléctricas de Las Membranas - Biología Molecular de La Célula - NCBI Biblioteca

11/3/2015 CanalesinicosylaspropiedadeselctricasdelasmembranasBiologaMoleculardelaClulaNCBIBiblioteca

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26910/ 1/23

NCBIestantera.UnserviciodelaBibliotecaNacionaldeMedicinadelosInstitutosNacionalesdeSalud.

AlbertsB,JohnsonA,LewisJ,etal.Biologamoleculardelaclula.Cuartaedicin.NuevaYork:GarlandCiencia2002.

Canalesinicosylaspropiedadeselctricasdelasmembranas

Adiferenciadeportadorasprotenas,loscanalesdeprotenasformanhidrfilosporosatravsdelasmembranas.Unaclasedeloscanalesdeprotenasqueseencuentranencasitodoslosanimalesformanunionescomunicantesentredosclulasadyacentescadamembranaplasmticacontribuyeigualmentealaformacindelcanal,queconectaelcitoplasmadelasdosclulas.Estoscanalessediscutenenelcaptulo19ynosernconsideradasmsaqu.AmbasunionesyGapporinas,elcanaldeformacindeprotenasdelosexterioresmembranasdebacterias,mitocondrias,cloroplastosy(discutidosenelCaptulo10)tienenporosrelativamentegrandesypermisivas,locualseradesastrososidirectamenteconectadoselinteriordeunaclulaaunaespacioextracelular.Dehecho,muchastoxinasbacterianashacenexactamentequemataraotrasclulas(queseexaminanenelcaptulo25).

Encontraste,lamayoradeloscanalesdeprotenasenlamembranaplasmticadeclulasanimalesyvegetalesqueconectanelcitosolhaciaelexteriorcelulartienennecesariamenteporosestrechos,altamenteselectivosquepuedenabrirycerrar.Debidoaqueestasprotenasserefiereespecficamenteconinorgnicaiondetransporte,queseconocencomocanalesdeiones.Paralaeficienciadeltransporte,loscanalestienenunaventajasobrelascompaasenquehasta100millonesdeionespuedenpasaratravsdeuncanalabiertocadasegundounatasade10 vecessuperioralatasamsrpidadetransportemediadoporcualquieraconocidaprotenatransportadora.Sinembargo,loscanalesnopuedenseracopladosaunafuentedeenergapararealizareltransporteactivo,porloqueeltransportequemediansiempreespasiva("cuestaabajo").As,lafuncindeloscanalesinicosespermitirquelosionesprincipalmenteinorgnicosespecficosNa,K ,Ca ,oCl bicapa

lipdica.Comoveremos,lacapacidaddecontrolarlosflujosdeionesatravsdeestoscanalesesesencialparamuchasfuncionescelulares.Lasclulasnerviosas(neuronas),enparticular,hanhechounaespecialidaddelautilizacindeloscanalesinicos,yvamosaconsiderarlaformaenqueutilizanunadiversidaddeestoscanalespararecibir,conducirytransmitirseales.

Loscanalesinicossonyalosionesfluctanentrelosestadosabiertoycerrado

Dospropiedadesimportantesdistinguenionchannelsdesimplesacuosasporos.Primero,muestranionesselectividad,permitiendoalgunosionesinorgnicosapasar,peronoenotros.Estosugierequesusporosdebenserlosuficientementeestrechaenlugaresparaforzarionespermeanencontactontimoconlasparedesdelcanal,demaneraqueslolosionesdetamaoylacargaadecuadapuedepasar.Losionespermeantienenquearrojarlamayorparteolatotalidaddesusmolculasdeaguaasociadasapasar,amenudoenunasolafila,atravsdelapartemsestrechadelcanal,quesellamaelfiltrodeselectividadestolimitasuvelocidaddepaso.Porlotanto,comolasconcentracionesdeionesseincrementan,elflujodeionesatravsdeuncanalaumentaproporcionalmente,peroluegosenivela(saturados)aunatasamxima.

Lasegundadistincinimportanteentreionesdecanalesysimplesacuosasporosesqueloscanalesinicosnosoncontinuamenteabierta.Encambio,estncerradas,loquelespermiteabrirbrevementeyluegosecierrandenuevo(Figura1120).Enlamayoradeloscasos,lapuertaseabreenrespuestaaunestmuloespecfico.Losprincipalestiposdeestmulosquesesabeque

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+ + 2+ paradifundenrpidamenteporsusgradienteselectroqumicosatravsdela



causanloscanalesinicosparaabrirsonuncambioenelvoltajeatravsdelamembrana(canalesactivadosporvoltaje),unatensinmecnica(canalescerradosmecnicamente),olaunindeunligando(canalesactivadosporligando).Elligandopuedeserunmediadorextracelular,especficamente,unneurotransmisor(canalesdeltransmisorgated)ounmediadorintracelular,talcomounion(canalesinicosgated)ounnucletido(canalesdenucletidosgated)(Figura1121).Laactividaddemuchoscanalesinicosestregulada,adems,porlafosforilacindeprotenasydesfosforilacinestetipoderegulacindelcanalsediscuti,juntoconloscanalesinicosdenucletidocerrada,enelcaptulo15.Porotraparte,conlaestimulacinprolongada(elctricaoqumica),lamayoradeloscanalesentranenunestado"insensibles"o"inactiva"cerrado,enelqueestnrefractariosaunamayoraperturahastaqueelestmulohasidoretirado,comoveremosmsadelante.

Figura1120

Uncanalinicotpico,quefluctaentreconformacionescerradasyabiertas.Laprotenadelcanalsemuestraenseccintransversalformaunporohidroflicotravsdelabicapalipdicasloenelestadodeconformacin"abierta".Grupospolaresson(ms...)

Figura1121

Lacompuertadeloscanalesinicos.Estedibujomuestradiferentestiposdeestmulosqueseabrenloscanalesinicos.Mecnicamentecanalescerradosamenudotienenextensionescitoplasmticasqueenlazanelcanalalcitoesqueleto(nomostrado).

Msde100tiposdeionesdecanalessehandescritohastaelmomento,ylosnuevosestnsiendoaadidoalalista.Ellossonresponsablesdelaexcitabilidadelctricadelasclulasmuscularesymedianlamayoradelasformasdesealizacinelctricaenelsistemanervioso.Unasolaneuronapuedecontenertpicamentede10tiposdecanalesinicosoms,ubicadosendiferentesmbitosdesumembranaplasmtica.Peroloscanalesinicosnoserestringenaclulasexcitableselctricamente.Estnpresentesentodaslasclulasanimalesyseencuentranenlasclulasvegetalesymicroorganismos:sepropaganlarespuestadelahojadecierredelaplantademimosa,porejemplo,ypermitenqueelunicelularParameciumparainvertirladireccindespusdeunacolisin.

QuizslosmscomunesdeionesdecanalessonlosquesonpermeablesprincipalmenteaK .Estoscanalesseencuentranenlamembranaplasmticadecasitodaslasclulasanimales.UnsubconjuntoimportantedeK canalesestnabiertos,inclusoenunsinestimularoclulade"reposo"yson,portanto,avecessellamaK canalesdefuga.AunqueestetrminocubreunagranvariedaddeK canales,dependiendodeltipodeclulas,quesirvenaunpropsitocomn.AlhacerquelamembranaplasmticamuchomspermeablealK queaotrosiones,tienenunpapelcrucialenelmantenimientodelapotencialdelamembranadeplasmaatravsdetodaslasmembranas.

ElpotencialdemembranaenlasclulasanimalesdependeprincipalmentedeKCanalesdefugasyelK gradienteatravsdelamembranaplasmtica

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++



Unpotencialdemembranasurgecuandohayunadiferenciaenlacargaelctricaenlosdosladosdeunamembrana,debidoaunligeroexcesodeionespositivossobrelosnegativosenunladoyunligerodficitenelotro.Talesdiferenciasdecargapuedendebersetantoalasbombeoelectrognicoactiva(verpg.626)ydepasivodeionesdedifusin.Comoveremosenelcaptulo14,lamayorpartedelpotencialdelamembranadelamitocondriaesgeneradoporelectrognicoHbombasenelmitocondrialmembranainterna.Electrognicobombastambingeneranlamayor

partedelpotencialelctricoatravsdelamembranaplasmticaenlasplantasyloshongos.Enlasclulastpicasanimales,sinembargo,losmovimientosdeionespasivashacenlamayorcontribucinalpotencialelctricoatravsdelamembranaplasmtica.

Comoseexplicanteriormente,laNa K delabombaayudaamantenerunequilibrioosmticoatravsdelaclulaanimalmembranamanteniendolaconcentracinintracelulardeNabajo.DebidoaquehaypocaNa dentrodelaclula,otroscationestienenqueserabundanteallparaequilibrarlacargatransportadaporlosanionesfijosdelaclulamolculasorgnicascargadasnegativamentequeestnconfinadosdentrodelaclula.EstepapeldeequilibriosellevaacaboengranmedidaporK ,quesebombeaactivamenteenlaclulaporelNa K bombaytambinpuedemoverselibrementedentroofueraatravsdelasK canalesdefugaenlamembranaplasmtica.Debidoalapresenciadeestoscanales,K vienecasihastaelequilibrio,dondeunafuerzaelctricaejercidaporunexcesodecargasnegativasqueatraenK enlaclulaequilibralatendenciadeK afiltrarsehaciaabajodesugradientedeconcentracin.Elpotencialdemembranaeslamanifestacindeestafuerzaelctrica,ysuvalordeequilibriosepuedecalcularapartirdelapendientedelaK gradientedeconcentracin.Elsiguienteargumentopuedeayudaraaclararesto.

