El potencial de acción

Original source: https://webspace.ship.edu/cgboer/actionpot.html

C. George Boeree

El movimiento de una señal a través de la neurona y su axón tiene que ver con iones . Un ion es una partícula cargada, como Na+, el ion sodio. Tiene carga positiva porque le falta un electrón. Otros iones, por supuesto, tienen carga negativa.

Las células tienen membranas compuestas de moléculas de lípidos (grasas) e impiden que la mayoría de las cosas entren o salgan de la célula. Pero por toda la membrana celular hay proteínas que sobresalen a ambos lados de la membrana celular. Algunos de estos son canales iónicos .

canal iónico
La mayoría de los canales iónicos simplemente permiten que los iones entren o salgan de la célula. Cuando dibujamos diagramas, normalmente imaginamos estos canales como si fueran pequeños agujeros en la membrana celular. Son, como decía, proteínas realmente complejas. Cuando un ion se adhiere a una de estas proteínas, la proteína cambia de forma y, al hacerlo, transporta el ion al otro lado de la membrana, donde se libera. La tendencia normal es que todo dentro y fuera de una célula se equilibre de esta manera: si hay demasiada sustancia química en un lado, fluye hacia el otro, hasta que haya un equilibrio; Si hay demasiados iones positivos o negativos en un lado, tienden a moverse hacia el otro lado, hasta que haya un equilibrio.

Algunos canales se llaman puertas . Pueden, dependiendo de su entorno, abrirse o cerrarse. Para algunos, es una cuestión de qué químicos se adhieren a una parte de la puerta. Para otros, es un cambio en el equilibrio positivo-negativo lo que hace que se abran o cierren. En la neurona, existen muchas puertas de este tipo, incluidas las puertas de sodio y las puertas de potasio. Ambos responden a cambios de equilibrio positivo-negativo.

 
cerrado abierto
Un ejemplo de puerta química son los sitios receptores en las dendritas de una neurona: cuando una sustancia química llamada neurotransmisor se adhiere a un punto de la puerta, la puerta se abre para permitir que los iones de sodio ingresen a la célula.

 
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Otros canales iónicos se llaman bombas . Utilizan la energía suministrada por la célula para bombear iones dentro o fuera de la célula, por la fuerza, por así decirlo. Los mejores ejemplos son las bombas de sodio y potasio en las membranas de las neuronas. Estas bombas empujan los iones de sodio fuera de la célula y los iones de potasio (K+) hacia el interior de la célula. En realidad, mantienen un desequilibrio de estos químicos.

bomba de iones
Si estás alerta, notarás que tanto los iones de sodio como los de potasio son positivos. En realidad, las neuronas tienen una carga negativa bastante fuerte en su interior, en contraste con una carga positiva en el exterior. Esto se debe a otras moléculas llamadas aniones . Están cargados negativamente, pero son demasiado grandes para salir por cualquier canal. Se quedan quietos y le dan a la celda una carga negativa en su interior.

Entonces, cuando un axón está en reposo, los aniones le dan una carga negativa, las bombas de sodio mantienen el sodio afuera y el potasio adentro, y las puertas del sodio y del potasio están todas cerradas. Debido a la diferencia positiva-negativa entre el interior y el exterior, este estado de reposo se denomina potencial de reposo . La palabra potencial se refiere al hecho de que aquí existe un potencial de cambio. Usamos el mismo término para referirnos a una batería que simplemente está allí, no conectada a nada: también tiene un potencial de reposo.

Cuando los cambios que se producen en las membranas de las dendritas y en el cuerpo de la célula llegan al axón, las puertas del sodio responden: algunas de ellas se abren y dejan entrar iones de sodio, de modo que el interior empieza a volverse menos negativo. Si esto alcanza un cierto nivel, llamado umbral , más puertas de sodio responden y dejan entrar más iones…

Entonces tenemos lo que se llama potencial de acción : un intercambio en movimiento de iones que se extiende a lo largo del axón. Entran tantos iones de sodio que, durante muy poco tiempo, la diferencia entre el exterior y el interior de la célula se invierte: el interior es positivo y el exterior negativo.

Entonces la situación cambia: las puertas del sodio se cierran y las puertas del potasio se abren. El potasio sale rápidamente de la celda, lo que hace que la carga dentro de la celda regrese a donde estaba: negativa por dentro, positiva por fuera.

Sin embargo, observe que el sodio ahora está dentro de la célula y el potasio afuera, es decir, están en los lugares equivocados. Entonces, las bombas de sodio-potasio vuelven a funcionar y bombean el sodio nuevamente y el potasio nuevamente , y las cosas vuelven al punto de partida.

Ahora bien, todo esto sucede en un pequeño segmento del axón a la vez: el sodio entra en la sección uno; eso hace que el potasio empiece a salir en la sección uno y que el sodio empiece a entrar en la sección dos ; eso a su vez hace que el potasio salga en la sección dos y el sodio entre en la sección tres ; y así sucesivamente, como una fila de fichas de dominó cayendo.

En este pequeño gráfico, que representa un axón, el rojo representa el sodio que entra y el naranja representa el potasio que sale:

La vaina de mielina que rodea muchos axones acelera considerablemente este proceso: en lugar de que un pequeño segmento desencadene la acción en el siguiente segmento, los cambios “salta” de un espacio en la vaina al siguiente. Esto se llama conducción saltatoria , de la palabra latina que significa “salto” (también se ve en palabras como salto mortal).

Cuando el potencial de acción alcanza la terminación del axón, hace que otro ion (calcio, Ca++) entre en la célula, lo que a su vez hace que las vesículas (las pequeñas burbujas llenas de neurotransmisores) liberen su contenido en la brecha sináptica… …

Increíble, ¿no?