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Potencial de acción

Educación secundaria superiorBiologíaModelo de Hodgkin-Huxley del axón gigante del calamar: corrientes de sodio, potasio y fuga a través de canales dependientes del voltaje

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Acerca de este experimento

Cada pensamiento y cada latido del corazón dependen de los potenciales de acción: breves picos de voltaje que recorren a toda velocidad las células nerviosas y musculares. En reposo, el interior de una neurona tiene un potencial unos 65 mV más negativo que el exterior. Un pequeño estímulo apenas produce efecto, pero cuando el voltaje supera un umbral, los canales de sodio se abren de golpe, entra sodio y el interior se vuelve positivo durante un milisegundo, antes de que los canales de potasio restablezcan el potencial. Estimula el axón gigante del calamar estudiado por Hodgkin y Huxley, encuentra el umbral, examina el período refractario y bloquea los canales con toxinas.

Objetivos de aprendizaje

  • Describe el potencial de reposo y los cambios de voltaje durante un potencial de acción
  • Explica la despolarización y la repolarización en función de los canales de sodio y potasio
  • Explica el carácter de todo o nada del potencial de acción y el concepto de umbral
  • Explica el período refractario y por qué hace que los impulsos se propaguen en una sola dirección
  • Predice el efecto de los fármacos y las toxinas que bloquean los canales iónicos

Cómo usarlo

  1. 1Pulsa «Por debajo del umbral» y luego «Justo por encima del umbral». Compara las dos curvas. ¿Hay un potencial de acción de la mitad de tamaño?
  2. 2Aumenta la corriente del estímulo de 8 a 30 µA/cm². ¿Aumenta el tamaño del potencial de acción?
  3. 3Cambia el gráfico inferior a «Conductancias». ¿Qué canales se abren primero, los de sodio o los de potasio? ¿Cuáles se cierran primero?
  4. 4Pulsa «Dos pulsos rápidos». ¿Por qué el segundo pulso no provoca un potencial de acción? Aumenta el intervalo entre los pulsos hasta que lo provoque.
  5. 5Bloquea los canales de sodio paso a paso. ¿En qué momento dejan de producirse potenciales de acción?
  6. 6En su lugar, bloquea los canales de potasio. ¿Cómo cambia la forma del potencial de acción?

El modelo

Ecuación de Hodgkin-Huxley para el voltaje de membrana
Cada compuerta se abre y se cierra a velocidades que dependen del voltaje (la misma forma para h y n)
Ecuación de Nernst para el potencial de equilibrio de cada ion

Supuestos

  • Un pequeño fragmento de membrana del axón gigante del calamar a 6,3 °C, con las ecuaciones de velocidad originales de 1952 ajustadas para que el potencial de reposo sea de −65 mV.
  • E_Na = +50 mV y E_K = -77 mV. Las concentraciones de iones no cambian durante unos pocos potenciales de acción.
  • Las ecuaciones se resuelven mediante un método de Runge-Kutta de cuarto orden, con pasos de 0,01 ms. El parche es uniforme, por lo que aquí el impulso no se propaga a lo largo de un axón.
  • Bloquear una proporción de los canales reduce la conductancia máxima en esa misma proporción, como hacen la TTX y el TEA.

Pruébalo en clase

  1. Q1Explique por qué el interior de la membrana se vuelve positivo en el pico del potencial de acción.
  2. Q2¿Por qué el pico nunca puede superar E_Na?
  3. Q3¿Por qué un estímulo más intenso no produce un potencial de acción mayor? ¿Cómo codifica entonces el sistema nervioso un estímulo más intenso?
  4. Q4Durante el período refractario absoluto, ningún estímulo puede desencadenar un nuevo potencial de acción. ¿Qué compuerta es responsable?
  5. Q5Los peces globo contienen tetrodotoxina (TTX). Explique por qué comer un pez globo mal preparado puede impedir que una persona respire.

Preguntas frecuentes

¿Qué significan m, h y n?

Representan la proporción de compuertas abiertas. m es la compuerta de activación rápida del canal de sodio, h es su compuerta de inactivación más lenta y n es la compuerta de activación del canal de potasio. Un canal de sodio solo conduce cuando sus tres compuertas m están abiertas y su compuerta h no está cerrada.

¿Por qué los calamares?

El axón gigante del calamar mide hasta 1 mm de diámetro, lo bastante ancho para que Hodgkin y Huxley introdujeran un cable en su interior en la década de 1940. Sus mediciones les valieron el Premio Nobel de 1963, y sus ecuaciones siguen siendo fundamentales para la neurociencia actual.

¿Por qué el voltaje cae por debajo del potencial de reposo después del pico?

Los canales de potasio se cierran lentamente, así que durante unos milisegundos hay más abiertos que en reposo. El voltaje se acerca más a E_K, que es más negativo que el potencial de reposo. Esta caída por debajo del nivel normal se llama hiperpolarización.