Supongamosqueinicialmentenohaygradientedevoltajeatravsdelamembranaplasmtica(elpotencialdemembranaescero),perolaconcentracindeK esaltadentrodelaclulaybajaexterior.K tenderasalirdelaclulaatravsdelosK canalesdefuga,impulsadoporsugradientedeconcentracin.ComoK semuevehaciafuera,dejadetrsunacarganegativadesequilibrada,creandoasuncampoelctrico,oelpotencialdemembrana,quetiendenaoponersealamayorflujodesalidadeK .ElflujodesalidanetodeK sedetienecuandoelpotencialdemembranaalcanzaunvalorenelqueestafuerzadeconduccinelctricaenKequilibraexactamenteelefectodesugradientedeconcentracinesque,cuandoelgradienteelectroqumicoparaK escero.AunqueCl ionestambinseequilibrantravsdelamembrana,elpotencialdemembranamantienelamayorpartedeestosionesfueradelacluladebidoaquesucargaesnegativa.

Elequilibriocondicin,enlaquenohayflujonetodeionesatravsdelamembranaplasmtica,sedefineelpotencialdemembranaenreposoparaestaclulaidealizada.Unafrmulasimpleperomuyimportante,laecuacindeNernst,expresalacondicindeequilibriocuantitativamentey,comoseexplicaenPanel112,hacequeseaposiblecalcularlatericapotencialdemembranaenrepososilarelacindeinternosyexternosdeionesseconoceconcentraciones.ComolamembranaplasmticadeunaclularealnoesexclusivamentepermeablealK yCl ,sinembargo,elpotencialdemembranaenreposorealesporlogeneralnoesexactamenteigualalapredichaporlaecuacindeNernstparaK oCl .

Panel112

LaderivacindelaecuacindeNernst.

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ElpotencialderepososedesintegralentamenteCuandolaNa K bombasedetiene

Elnmerodeionesquedebenmoverseatravsdelamembranadeplasmaparaestablecerelpotencialdemembranaesminutos.As,sepuedepensarenelpotencialdemembranacomoelresultadodelosmovimientosdecargaquesalendeionesconcentracionesprcticamenteafectadayelresultadoenslounamuypequeadiscrepanciaenelnmerodeionespositivosynegativosenlosdosladosdelamembrana(Figura1122).Porotraparte,estosmovimientosdecargasongeneralmenterpido,teniendoslounospocosmilisegundosomenos.

Figura1122

Labaseinicadeunpotencialdemembrana.Unpequeoflujodeionesllevacargasuficienteparacausarungrancambioenelpotencialdemembrana.Losionesquedanlugaralpotencialdemembranaseencuentranenunacapasuperficialdelgada(



inicopuedetrabajar

Lanotablecapacidaddeionesdecanalesdecombinarexquisitaselectividadinicaconunaaltaconductanciatienecientficosdurantemuchotiempo.K canalesdefugas,porejemplo,llevaracaboK 10.000vecesmejorqueladeNa ,sinembargo,losdosionessonesferassinrasgoscondimetrossimilares(0.133nmy0.095nm,respectivamente).UnnicoaminocidodesustitucinenelporodeunK canalpuederesultarenunaprdidadelaselectividaddeionesylamuertecelular.Laselectividadnormalnopuedeserexplicadaporeltamaodelosporos,porqueNa esmenorqueK .Adems,laaltatasadeconductanciaesincompatiblecontenerselectiva,dealtaafinidaddelcanaldeK sitiosdeunina,comolaunindeK ionesatalessitiosfrenaraconsiderablementesupasaje.

ElrompecabezasseresolvicuandolaestructuradeunbacterianaK canalsedeterminaporcristalografaderayosx.Elcanalsehaceapartirdecuatrosubunidadesidnticastransmembrana,quejuntasformanunporocentralatravsdelamembrana(Figura1123).Losaminocidoscargadosnegativamenteseconcentranenlaentradacitoslicoalporoysecreequeloscationesatraeryrepeleraniones,haciendoqueelcanalcatinicoselectivo.Cadasubunidadcontribuyecondoshlicestransmembrana,queestninclinadashaciaelexteriorenlamembranayjuntosformanuncono,consuextremoanchohaciaelexteriordelacluladondeK ionessalendelacanal.Elpolipptidodecadenaqueconectalasdoshlicestransmembranaformaunacortahlice(lahlicedeporo)yunbuclecrucialquesobresaledentrodelaampliaseccindelconoparaformarelfiltrodeselectividad.Losbuclesdeselectividaddelascuatrosubunidadesformanuncorto,rgido,poroestrecho,quesealineaconlostomosdeoxgenocarbonilodesuscadenasprincipalesdepolipptidos.DebidoaquelosbuclesdeselectividaddetodosconocidoK canalestienensimilaresdeaminocidossecuencias,esprobablequeformanunaestructuramuysimilar.LaestructuracristalinamuestradosK ionesenunasolafilaenelfiltrodeselectividad,separadosporunos8.Repulsinmutuaentrelosdosionessecreequeayudaamoverseatravsdelosporosenellquidoextracelular.

Figura1123

LaestructuradeunbacterianaK canal.(A)Slodosdelascuatrosubunidadesidnticassemuestran.Desdeelladocitoslico,elporoseabreenunvestbuloenelmediodelamembrana.ElportalfacilitaeltransportealpermitirquelosKionesa(more...)

Laestructuradelfiltrodeselectividadexplicalaexquisitaionselectividaddelcanal.ParaunaKdeionesparaentrarenelfiltro,debeperdercasitodassusmolculasdeaguaunidayenvezinteractuarconlosoxgenoscarbonlicosquerecubrenelfiltrodeselectividad,queestnespaciadosdemanerargidaaladistanciaexactaparaacomodarunaK iones.ANa deiones,porelcontrario,nopuedeentrarenelfiltrodebidoaquelosoxgenoscarbonilosondemasiadolejosdelamspequeaNa ionparacompensarelgastodeenergaasociadoalaprdidademolculasdeaguanecesariosparalaentrada(Figura1124).

Figura1124

K especificidaddelfiltrodeselectividadenunaK canal.EldibujomuestraK yNa iones(A)enelvestbuloy(B)enel

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filtrodeselectividaddelporo,vistosenseccintransversal.Enelvestbulo,losionessehidratan.Enelfiltrodeselectividad,(ms...)

EstudiosestructuralesdelabacterianaK canalhanindicadocmoestoscanalespuedenabrirycerrar.Losbuclesqueformanelfiltrodeselectividadsonrgidosynocambianlaconformacincuandoelcanalseabreosecierra.Encontraste,lashlicestransmembranainterioresyexterioresquerecubrenelrestodelarearrangedeporocuandosecierraelcanal,haciendoqueelporosecontraigancomoundiafragmaensuextremocitoslico(Figura1125).Aunqueelporonosecierracompletamente,lapequeaaberturaquequedaesalineadoporhidrofbicasaminocidoscadenaslaterales,quebloqueanlaentradadeiones.

Figura1125

ElmodelodelacompuertadeunbacterianaK canal.Elcanalseveenseccintransversal.Paraadoptarlaconformacincerrada,loscuatrohlicestransmembranainterioresquerecubrenelporoenelladocitoslicodelfiltrodeselectividad(verFigura1122)reorganizar(ms...)

Lasclulasqueformanlamayoradelusodeionesdecanalessonlasneuronas.Antesdediscutirlaformaenquelohacen,tenemosquehacerunadigresinpararevisarbrevementecmoseorganizunaneuronatpica.

Lafuncindeunaclulanerviosadependedesuestructuraalargada

Latareafundamentaldeunaneuronaoclulanerviosa,esrecibir,conducirytransmitirseales.Pararealizarestasfunciones,lasneuronassonamenudoextremadamentealargado.Unasolaclulanerviosaenunserhumano,queseextiende,porejemplo,delamdulaespinalaunmsculoenelpie,puedesertanlargacomo1metro.Cadaneuronaconstadeuncuerpocelular(quecontieneelncleo)conunnmerodeprocesosfinosqueirradianhaciafueradeella.Porlogeneral,unalargaaxnconducelassealesdedistanciadesdeelcuerpocelularhaciaobjetivosdistantes,yvariosderamificacinmscortosdendritasseextiendendesdeelcuerpocelularcomoantenas,proporcionandounreadesuperficieampliadapararecibirsealesprocedentesdelosaxonesdeotrasclulasnerviosas(Figura1126).Lassealestambinserecibenenelcuerpodelaclulaens.Eltpicoaxndivideensuextremomsalejadoenmuchasramas,pasandosobresumensajeamuchasclulasdianasimultneamente.Asimismo,elgradoderamificacindelasdendritaspuedesermuygrandeenalgunoscasos,suficientepararecibirtantascomo100.000entradasenunasolaneurona.

Figura1126

Unaneuronatpicadevertebrados.Lasflechasindicanladireccinenlaquesetransmitenlasseales.Elsoloaxnconducelassealesdedistanciadesdeelcuerpocelular,mientrasquelasmltiplesdendritasrecibensealesprocedentesdelosaxonesdeotrasneuronas.Elfinterminalesnerviosas(ms...)

Apesardelavariadaimportanciadelassealestransportadaspordiferentesclasesdeneuronas,la

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formadelasealessiemprelamisma,queconsisteencambiosenelpotencialelctricoatravsdelaneuronamembranaplasmtica.Lacomunicacinseproducedebidoaunaperturbacinelctricaproducidaenunapartedelaclulasepropagaaotraspartes.Talperturbacinsehacemsdbilamedidaqueaumentaladistanciadesufuente,amenosquesegastaenergaparaverlaampliadaamedidaqueviaja.Endistanciascortasestaatenuacinnoesimportantedehecho,muchasneuronaspequeosrealizansussealesdeformapasiva,sinamplificacin.Paralacomunicacinalargadistancia,sinembargo,lapropagacinpasivaesinsuficiente.Porlotanto,lasneuronasmsgrandesempleanunmecanismodesealizacinactiva,queesunadesuscaractersticasmsllamativas.Elimpulsoelctricoquesuperaunciertoumbraldefuerzaprovocaunaexplosindeactividadelctricaquesepropagarpidamentealolargodelamembranaplasmticadelaneuronaysesostienemedianteamplificacinautomticaalolargodelcamino.Estaondaqueviajadeexcitacinelctrica,conocidocomounpotencialdeaccin,oimpulsonervioso,puedellevaraunmensajesinatenuacindesdeunextremodeunaneuronaalaotraavelocidadestangrandescomo100metrosporsegundooms.Lospotencialesdeaccinsonlaconsecuenciadirectadelaspropiedadesdeloscanalesdecationesactivadosporvoltaje,comoveremosacontinuacin.

VoltajedecationesCanalesgenerarpotencialesdeaccinenlasclulaselctricamenteexcitables

Lamembranaplasmticadetodaslasclulasnoelctricamenteexcitablessloneuronas,sinotambinmusculares,endocrinasyhuevoclulascontienecanalesdecationesactivadosporvoltaje,quesonresponsablesdelageneracindelospotencialesdeaccin.Unpotencialdeaccinsedesencadenaporunadespolarizacindelamembranadeplasmaquees,poruncambioenelpotencialdemembranaaunvalormenosnegativo.(Msadelanteveremoscmoestopuedesercausadoporlaaccindeunneurotransmisor.)Enlasclulasnerviosasymuscularesesquelticas,unestmuloquecausasuficientedespolarizacinprovocarpidamentevoltajeNa canalesparaabrir,loquepermiteunapequeacantidaddeNa aentrarenlaclulaabajodesugradienteelectroqumico.Laafluenciadecargapositivadespolarizalamembranaanms,abriendodeestemodomsdeNa canales,queadmitenmsNa iones,causandoanmsladespolarizacin.Esteprocesocontinadeunamaneraautoamplificacinhastaque,enunafraccindeunmilisegundo,elpotencialelctricoenlareginlocaldelamembranasehadesplazadodesuvalordereposodealrededorde70mVacasitanlejoscomoelNa equilibriopotencialdealrededorde50mV(verPanel11.2,p.634).Enestepunto,cuandolafuerzaimpulsoraelectroqumicanetadelflujodeNa escasicero,laclulallegaraaunnuevoestadodereposo,contodassusNacanalespermanentementeabiertas,sielabiertoconformacindelacanalsemantuvieronestables.Laclulasesalvdeunespasmoelctricotalpermanentepordosmecanismosqueactanenconcierto:lainactivacindelaNa canales,ylaaperturadevoltajeK canales.

LosNa canalestienenunmecanismodeinactivacinautomtica,loquehacequeloscanalesparavolveracerrarrpidamenteapesardequelamembranasedespolarizatodava.LosNacanalespermanecenenestainactivadaEstado,incapazdeabrirdenuevo,hastaqueunospocosmilisegundosdespusdelpotencialdemembranahavueltoasuvalorinicialnegativo.ElNa ,portanto,puedeexistircanalentresestadosdistintoscerradas,abiertas,einactivadas.CmocontribuyenalasubidaylacadadelpotencialdeaccinsemuestraenlaFigura1127.

Figura1127

Unpotencialdeaccin.(A)Unpotencialdeaccinsedesencadenaporunbrevepulsodecorriente,que(B)

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despolarizaparcialmentelamembrana,comosemuestraenlatramadepotencialdemembranaenfuncindeltiempo.Lacurvaverdemuestracmoelpotencialdemembranatendrasimplemente(ms...)

Ladescripcinqueacabamosdedardeunpotencialdeaccinserefierenicamenteaunpequeoparchedemembranaplasmtica.Ladespolarizacinautoamplificacindelarevisin,sinembargo,essuficienteparadespolarizarlasregionesvecinasdelamembrana,queluegopasanporelmismociclo.Deestamanera,elpotencialdeaccinsepropagacomounaondadesdeelsitioinicialdedespolarizacinparaimplicaratodalamembranaplasmtica,comosemuestraenlafigura1128.

Figura1128

Lapropagacindeunpotencialdeaccinalolargodeunaxn.(A)Losvoltajesquegrabarseapartirdeunconjuntodeelectrodosintracelularescolocadosaintervalosalolargodelaxn.(B)LoscambiosenlasNa canalesylosflujosactuales(flechasnaranjas)quedan(ms...)

VoltajeK canalesproporcionanunsegundomecanismoenlamayoradelasclulasnerviosasparaayudaratraerelactivadomembranaplasmticamsbruscamentehaciasupotencialnegativooriginal,listoparatransmitirunsegundoimpulso.Estoscanalesabiertos,demodoquelaafluenciatransitoriadeNa estabrumadorpidamenteporunflujodesalidadeK ,queconducerpidamentelamembranavueltahaciaelK equilibriopotencial,inclusoantesdelainactivacindelaNa canalesescompleta.EstosK canalesrespondenacambiosenelpotencialdemembranaenmucholamismamaneraquelosNa canalesdehacer,peroconunacinticaligeramentemslentoporestaraznavecessellamaKretardados canales.

AligualqueelNa canal,voltajeK canalespuedeninactivar.LosestudiosdemutantesKdependientesdevoltaje canalesmuestranquelaNterminalde20aminocidosdelaprotenadecanalsonnecesariosparalarpidainactivacindelcanal.Siestareginsealtera,lacinticadeinactivacindelcanalsehacambiadoysilareginseeliminaporcompleto,lainactivacinesabolida.Sorprendentemente,enesteltimocaso,lainactivacinsepuederestaurarmediantelaexposicindelacaracitoplasmticadelamembranaplasmticaaunpequeopptidosintticocorrespondientealextremoaminoterminalquefalta.EstoshallazgossugierenqueelaminoterminaldecadaunodeK canaldesubunidadesactacomounaboladeatadoqueocluyeelextremocitoplsmicodelaporoprontodespusdequeseabre,inactivandoaselcanal(Figura1129).UnmecanismosimilarsepensparaoperarenlarpidainactivacindevoltajegatedNacanales(quesediscutemsadelante),aunqueunsegmentodiferentedelaprotenapareceestarimplicado.

Figura1129

Elmodelode"bolaycadena"deinactivacinrpidaparaunvoltajeK canal.Cuandosedespolarizaelpotencialdemembrana,elcanalseabreycomienzaaconduciriones.Sisemantieneladespolarizacin,elcanalabiertoadoptauna(ms...)

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+ +

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Elmecanismoelectroqumicodelpotencialdeaccinseestableciporprimeravezporunafamosaseriedeexperimentosllevadosacaboenlosaos1940y1950.Debidoaquetodavanosehabandesarrolladolastcnicasparaelestudiodeeventoselctricosenlasclulaspequeas,losexperimentosexplotaronlasneuronasgigantesenelcalamar.Apesardelosmuchosavancestcnicosrealizadosdesdeentonces,lalgicadelanlisisoriginalcontinasirviendocomomodeloparaeltrabajoactual.Panel113describealgunosdelosexperimentosoriginalesclave.

Panel113

AlgunosexperimentosclsicosdelaGiantSquidAxon.

LamielinizacinAumentalavelocidadyeficaciadelaaccindepropagacinpotencialenlasclulasnerviosas

Losaxonesdemuchasneuronasdevertebradosestnaisladosporunavainademielina,loqueaumentaengranmedidalavelocidadalaqueunaxnpuedellevaracabounpotencialdeaccin.Laimportanciadelamielinizacinsedemuestradramticamenteporlaenfermedaddesmielinizanteesclerosismltiple,enelquelasvainasdemielinaenalgunasregionesdelsistemanerviosocentralsedestruyendondeestoocurre,lapropagacindelosimpulsosnerviososseralentizaengranmedida,amenudoconconsecuenciasdevastadorasneurolgicos.

Lamielinaestformadaporclulasdesoporteespecializadas,llamadasclulasgliales.clulasdeSchwannmielinizanlosaxonesdelosnerviosperifricosyoligodendrocitoslohacenenelsistemanerviosocentral.Estasclulasglialesenvuelvencapasycapasdesupropiamembranaplasmticaenunaespiralapretadaalrededordelaxn(Figura1130),aislanteconellolamembranaaxonalparaquepococorrientepuedefiltrarseatravsdeella.LavainademielinaseinterrumperegularmenteespaciadosnodosdeRanvier,dondecasitodoslosNa seconcentrancanalesenelaxn.Debidoaquelasporcionesensheatheddelamembranaaxonaltienenexcelentespropiedadesdecable(enotraspalabras,secomportanelctricamentemuchocomocablestelegrficossubmarinosbiendiseados),unadespolarizacindelamembranaenunnodocasiinmediatamentesepropagapasivamentealsiguientenodo.Porlotanto,unpotencialdeaccinsepropagaalolargodeunaxnmielinizadossaltandodenodoanodo,unprocesollamado.conduccinsaltatoriaEstetipodeconduccintienedosventajasprincipales:potencialesdeaccinviajanmsrpido,ylaenergametablicaseconservadebidoaquelaexcitacinactivaselimitaalapequeasregionesdelamembranaplasmticaaxonalenlosnodosdeRanvier.

Figura1130

Lamielinizacin.(A)Unaxnmielinizadodeunnervioperifrico.CadacluladeSchwannenvuelvesumembranaplasmticaconcntricamentealrededordelaxnparaformarunsegmentodelavainademielinaalrededorde1mmdelargo.Paramayorclaridad,lascapasdemielinaenestedibujonosemuestran(ms...)

PatchClampprogramaindicaquelosindividualesRecintoCanalesAbrirenuntodoonadaModa

NeuronayplasmticasdeclulasdemsculoesquelticomembranascontienenmuchosmilesdevoltajegatedNa canales,ylacorrientequeatraviesalamembranaeslasumadelascorrientes

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+



quefluyenatravsdetodosellos.Estacorrienteagregadasepuedegrabarconunmicroelectrodointracelular,comosemuestraenlafigura1128.Sorprendentemente,sinembargo,tambinesposiblegrabarcorrientequefluyeatravsdeloscanalesindividuales.Estoseconsiguepormediodelagrabacindepatchclamp,unmtodoqueharevolucionadoelestudiodeionesdecanales,permitiendoalosinvestigadoresexaminartransporteatravsdeunasolamolculadeprotenadecanalenunpequeoparchedemembranaquecubrelabocadeunamicropipeta(figura1131).Conestatcnicasencillaperopoderosa,laspropiedadesdetalladasdeloscanalesinicospuedenserestudiadosentodotipodetiposdeclulas.Estetrabajohaconducidoaldescubrimientodequeinclusolasclulasquenosonelctricamenteexcitableporlogeneraltienenunavariedaddecanalesinicoscerradosensumembranaplasmtica.Muchasdeestasclulas,talescomolevaduras,sondemasiadopequeosparaserinvestigadoporelmtododelaelectrofisilogotradicionaldeempalamientoconunmicroelectrodointracelular.

Figura1131

Latcnicadelagrabacindepatchclamp.Debidoalsellomuyapretadoentrelamicropipetaylamembrana,lacorrientepuedeentrarosalirdelamicropipetasolamentepasandoatravsdeloscanalesenelparchedelamembranaquecubrelapunta.Eltrmino(ms...)

GrabacindepatchclampindicaqueNadependientesdevoltajeindividuales canalesabiertosenformadetodoonada.Lostiemposdeaperturaycierredeuncanalsonalazar,perocuandoestabierto,elcanalsiempretieneelmismogranconductancia,loquepermitemsde1.000ionespasenpormilisegundo.Porlotanto,lacorrientetotaldecruzarlamembranadeunaclulaenteranoindicaelgradoenqueuncanalindividualtpicaesabierta,peromsbienelnmerototaldecanalesensumembranaqueestnabiertosencualquiermomento(Figura1132).

Figura1132

MedicionesdepatchclampparaunsolovoltajeNa canal.Unpequeoparchedelamembranadeplasmafueseparadodeunaclulademsculoderataembrionaria,comoenlafigura1131.(A)Lamembranasedespolarizaporuncambioabruptodepotencial.(B)Tresregistrosactuales(ms...)

Elfenmenodelacompuertadevoltajepuedeserentendidaentrminosdeprincipiosfsicossimples.Elinteriordelaclulaneuronaldereposoomsculoestenunpotencialelctricosobre50100mVmsnegativoqueelmedioexterno.Aunqueestadiferenciadepotencialparecepequea,existeatravsdeunamembranaplasmticasloalrededorde5nmdeespesor,demaneraqueelgradientedevoltajeresultanteesdeaproximadamente100.000V/cm.Lasprotenasenlamembranasonassometidosauncampoelctricomuygrande.Estasprotenas,comotodoslosdems,tienenunaseriedegruposcargados,ascomobonospolarizadasentresusdiferentestomos.Portanto,elcampoelctricoejercefuerzassobrelaestructuramolecular.Paramuchosdemembranaprotenaslosefectosdeloscambiosenelcampoelctricodelamembranasonprobablementeinsignificante,perovoltajedeionesdecanalespuedenadoptarunaseriedeconformacionesalternativascuyasestabilidadesdependerdelaintensidaddelcampo.Nadependientesdevoltaje ,K ,yCa canales,porejemplo,tienenaminocidoscargadospositivamentecaractersticosenunodesussegmentostransmembranaquerespondenala

+

+

+ + 2+



despolarizacinmoviendohaciaelexterior,provocandocambiosconformacionalesquesepuedenabrirelcanal.Cadaconformacinpuede"voltear"aotraconformacinsiselesdaunasacudidasuficienteporlosmovimientostrmicosaleatoriosdelosalrededores,yeslarelativaestabilidaddelasconformacionescerradas,abiertas,yinactivadascontravolteoquesevealteradaporloscambiosenelpotencialdemembrana(vaselaleyendadelafigura1129).

Cincanalesdependientesdevoltajesonevolutivamenteyestructuralmenterelacionados

Na canalesnosonelnicotipodecanalcatinicodependientedevoltajequepuedegenerarunpotencialdeaccin.Lospotencialesdeaccinenalgunosmsculos,huevoclulas,yendocrinos,porejemplo,dependendeCaactivadosporvoltaje canalesenlugardeenNa canales.Porotraparte,Nacerradavoltaje ,K oCa canalesdefuncindesconocidaseencuentranenalgunostiposdeclulasquenormalmentenosonelctricamenteactivo.

Hayunacantidadsorprendentedediversidadestructuralyfuncionaldentrodecadaunadeestastresclases,generadostantopormltiplesgenesyporelcorteyempalmealternativodeARNtranscritosproducidosapartirdelmismogen.Noobstante,losaminocidossecuenciasdelaconocidaNavoltaje ,K yCa canalesmuestransorprendentessimilitudes,loquesugierequetodosellospertenecenaunagransuperfamiliadeevolutivamenteyestructuralmenterelacionadosprotenasycompartenmuchosdelosprincipiosdediseo.ConsiderandoqueelunicelularlevaduraS.cerevisiaecontieneunnicogenquecodificaparaunvoltajegatedK canal,elgenomadelgusanoC.eleganscontiene68genesquecodificandiferentesperorelacionadosKcanales.Estacomplejidadindicaqueinclusounsimplesistemanerviosocomponedeslo302neuronasutilizaungrannmerodediferentesionesdecanalesparacalcularsusrespuestas.

Lossereshumanosqueheredanmutantesgenesquecodificancanalesinicosprotenaspuedensufrirdeunavariedaddenervios,msculos,elcerebro,oenfermedadesdelcorazn,dependiendodedondeelgenseexpresa.LasmutacionesengenesquecodificanvoltajeNa canalesenclulasdelmsculoesqueltico,porejemplo,puedencausarmiotona,unacondicinenlaquelarelajacindelmsculodespusdelacontraccinvoluntariaseretrasaenormemente,causandoespasmosmuscularesdolorosas.Enalgunoscasos,estoesdebidoaqueloscanalesanormalesnoparainactivarnormalmenteComoresultado,Na entradapersistedespusdeunpotencialdeaccinacabadosyreiniciarepetidamentemembranadespolarizacinycontraccinmuscular.Delmismomodo,lasmutacionesqueafectanaNa oK canalesenelcerebropuedencausarepilepsia,dondeelexcesodecoccinsincronizadodegrandesgruposdeclulasnerviosascausarcrisisepilpticas(convulsionesoataques).

Transmisorgatedcanalesinicosconviertenlassealesqumicasenlaselctricasenlassinapsisqumicas

Sealesneuronalessetransmitendeclulaaclulaenlossitiosespecializadosdecontactoconocidocomosinapsis.Elmecanismohabitualdetransmisinesindirecta.Lasclulasestnelctricamenteaisladosunodeotro,laclulapresinpticaestseparadadelaclulapostsinpticaporunaestrechahendidurasinptica.Uncambiodepotencialelctricoenlaclulapresinpticaloactivaparaliberarpequeasmolculasdesealconocidocomoneurotransmisores,quesealmacenanenlamembranaconcerramientovesculassinpticasyliberadoporexocitosis.Elneurotransmisordifunderpidamenteatravsdelahendidurasinpticayprovocauncambioelctricoenlaclulapostsinpticamediantelauninalostransmisoresgatedioncanales(Figura1133).Despusdequeelneurotransmisorsehasecretado,seeliminarpidamente:oesdestruido

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de+2 +

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porenzimasespecficasenlahendidurasinpticaoabsorbidoporlaterminalnerviosaqueliberaoporquerodealasclulasgliales.RecaptacindeestmediadaporunavariedaddeNa portadorasneurotransmisordependientesdeprotenasDeestamanera,losneurotransmisoressonreciclados,permitiendoquelasclulasparamantenersealdaconaltastasasdeliberacin.Eliminacinrpidaaseguratantolaprecisinespacialytemporaldelasealizacinenunasinapsis.Sedisminuyelasposibilidadesdequeelneurotransmisorseinfluirenlasclulasvecinas,ydespejalahendidurasinpticaantesdequesesueltaelsiguientepulsodeneurotransmisor,porloqueelmomentode,eventosdesealizacinrpidosrepetidossepuedecomunicarconprecisinalaclulapostsinptica.Comoveremos,sealizacinatravsdedichassinapsisqumicasesmuchomsverstilyadaptablequeelacoplamientoelctricodirectoatravsdeunionesgapensinapsiselctricas(discutidosenelCaptulo19),quetambinseutilizanporlasneuronasperoenungradomuchomenor.

Figura1133

Unasinapsisqumica.Cuandounpotencialdeaccinllegaalaterminalnerviosaenunaclulapresinptica,estimulaelterminalparaliberarsuneurotransmisor.Lasmolculasdeneurotransmisoresestncontenidasenvesculassinpticasyseliberanalexteriordelaclula(ms...)

CanalesinicosTransmisordependientesestnespecializadosparaconvertirrpidamentelassealesqumicasextracelularesensealeselctricasenlassinapsisqumicas.Loscanalesseconcentranenlamembranaplasmticadelaclulapostsinpticaenlaregindelasinapsisyabrirtransitoriamenteenrespuestaalaunindeneurotransmisoresmolculas,produciendodeestemodounbrevecambiodepermeabilidadenlamembrana(verFigura1133).Adiferenciadeloscanalesdependientesdevoltajeresponsablesdelospotencialesdeaccin,canalesdeltransmisorprivadasonrelativamenteinsensiblesalpotencialdemembranayporlotantonopuedenporsmismosproducirunaexcitacinautoamplificacin.Encambio,producencambioslocalesdepermeabilidad,yporlotantoloscambiosdepotencialdemembrana,queseclasificandeacuerdoalacantidaddeneurotransmisorseliberaenlasinapsisyeltiempoquepersisteall.Unpotencialdeaccinpuedeseractivadodesdeestesitioslosielpotencialdemembranalocalesaumentalosuficienteparaabrirunnmerosuficientedecanalesdecationesdependientesdevoltajecercanasqueestnpresentesenlamismamembranadelacluladiana.

Lassinapsisqumicaspuedenserexcitadorasoinhibidoras

Transmisorgatedioncanalesdifierenentresenvariosaspectosimportantes.Enprimerlugar,comoreceptores,tienenunamuyselectivositiodeuninparaelneurotransmisorqueseliberadelaterminalnerviosapresinptica.Ensegundolugar,comocanales,quesonselectivosencuantoaltipodeionesquedejanpasaratravsdelamembranaplasmtica.estodeterminalanaturalezadelarespuestapostsinpticaneurotransmisoresexcitatorioscanalescatinicosabiertos,causandounaafluenciadeNa quedespolarizalamembranapostsinpticahaciaelpotencialdeumbralparalacoccindeunpotencialdeaccin.neurotransmisoresinhibidores,porelcontrario,yaseaabiertasCl canalesoK canales,yestosuprimelacoccinporloqueesmsdifcilparalasinfluenciasexcitadorasparadespolarizarlamembranapostsinptica.Muchostransmisorespuedenserexcitatoriaseinhibitorias,dependiendodedondesonliberados,loquelosreceptoresqueseunena,ylascondicionesinicasqueseencuentran.Laacetilcolina,porejemplo,puedeexcitaro

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inhibir,enfuncindeltipodeacetilcolinareceptoresseunea.Porlogeneral,sinembargo,laacetilcolina,glutamato,ylaserotoninaseutilizancomotransmisoresexcitatorios,yaminobutricocido(GABA)yglicinaseutilizancomotransmisoresinhibidores.Elglutamato,porejemplo,medialamayoradelasealizacinexcitatoriosenelcerebrodelosvertebrados.

Yahemoshabladodecmolaaperturadecanalesdecationesdespolarizaunamembrana.ElefectodelaaperturadeCl canalespuedeserentendidocomosigue.LaconcentracindeCl esmuchomayorfueradelaclulaqueenelinterior(verlaTabla111,p616.),perosuafluenciaseoponeporelpotencialdemembrana.Dehecho,paramuchasneuronas,elequilibriopotencialdeCl estcercadelpotencialdereposo,oinclusomsnegativa.Porestarazn,laaperturadeClcanalestiendenatamponarelpotencialdemembranacomolamembranacomienzaadespolarizar,cargadamsnegativamenteCl ionesentranenlaclulaycontrarrestarelefecto.Porlotanto,laaperturadeCl canaleshacequeseamsdifcilparadespolarizarlamembranayporlotantoparaexcitarlaclula.LaaperturadeK canalestieneunefectosimilar.Laimportanciadelosneurotransmisoresinhibitoriossedemuestraporlosefectosdelastoxinasquebloqueansuaccin:laestricnina,porejemplo,porlauninalosreceptoresdeglicinayelbloqueodelaaccindelaglicina,provocaespasmosmusculares,convulsionesymuerte.

Sinembargo,notodalasealizacinqumicaenelsistemanerviosooperaatravsdeligandogateddeionesdecanales.Muchasdelasmolculasdesealizacinquesonsecretadasporlasterminalesnerviosas,incluyendounagranvariedaddeneuropptidos,unirsealosreceptoresqueregulancanalesinicossloindirectamente.LosllamadosalaprotenaGvinculadareceptoresyenzimasreceptoresvinculadasediscutenendetalleenelcaptulo15.Mientrasquelasealizacinmediadaporexcitatoriaseinhibitoriasneurotransmisoresvinculantescanalesinicoscerradostransmisorqueesgeneralmenteinmediata,simpleybreve,lasealizacinmediadaporligandosdeuninalosreceptoresvinculadosalaprotenaGyreceptoresligadosaenzimastiendeasermuchomslentoymscomplejo,ydemayorduracinensusconsecuencias.

Laacetilcolinareceptoresenlauninneuromuscularsoncanalesdecationesdeltransmisorcerrada

Elejemplomejorestudiadodeuncanalinicotransmisorprivadaeselreceptordeacetilcolinadelasclulasdelmsculoesqueltico.Estecanalseabretransitoriamenteporlaacetilcolinaliberadadesdeelterminaldelnervioenunauninneuromuscularlaqumicaespecializadasinapsisentreunaneuronamotorayunaclulademsculoesqueltico(Figura1134).Estasinapsissehainvestigadointensamenteporqueesfcilmenteaccesibleaelectrofisiolgicoestudio,adiferenciadelamayoradelassinapsisenelsistemanerviosocentral.

Figura1134

Abajoaumentomicrografaelectrnicadebarridodeunauninneuromuscularenunarana.Semuestralaterminacindeunsoloaxndeunacluladelmsculoesqueltico.(DeJ.DesakieY.Uehara,J.Neurocytol.10:101110,1981.KluwerAcademic(ms...)

Elreceptordelaacetilcolinatieneunlugarespecialenlahistoriadeionesdecanales.Fuelaprimeracanalinicoaserpurificado,elprimeroentenersucompletadeaminocidosdesecuenciadeterminada,elprimeroenserreconstituidafuncionalmenteensintticasdelpidosbicapas,ylaprimeraparalaqueseregistrlasealelctricadeunsolocanalabierto.Sugenfuetambinel

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primerogendelcanalinicoparaserclonadoysecuenciado,yeselnicoligandocanalgatedcuyaestructuratridimensionalhasidodeterminado,aunquearesolucinmoderada.Habaporlomenosdosrazonesparaelrpidoprogresoenlapurificacinycaracterizacindeestereceptor.Enprimerlugar,unainusualmentericafuentedelosacetilcolinaexistereceptoresenlosrganoselctricosdepeceselctricosylosrayos(estosrganossonmsculosdiseadosparaofrecerunagrandescargaelctricaalapresamodificado).Ensegundolugar,ciertasneurotoxinas(talescomobungarotoxina)enelvenenodeciertasserpientesseunenconaltaafinidad(K =10 litros/mol)yespecificidadalreceptoryporlotantosepuedenusarparapurificarporcromatografadeafinidad.bungarotoxinafluorescenteomarcadoradiactivamentetambinsepuedeutilizarparalocalizarycontarlosreceptoresdeacetilcolina.Deestamanera,sehademostradoquelosreceptoresestndensamenteempaquetadosenlaclulamuscularmembranaplasmticaenunauninneuromuscular(alrededorde20.000talesreceptoresporm ),conrelativamentepocosreceptoresenlamismamembranaenotroslugares.

Elreceptordeacetilcolinadelmsculoesquelticosecomponedecincopolipptidostransmembrana,dosdeunaclaseyotrastrespersonas,codificadasporcuatrogenesseparados.Loscuatrogenessonsorprendentementesimilaresensecuencia,loqueimplicaqueevolucionaronapartirdeunnicoancestralgen.Losdospolipptidosidnticosenelpentmerotienencadaunolossitiosdeunindelaacetilcolina.Cuandodosmolculasdeacetilcolinaseunenalapentamricacompleja,inducenuncambioconformacionalqueabreelcanal.Conligandounido,elcanaltodavaparpadeaentreestadosabiertoycerrado,peroahoratieneun90%deprobabilidaddeestarenelestadoabierto.Esteestadocontinahastaquelaconcentracindeacetilcolinasereducedemanerasuficienteporlahidrlisisporunaespecficadelaenzima(acetilcolinesterasa)situadaenlauninneuromuscular.Unavezliberadodesucotadeneurotransmisores,elreceptordelaacetilcolinaserevierteasuestadodereposoinicial.Silapresenciadeacetilcolinapersisteduranteuntiempoprolongadocomoresultadodelaestimulacindelnervioexcesiva,losinactivadecanal(Figura1135).

Figura1135

Tresconformacionesdelreceptordeacetilcolina.Launindedosmolculasdeacetilcolinaabreestecanalinicotransmisorcerrada.Acontinuacin,mantieneunaaltaprobabilidaddeserabiertohastaquelaacetilcolinasehahidrolizado.Enpresenciapersistente(ms...)

Laformageneraldelareceptordeacetilcolinayladisposicinprobabledesussubunidadessehandeterminadoporelectronesmicroscopa(Figura1136).Loscincosubunidadesestndispuestosenunanillo,queformauncanaltransmembranallenodeaguaqueconstadeunporoestrechoatravsdelabicapalipdica,queseensanchaenvestbulosenambosextremos.Losracimosdeaminocidoscargadosnegativamenteencadaextremodelaayudadeporoparaexcluirlosionesnegativosyanimaracualquierpositivodeionesdedimetroinferiora0,65nmparapasaratravs.EltrficonormalconsisteprincipalmentedeNa yK ,juntoconalgodeCa .Porlotanto,adiferenciadeloscanalesdecationesdependientesdevoltaje,comoelK canalsediscutianteriormente,haypocaselectividadentrecationes,ylascontribucionesrelativasdelosdiferentescationesalacorrienteatravsdelcanaldependeprincipalmentedesusconcentracionesyenlasfuerzasimpulsoraselectroqumicos.Cuandolaclulamuscularmembranaestensupotencialdereposo,lafuerzaimpulsoranetadeK escercanoacero,yaqueelgradientedetensincasiequilibraelK gradientedeconcentracinatravsdelamembrana(verPanel112,p.634).Para

un9

2

+ + 2+

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+

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Na ,encontraste,elgradientedetensinyelgradientedeconcentracintantoactanenlamismadireccinparaconducirelionenlaclula.(LomismoesciertoparaelCa ,perolaconcentracinextracelulardeCa esmuchomenorqueladeNa queelCa haceslounapequeacontribucinalacorrientetotalhaciaelinterior.)Porlotanto,laaperturadelaacetilcolinacanalesdelreceptorconduceaunagranafluencianetadeNa (unatasamximadeunos30.000ionesporcanalcadamilisegundo).Estaafluenciacausaunadespolarizacindelamembranaquesealaelmsculosecontraiga,comosediscuteacontinuacin.

Figura1136

Unmodeloparalaestructuradelreceptordelaacetilcolina.Cincosubunidadeshomlogas(,,,,)secombinanparaformarunporoacuosotransmembrana.Elporoestbordeadaporunanillodecincohlicestransmembrana,(ms...)

TransmisorgatedcanalesinicossonunobjetivoprioritarioparaDrogasPsicoactivas

Losionesdecanalesqueseabrendirectamenteenrespuestaalosneurotransmisoresacetilcolina,serotonina,GABA,glicinaycontienensubunidadesquesonestructuralmentesimilares,loquesugierequesonevolutivamenterelacionadosyprobablementeformarporostransmembranadelamismamanera,apesardesuneurotransmisoruninaespecificidadesyselectividadesdeionessondistintos.Estoscanalesparecentenerunaestructurageneralsimilar,encadacaso,formadaporhomlogosdepolipptidossubunidades,loqueprobablementeseensamblancomounpentmeroseasemejaalreceptordeacetilcolina.Canalesinicosglutamatoseconstruyenapartirdeunafamiliadistintadelassubunidadesysecreequeformartetrmeros,comolosK canalesdiscutidosantes.

Paracadatipodetransmisorcerradadeionescanales,formasalternativasdecadatipodesubunidadexisten,yaseacodificadaporgenesdistintosogeneradaporsplicingalternativodelRNAdelmismogenproducto.Estossecombinanendiferentesvariacionesparaformarunconjuntoextremadamentediversodesubtiposdecanalesdistintos,condiferentesligandosafinidades,diferentesconductanciasdecanal,losdiferentestiposdeaperturaycierre,ydiferentessensibilidadesalasdrogasytoxinas.Neuronasdevertebrados,porejemplo,tienenacetilcolinacanalesinicosgatedquedifierendelosdelasclulasmuscularesenqueseformanporlogeneraldedossubunidadesdeuntipoytresdeotroperohayalmenosnuevegenesquecodificanparalasdiferentesversionesdelprimertipodesubunidadyalmenostresdecodificacinparadiferentesversionesdelasegunda,conanmsladiversidaddebidoacorteyempalmedeARNalternativo.Lossubconjuntosdeneuronassensiblesdeacetilcolinaquerealizandiferentesfuncionesenelcerebrosecaracterizanpordiferentescombinacionesdeestassubunidades.Esto,enprincipio,yyaenciertamedida,enlaprctica,hacequeseaposibleeldiseodefrmacosdirigidoscontralosgruposestrechamentedefinidosdeneuronasosinapsis,loqueinfluyeenlasfuncionescerebralesparticularesespecficamente.

Dehecho,transmisorgatedioncanalestienendesdehacemuchotiempohasidounobjetivoimportanteparalasdrogas.Uncirujano,porejemplo,puedehacerquelosmsculosserelajenparalaejecucindelaoperacinmedianteelbloqueodelosacetilcolinareceptoresenlasclulasdelmsculoesquelticoconcurare,unfrmacoapartirdeunaplantaquefueutilizadooriginalmenteporlosindgenassudamericanosparaflechasenvenenadas.Lamayoradelosmedicamentosutilizadoseneltratamientodelinsomnio,laansiedad,ladepresinylaesquizofreniaejercensus

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2+

2+ + 2+

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1.

2.

3.

efectosenlassinapsisqumicas,ymuchosdeellosactanunindosecanalescerradostransmisor.Ambosbarbitricosytranquilizantes,talescomoLibriumyValium,porejemplo,seunenareceptoresGABA,lapotenciacindelaaccininhibidoradeGABA,permitiendoconcentracionesmsbajasdeesteneurotransmisorparaabrirCl canales.Lanuevabiologamoleculardeloscanalesinicos,revelandotantosudiversidadylosdetallesdesuestructura,mantienelaesperanzadedisearunanuevageneracindefrmacospsicoactivosqueactuarnanmsselectivaparaaliviarlasmiseriasdelaenfermedadmental.

Ademsdeionesdecanales,muchosotroscomponentesdelasealizacinsinpticamaquinariasonobjetivospotencialesparadrogaspsicoactivas.Comosesealanteriormente,muchosneurotransmisoresseborrandelahendidurasinpticadespusdelaliberacinporNa impulsadaporlostransportistas.Lainhibicindeunvehculotalprolongaelefectodeltransmisoryporlotantorefuerzalatransmisinsinptica.Muchosmedicamentosantidepresivos,incluyendoProzac,porejemplo,actaninhibiendolarecaptacindeserotoninaotrosinhibenlacaptacindeserotoninaynorepinefrina.

Loscanalesinicossonlosbsicoscomponentesmolecularesdeloscualesseconstruyendispositivosneuronalesparalasealizacinylacomputacin.Paraproporcionarunavisindelosofisticadodelasfuncionesdeestosdispositivospuedenser,consideramosvariosejemplosquedemuestrancmolosgruposdeionescanalesfuncionanjuntosenlacomunicacinsinpticaentrelasclulaselctricamenteexcitables.

TransmisinNeuromuscularimplicalaactivacinsecuencialdecincodiferentesconjuntosdecanalesinicos

Laimportanciadeionesdecanalesparalasclulaselctricamenteexcitablespuedeserilustradaporelsiguienteprocesomedianteelcualunimpulsonerviosoestimulaunaclulademsculosecontraiga.Estaaparentementesencillarespuestarequierelaactivacinsecuencialdealmenoscincogruposdiferentesdeloscanalesinicos,tododentrodeunospocosmilisegundos(Figura1137).

Figura1137

Elsistemadecanalesinicosenlauninneuromuscular.Estoscanalesinicoscerradossonesencialesparalaestimulacindelacontraccindelmsculoporunimpulsonervioso.Losdistintoscanalesestnnumeradosenelordenenqueseactivan,comosedescribeen(ms...)

Elprocesoseiniciacuandoelimpulsonerviosollegaalaterminalnerviosaydespolarizalamembranaplasmticadelaterminal.LadespolarizacintransitoriaabreCavoltajecanalesenestamembrana.AmedidaqueelCa concentracinfueradelasclulasesmsde1000vecesmayorquelalibredeCa concentracindentro,Ca desembocaenelterminalnervioso.ElaumentodeCa concentracinenelcitosoldelaterminalnerviosaprovocalaliberacinlocalizadadeacetilcolinaenlahendidurasinptica.

Ellanzadolaacetilcolinaseunealosreceptoresdeacetilcolinaenlaclulamuscularmembranaplasmtica,abriendotransitoriamenteloscanalesdecationesasociadosconellos.LaafluenciaresultantedeNa causaunadespolarizacindelamembranalocalizada.

LadespolarizacinlocaldelaclulamuscularmembranaplasmticaabrevoltajeNa canales

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de+2

2+

2+ 2+

2+

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5.

enestamembrana,loquepermitemsNa paraentrar,quedespolarizamsalldelamembrana.Esto,asuvez,abrevecinosNavoltaje canalesyresultadosenunadespolarizacinautopropagacin(unpotencialdeaccin)queseextiendeaimplicaratodalamembranaplasmtica(vaselaFigura1128).

LadespolarizacingeneralizadadelaclulamuscularmembranaplasmticaactivaCaactivadosporvoltaje canalesenregionesespecializadas(transversal[T]tbulosdiscutidosenelCaptulo16)deestamembrana.

Esto,asuvez,provocaCa canalesdeliberacinenunareginadyacentedelretculosarcoplsmicomembranaparaabrirtransitoriamenteysuelteelCa almacenadoenelretculosarcoplsmicoenelcitosol.EselaumentorepentinoenlacitoslicadeCa concentracinquehacequelasmiofibrillasenlaclulamuscularsecontraigan.NoestclarocmolaactivacindelosCavoltaje canalesenlamembranatbulosTconducealaaperturadelosCa canalesdeliberacinenlamembranadelretculosarcoplsmico.Lasdosmembranasestnestrechamenteyuxtapuestas,sinembargo,conlosdostiposdecanalesunidoenunaestructuraespecializada(verFigura1674).Esposible,portanto,queuncambiodelatensininducidaenlaconformacindelamembranaplasmticaCa canalseabredirectamenteelCa canaldeliberacinenelretculosarcoplsmicoatravsdeunacoplamientomecnico.

Mientrasquelaactivacindelacontraccinmuscularporunaneuronadelmotorescompleja,unainteraccinanmssofisticadadeionesserequierecanalesparaunaneuronaparaintegrarungrannmerodesealesdeentradaenlassinapsisycalcularunasalidaapropiada,yaqueahoradiscutimos.

Lasneuronasindividualessondispositivoscomplejoclculo

Enelsistemanerviosocentral,unasolaneuronapuederecibiraportacionesdemilesdeotrasneuronas,ypuedeasuvezsinapsisenmuchosmilesdeotrasclulas.Variosmilesdeterminalesnerviosas,porejemplo,hacensinapsisenunaneuronapromediomotorenlamdulaespinalsucuerpocelularydendritasestncasicompletamentecubiertosconellos(Figura1138).Algunasdeestassinapsistransmitensealesdelcerebroolamdulaespinalotrostraenlainformacinsensorialdelosmsculosodelapiel.Laneuronamotoradebecombinarlainformacinrecibidadetodasestasfuentesyreaccionaryaseaporeldisparodepotencialesdeaccinalolargodesuaxnoalpermanecerensilencio.

Figura1138

Uncuerpocelulardelaneuronamotoradelamdulaespinal.(A)Muchosmilesdeterminalesnerviosassinapsisenelcuerpocelularydendritas.Estosentregansealesdeotraspartesdelorganismoparacontrolareldisparodepotencialesdeaccinalolargodelaxnnicodeesta(more...)

Delasmuchassinapsisenunaneurona,algunostiendenaexcitar,otrosqueinhiben.Neurotransmisorliberadoaunexcitadorsinapsisprovocaunapequeadespolarizacinenelpostsinpticamembranallamadounpotencialpostsinpticoexcitatorio(PSPexcitatorios),mientrasneurotransmisorliberadoenunasinapsisinhibidorageneralmentecausaunapequea

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2+

2+

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2+



hiperpolarizacinllamaunaPSPinhibidor.LamembranadeladendritasycuerpocelulardelamayoradelasneuronascontieneunadensidadrelativamentebajadevoltajedeNa canales,yunexcitadorPSPindividuoesgeneralmentedemasiadopequeasparadesencadenarunpotencialdeaccin.Enlugardeello,cadasealdeentradasereflejaenunaPSPlocaldelamagnitudgraduada,quedisminuyeconladistanciadesdeelsitiodelasinapsis.Silassealesllegansimultneamenteenvariassinapsisenlamismaregindelrboldendrtico,laPSPtotalenesebarriosermsomenoslasumadelosPSPindividuales,conPSPinhibitoriosquehacenunacontribucinnegativaalatotal.LasPPMdecadabarrioextiendenpasivamenteyconvergenenelcuerpodelaclula.Debidoaqueelcuerpodelaclulaespequeoencomparacinconelrboldendrtico,supotencialdemembranaesmsomenosuniformeyesuncompuestodelosefectosdetodaslassealesqueincidenenlaclula,ponderadosdeacuerdoconlasdistanciasdelassinapsisdesdeelcuerpocelular.LaPSPcombinadodelcuerpodelaclulaporlotantorepresentaunasumaespacialdetodoslosestmulosquesereciben.Silasentradasexcitadoraspredominan,elcombinadodePSPesunadespolarizacinsilasentradasinhibidoraspredominan,porlogeneralesunahiperpolarizacin.

Considerandoquelasumacinespacialcombinalosefectosdelassealesrecibidasendiferentessitiosenlamembrana,sumacintemporalcombinalosefectosdelassealesrecibidasendiferentesmomentos.SiunpotencialdeaccinllegaaunasinapsisydesencadenaneurotransmisordeliberacinantesdeunaPSPanteriorenlasinapsissehadesintegradoporcompleto,elsegundoPSPaadealacolarestantedelaprimera.Simuchospotencialesdeaccinlleganenrpidasucesin,cadaunodePSPseaadealacoladelaPSPanterior,hastallegaraungranPSPpromediosostenidocuyamagnitudreflejalatasadedisparodelaneuronapresinptica(Figura1139).Estaeslaesenciadelasumatemporal:setraducelafrecuenciadelassealesentrantesenlamagnituddeunPSPred.

Figura1139

Elprincipiodesumacintemporal.Cadapotencialdeaccinpresinpticallegaraunasinapsisproduceunpequeopotencialpostsinptico,oPSP(lneasnegras).Cuandolospotencialesdeaccinsucesivoslleganalmismosinapsis,cadaPSPprodujoaadealacola(ms...)

Sumatemporalyespacialenconjuntoproporcionanlosmediosporloscualeslastasasdedespidodemuchasneuronaspresinpticascontrolanconjuntamenteelpotencialdemembranaenelcuerpodeunasolaclulapostsinptica.Elpasofinalenelclculoneuronalhechaporlaclulapostsinpticaeslageneracindeunasalida,porlogeneralenformadepotencialesdeaccin,paratransmitirunasealaotrasclulas.LasealdesalidareflejalamagnituddelaPSPenelcuerpodelaclula.MientrasquelaPSPesunavariablegraduadadeformacontinua,sinembargo,lospotencialesdeaccinsonsiempredetodoonadaydetamaouniforme.Lanicavariableenlasealizacindelospotencialesdeaccineselintervalodetiempoentreunpotencialdeaccinylasiguiente.Paralatransmisinalargadistancia,lamagnituddelaPSP,porlotantosetraduce,ocodificado,enlafrecuenciadedisparodepotencialesdeaccin(Figura1140).Estacodificacinseconsiguemedianteunconjuntoespecialdegatedioncanalesqueestnpresentesenaltadensidadenlabasededelaaxn,adyacentealcuerpodelaclula,enunareginconocidacomoelaxn(verFigura1138).

+



Figura1140

LacodificacindelaPSPcombinadoenformadelafrecuenciadedisparodepotencialesdeaccinporunaxn.Unacomparacinde(A)y(B)muestracmolafrecuenciadedisparodeunaxnaumentaconunaumentoenlaPSPcombinado,mientrasque(C)seresumengeneral(ms...)

NeuronalComputacinrequiereunacombinacindealmenostresclasesdeKCanales

Hemosvistoquelaintensidaddelaestimulacinrecibidaporunaneuronasedeterminaparatransmisinalargadistanciaporlafrecuenciadepotencialesdeaccinquelosfuegosdelaneurona:msfuerteeslaestimulacin,mayoreslafrecuenciadepotencialesdeaccin.Lospotencialesdeaccinseinicianenelaxnloma,unareginnicadecadaneuronadondevoltajeNa canalessonabundantes.Peroparallevaracabosufuncinespecialdecodificacin,lamembranadelaxntambincontienealmenosotrascuatroclasesdeiontrescanalesselectivosparaK yunselectivoparaCa .LastresvariedadesdeK canalestienendiferentespropiedadesnosreferiremosaelloscomoelretraso,latempranaylaCa activadosporKcanales.

Paraentenderlanecesidaddemltiplestiposdecanales,considereprimeroqupasarasilosnicosdependientesdevoltajedeionesdecanalespresentesenlaclulanerviosafueronlosdeNacanales.Pordebajodeunciertonivelumbraldeestimulacinsinptica,ladespolarizacindela

axnlomamembranaserainsuficienteparadesencadenarunpotencialdeaccin.Conelaumentogradualdelaestimulacin,elumbralsecruz,losNa canalesabriran,yunpotencialdeaccindisparara.ElpotencialdeaccinseterminaradelamanerahabitualporlainactivacindelasNacanales.Antesdeotropotencialdeaccinpudieradisparar,estoscanalestendranque

recuperarsedesuinactivacin.Peroesorequeriraunretornodelatensindelamembranaaunvalormuynegativo,loquenoocurrirasiempreycuandoelfuerteestmulodespolarizante(dePSP)semantuvo.Senecesitauntipodecanaladicional,porlotanto,pararepolarizarlamembranadespusdecadapotencialdeaccinparaprepararlaclulaparadisparardenuevo.

EstatareasellevaacaboporelretrasoenK canalesdiscutidospreviamenteenrelacinconlapropagacindelpotencialdeaccin(vasep.639).Sondependientesdevoltaje,perodebidoasuscinticamslentaqueabrenslodurantelafasedescendentedelpotencialdeaccin,cuandolosNa canalesestninactivos.SuaperturapermiteunflujodesalidadeK queimpulsalamembranavueltahaciaelK equilibriopotencial,queestannegativaquelosNa canalesserecuperanrpidamentedesuestadoinactivado.LarepolarizacindelamembranatambinhacequeelKretardada canalesparacerrar.ElaxnaltozanoSehaconfiguradodemaneraqueelestmulodespolarizantedeentradassinpticaspuededispararotropotencialdeaccin.Deestamanera,sostenidaestimulacindelasdendritasycuerpocelularconducealadescargarepetitivadelaxn.

Ladescargarepetitivaensmisma,sinembargo,noessuficiente.Lafrecuenciadelacoccintienequereflejarlaintensidaddelaestimulacin,yunsencillosistemadeNa yretardadoscanalesdeK canalesesinadecuadaparaestepropsito.Pordebajodeundeterminadoumbraldeestimulacinconstante,laclulanosedispararenabsolutoporencimadeeseniveldeumbral,serbruscamentecomenzaradispararaunavelocidadrelativamenterpida.LosprimerosK

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canalesresuelvenelproblema.Estostambinsondependientesdevoltajeyabiertacuandolamembranasedespolariza,perosusensibilidadylacinticadeinactivacinvoltajeespecficosontalesqueactanparareducirlatasadedispararanivelesdeestimulacinquesloestnjustoporencimadelumbralrequeridoparalacoccin.Porlotanto,eliminanladiscontinuidadenlarelacinentrelatasadedisparosylaintensidaddelaestimulacin.Elresultadoesunatasadedisparoqueesproporcionalalafuerzadelestmulodespolarizantesobreunagamamuyamplia(verFigura1140).

Elprocesodecodificacinesgeneralmentemsmoduladoporlosotrosdostiposdeionesdecanalesenelaxnlomaquesemencionaronalprincipio,Cavoltaje canalesyCaactivadosporK canales.Ellosactanjuntosparadisminuirlarespuestadelaclulaauninmutable,prolongadaestimulacindeunprocesollamadodeadaptacin.EstosCa canalessonsimilaresaladeCa canalesquemedianlaliberacindeneurotransmisordesdelasterminalesaxnicaspresinpticasseabrencuandounpotencialdeaccinincendios,transitoriamentepermitiendoCa enelaxn.

ElCa activadoporK canalestantoestructuralcomofuncionalmentediferentedecualquieradelostiposdecanaldescritosanteriormente.SeabreenrespuestaaunaconcentracinelevadadeCa enlacaracitoplasmticadelaclulanerviosamembrana.Supongamosqueunfuerteestmulodedespolarizacinseaplicadesdehacemuchotiempo,loqueprovocunalargaseriedepotencialesdeaccin.CadapotencialdeaccinpermiteunabreveafluenciadeCa atravsdelasCaactivadosporvoltaje canales,demodoqueelintracelulardeCa concentracinconstruyegradualmentehastaunnivellosuficientementealtocomoparaabrirlasCa activadosporK canales.DebidoaqueelaumentodelapermeabilidadresultantedelamembranaaK delamembranahacemsdifcilparadespolarizar,aumentaelretardoentreunpotencialdeaccinylasiguiente.Deestamanera,unaneuronaqueseestimulacontinuamenteduranteunperodoprolongadosevuelvegradualmentemenossensiblealestmuloconstante.

Dichaadaptacin,quetambinpuedeproducirseporotrosmecanismos,permiteunaneuronadehecho,elsistemanerviosogeneralmentereaccionarsensiblementeacambiar,inclusoencontradeunaltoniveldefondodelaestimulacinconstante.Esunadelasestrategiasquenosayudan,porejemplo,sentirunligerotoqueenelhombroy,sinembargoignorarlapresinconstantedenuestraropa.Sediscutelaadaptacincomounacaractersticageneralenlosprocesosdesealizacincelularenmsdetalleenelcaptulo15.

Otrasneuronashacendiferentesclculos,reaccionandoasusentradassinpticasenmilesdeformas,loquereflejalosdiferentessurtidosdelosmiembrosdelosdiferentescanalesdeionesfamiliasqueresidenensusmembranas.Hay,porejemplo,almenoscincotiposconocidosdeCaactivadosporvoltaje canalesenelsistemanerviosodelosvertebradosyalmenoscuatrotiposconocidosdevoltajegatedK canales.Lamultiplicidaddegenespermiteevidentementeparaunagrancantidaddediferentestiposdeneuronas,cuyocomportamientoelctricoestadaptadoespecficamentealastareasespecficasquedebenrealizar.

Unadelaspropiedadesfundamentalesdelsistemanerviosoessucapacidaddeaprenderyrecordar,queparecedependerengranmedidadeloscambiosalargoplazoenlassinapsisespecficas.Terminamosestecaptuloconsiderandounnotabletipodecanalinicoquesecreequetieneunpapelespecialenalgunasformasdeaprendizajeylamemoria.Seencuentraenmuchassinapsisenelsistemanerviosocentral,dondeestcerradaporlatensinyelexcitatorioneurotransmisorglutamato.Tambinesellugardeaccindelafenciclidinadrogapsicoactiva,opolvodengel.

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Lapotenciacinalargoplazo(LTP)enelhipocampodemamferosDependedeCa entradaatravsdeloscanalesdelreceptorNMDA

Prcticamentetodoslosanimalespuedenaprender,perolosmamferosparecenaprenderexcepcionalmentebien(oesonosgustarapensar).Enelcerebrodeunmamfero,lareginllamadaelhipocampodesempeaunpapelespecialenelaprendizaje.Cuandosedestruyeenambosladosdelcerebro,lacapacidaddeformarnuevosrecuerdosesengranparteperdido,aunquelasmemoriasdelargadataanteriorespermanecen.Enconsecuencia,algunassinapsisenelhipocampomuestranmarcadasalteracionesfuncionalesconelusorepetido:mientrasquelospotencialesdeaccinnicoocasionalesenlasclulaspresinpticasnodejarrastroduradero,unacortarfagadedisparorepetitivocausaspotenciacinalargoplazo(LTP),deformaqueposteriormentelospotencialesdeaccinindividualesenlasclulaspresinpticasevocarunarespuestamuchomayorenlasclulaspostsinpticas.Elefectodurahoras,dasosemanas,deacuerdoconelnmeroylaintensidaddelasrfagasdedescargarepetitiva.SlolassinapsisqueseactivaronexhibicinLTPsinapsisquehanpermanecidotranquilaenlamismaclulapostsinpticanosevenafectados.Sinembargo,mientrasquelaclulaestrecibiendounarfagadeestimulacinrepetitivaatravsdeunconjuntodesinapsis,siunasolapotencialdeaccinseentregaenotrasinapsisensusuperficie,estaltimasinapsistambinsesometeraLTP,apesardequeunsolopotencialdeaccinentregadoallaotratiemponodejaratalrastroduradero.

LareglaquesubyaceentalessinapsispareceserqueLTPseproduceencualquierocasinenqueunincendiosclulapresinptica(unaoms)enunmomentoenelpostsinpticamembranasedespolarizafuertemente(yaseaatravsrecientededisparorepetitivodelamismaclulapresinpticaoporotrosmedios).Estareglareflejaelcomportamientodeunaclaseparticulardeionesdecanalesenlamembranapostsinptica.Elglutamatoeselprincipalexcitatorioneurotransmisorenelmamferodelsistemanerviosocentral,yloscanalesinicosglutamatoeselmscomndetodosloscanalesdeltransmisordependientesenelcerebro.Enelhipocampo,comoentodaspartes,lamayoradeladespolarizacinactualresponsabledelosPSPexcitadoresserealizaporcanalesinicosglutamatoqueoperanenlaformaestndar.Perolacorrientetiene,adems,unsegundoymsintrigantecomponente,queestmediadaporunasubclaseseparadadeloscanalesinicosglutamatoconocidoscomoreceptoresdeNMDA,llamadoasdebidoaqueseactivanselectivamenteporelanlogodeglutamatoartificialNmetilDaspartato.LosNMDAdelreceptordecanalesestndoblementecerrada,abrirslocuandosecumplendoscondicionessimultneamente:elglutamatodebeserunidoalreceptor,ylamembranadebenestarfuertementedespolarizaron.SerequierequelasegundacondicinparalaliberacindelaMg quenormalmentebloqueaelcanaldedescanso.EstosignificaquelosreceptoresNMDAestnnormalmentesloactivancuandoloscanalesinicosglutamatoconvencionalesseactivantambinydespolarizanlamembrana.LosreceptoresNMDAsoncrticosparalaLTP.Cuandosebloqueanselectivamenteconuninhibidorespecfico,LTPnoseproduce,apesardequelatransmisinsinpticanormalcontina.Unanimaltratadoconesteinhibidorexhibedficitsespecficosensuscapacidadesdeaprendizaje,perosecomportacasinormalmentelocontrario.

CmolosreceptoresNMDAmedianunefectotannotable?Larespuestaesqueestoscanales,cuandoestabierta,sonaltamentepermeablesalCa ,queactacomomediadorintracelularenlaclulapostsinptica,desencadenandounacascadadecambiosquesonresponsablesdelaLTP.Porlotanto,seevitacuandoLTPCa nivelessemantienenartificialmentebajoenlaclulapostsinpticamediantelainyeccindelaCa quelanteEGTAenellaypuedenserinducidosporaumentarartificialmenteintracelulardeCa niveles.Entreloscambiosalargoplazoqueaumentanlasensibilidaddelaclulapostsinpticaalglutamatoeslainsercindenuevosreceptores

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deglutamatoconvencionalesenlamembranaplasmtica(Figura1141).Laevidenciatambinindicaqueloscambiospuedenproducirseenlaclulapresinptica,as,demodoqueliberamsdeglutamatodelonormalcuandoseactivaposteriormente.

Figura1141

Loseventosdesealizacinenlapotenciacinalargoplazo.Aunquenosemuestra,laevidenciasugierequeloscambiostambinpuedenocurrirenlosterminalesnerviosospresinpticosenLTP,quepuedeserestimuladaporlassealesretrgradodesdelaclulapostsinptica.

HayevidenciadequelosreceptoresdeNMDAtienenunpapelimportanteenelaprendizajeyfenmenosrelacionadosenotraspartesdelcerebro,ascomoenelhipocampo.Enelcaptulo21vemos,porotraparte,quelosreceptoresNMDAtienenunpapelcrucialenelajustedelpatrnanatmicodelasconexionessinpticasenlaluzdelaexperienciaadquiridaduranteeldesarrollodelsistemanervioso.

Porlotanto,neurotransmisoresliberadosenlassinapsis,ademsdelatransmisindesealeselctricastransitorias,puedentambinalterarlasconcentracionesdelosmediadoresintracelularesquedanlugaracambiosduraderosenlaeficaciadelatransmisinsinptica.Sinembargo,todavanoestclarocmoestoscambiosperdurandurantesemanas,mesesotodalavidaenlafazdelarotacinnormaldeloscomponentescelulares.

AlgunosdeloscanalesinicosfamiliasquehemosdiscutidoseresumenenlaTabla112.

Tabla112

AlgunasfamiliasIonChannel.

Resumen

Loscanalesinicosformanacuosasporosatravsdelabicapalipdicaypermitenquelosionesinorgnicosdetamaoycargaapropiadaparacruzarlamembranahaciaabajosusgradienteselectroqumicosatasasdeaproximadamente1000vecesmayoresqueloslogradosporcualquierportadorconocido.Loscanalesestn"cerradas"yporlogeneralabrentransitoriamenteenrespuestaaunaperturbacinespecficadelamembrana,talcomouncambioenelpotencialdemembrana(canalesactivadosporvoltaje)olaunindeunneurotransmisor(canalesdeltransmisorgated).

K canalesdefugasselectivostienenunpapelimportanteenladeterminacindelpotencialdemembranaenreposoatravsdelamembranaplasmticaenlamayoradelasclulasanimales.Canalescatinicosactivadosporvoltajesonresponsablesdelageneracindepotencialesdeaccindeautoamplificacinenclulaselctricamenteexcitables,talescomoneuronasyclulasdelmsculoesqueltico.Transmisorgatedioncanalesconviertenlassealesqumicasalassealeselctricasenlassinapsisqumicas.Neurotransmisoresexcitadores,talescomolaacetilcolinayelglutamato,loscanalesdecationestransmisorbloqueadosabiertosyporlotantosedespolarizanlamembranapostsinpticahaciaelniveldeumbralparalacoccindeunpotencialdeaccin.Neurotransmisoresinhibitorios,comoelGABAyglicina,abiertatransmisorcerradaCl oKcanalesyconellosuprimendisparandomanteniendolamembranapostsinpticapolarizado.Unasubclasedeloscanalesinicosglutamato,denominadoNMDAdelreceptordecanales,son

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altamentepermeablesalCa ,quepuedendesencadenarloscambiosalargoplazoenlassinapsisquesecreequeparticipanenalgunasformasdeaprendizajeylamemoria.

Loscanalesinicostrabajanjuntasencomplejasformasdecontrolarelcomportamientodelasclulaselctricamenteexcitables.Unaneuronatpica,porejemplo,recibemilesdeentradasexcitadoraseinhibidoras,quesecombinanmediantelasumaespacialytemporalparaproducirunpotencialpostsinptico(PSP)enelcuerpodelaclula.LamagnituddelaPSPsetraduceenlatasadedisparodepotencialesdeaccinporunamezcladecanalesdecationesenlamembranadelaaxnloma.

Poracuerdoconeleditor,estelibroesaccesibleporlafuncindebsqueda,peronosepuedeexaminar.

Derechosdeautor2002,BruceAlberts,AlexanderJohnson,JulianLewis,MartinRaff,KeithRoberts,yPeterWalterCopyright1983,1989,1994,BruceAlberts,DennisBray,JulianLewis,MartinRaff,KeithRobertsyJamesD.Watson.

EstanteraID:NBK26910

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Canales Iónicos y Las Propiedades Eléctricas de Las Membranas - Biología Molecular de La Célula - NCBI Biblioteca