1 UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA LABORATORIO DE FÍSICA GENERAL II PRÁCTICA: POTENCIAL DE REPOSO HORARIO: Miércoles 8 – 10 am PROFESOR: Prof. Jorge Huayta Puma Fecha de entrega: 11 de Noviembre del 2015 INTEGRANTES CÓDIGO Valdiviano Toyco, Stefanny Fiorella 15100111 Vera Choqueccota, Lucero Samira 15100120
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA
LABORATORIO DE FÍSICA GENERAL II
PRÁCTICA:
POTENCIAL DE REPOSO
HORARIO: Miércoles 8 – 10 am
PROFESOR: Prof. Jorge Huayta Puma
Fecha de entrega: 11 de Noviembre del 2015
INTEGRANTES CÓDIGO
Valdiviano Toyco, Stefanny Fiorella 15100111
Vera Choqueccota, Lucero Samira 15100120
2
Contenido
INTRODUCCION ............................................................................................... 3
OBJETIVOS ....................................................................................................... 4
MATERIALES Y EQUIPOS .................................................................................. 5
MARCO TEORICO ............................................................................................. 6
DETALLES EXPERIMENTALES............................................................................ 8
RESULTADOS ................................................................................................. 15
DISCUSION DE RESULTADOS ......................................................................... 17
CONCLUSIONES ............................................................................................. 18
RECOMENDACIONES ..................................................................................... 18
CUESTIONARIO .............................................................................................. 19
BIBLIOGRAFIA ................................................................................................ 21
3
INTRODUCCION
Como sabemos, el potencial de reposo de una membrana depende de las concentraciones
de los iones en el interior y el exterior de la célula, por lo cual en el presente informe
aprenderemos el uso de una herramienta llamada C-Clamp que fue diseñada basada en la
membrana del axón gigante de calamar, realizaremos cambios en los datos del programa
para poder comprender el potencial al cual se encuentra en equilibrio una membrana,
mediante la simulación por computadora con este programa, además variaremos las
concentraciones de Na y K para ver en que afecta este cambio al potencial de membrana y
para saber cuáles son los potenciales de equilibrio de estos dos iones principalmente.
En el siguiente experimento también determinaremos como afecta a la célula y a su
potencial si agregamos un estímulo de corriente usando el programa C-Clamp y con los
gráficos obtenidos trataremos de hacer un acercamiento a cuál es el potencial de umbral
de la célula, es decir, la barrera que determina si el impulso se va a propagar o no a otras
neuronas.
4
OBJETIVOS
Entender y comprender las propiedades eléctricas de la neurona ya que ella es el
elemento básico que explica la generación y propagación de los impulsos
eléctricos.
Comprender la importancia de la concentración de los iones sodio y potasio en el
interior y exterior de la membrana para la generación de los potenciales de reposo
y de acción.
Explicar los mecanismos de generación del potencial de reposo y los potenciales de
acción en células excitables.
Mediante la simulación por computadora calcular los potenciales de equilibrio de
los iones, el potencial de membrana de reposo y el potencial de umbral.
Comprender la importancia del potencial de umbral en la generación del potencial
de acción.
Estudiar y analizar el comportamiento de la célula ante un estímulo de corriente
(pulsos de corriente) haciendo uso de la computadora.
Analizar cada uno de los parámetros físicos de la membrana.
5
MATERIALES Y EQUIPOS
Una computadora
Un tutorial interactivo: C-Clamp Ver 3.2
6
MARCO TEORICO
POTENCIAL DE REPOSO
El potencial de reposo de la membrana celular es la diferencia de potencial que existe
entre el interior y el exterior de una célula.
Se debe a que la membrana celular se comporta como una barrera semipermeable
selectiva, es decir, permite el tránsito a través de ella de determinadas moléculas e impide
el de otras. Este paso de sustancias es libre, no supone aporte energético adicional para
que se pueda llevar a cabo.
La membrana es mucho menos permeable a los iones de sodio, cuando está en reposo, es
entre 10 y 100 veces más permeable al potasio que al sodio y, por lo tanto, la pérdida de
iones de potasio no puede ser reemplazada fácilmente por el sodio. A causa de la salida
de potasio se genera una carga negativa en el interior de la membrana, que a su vez,
genera una diferencia de potencial conocida como potencial de la membrana. Entonces
decimos que el potencial de membrana en reposo, es el que presentan las células cuando
no participan en una respuesta fisiológica importante en la que esté implicada la
membrana plasmática, tal como la contracción, conducción o la secreción.
7
Donde:
Vi: Potencial en el interior de la célula
Vo: Potencial en el exterior de la célula
ECUACIÓN DE NERST
El potencial de equilibrio de Nernst, relaciona la diferencia de potencial a ambos lados
de una membrana biológica en el equilibrio con las características relacionadas con los
iones del medio externo e interno de la propia membrana.
Donde:
Constante de Boltzmann
Carga eléctrica elemental
Valencia del ión
ECUACIÓN DE Goldman-Hodgkin-Katz
Calcula el potencial de membrana cuando dicha membrana es permeable a mas de un
ion.
⌊ ⌋ ⌊ ⌋
⌊ ⌋ ⌊ ⌋
8
DETALLES EXPERIMENTALES
EXPERIMENTO 1: POTENCIAL DE EQUILIBRIO
1. Se ingresó al programa C-Clamp de la siguiente forma: C/ Neuron > C-CLAMP y en
la pantalla apareció el programa
2. Se presionó la tecla “O” para abrir el archivo y seleccionamos “REST.CCS y luego
presionamos la tecla Enter para seleccionar. Para observar los gráficos iremos
presionando a tecla “B”.
a) El potencial de equilibro del K
Para esto cambiamos:
Figura1. El gráfico muestra el potencial de membrana del axón
gigante de calamar.
Figura2. En el grafico se puede
observar el potencial de equilibrio
del sodio
9
b) El potencial de reposo de la membrana
Hallamos el potencial de membrana mediante la ecuación de GHK(Goldman- Hodgkin-
Katz)
( )
(
( )
( )
EXPERIMENTO 2: EFECTOS DEBIDO A LOS CAMBIOS EN LA
CONCENTRACION DE LOS IONES
1. Regrese al menú de la pantalla y cambie las concentraciones de los iones potasio:
[K+O] 135 y [K+
i] 135. Luego presione la tecla Y para determinar la superposición del
último gráfico con el presente.
Figura3. En el gráfico se observa el
potencial de equilibrio del Potasio
10
2. Al igual que en el paso anterior, se procede a cambiar las concentraciones del ion
Na+: [Na+O] 145 y [Na+
i] 145
Figura 4: De color azul se observa el potencial de membrana
con las concentraciones de iones potasio iguales
Figura 5: De color azul se observa el potencial de membrana
con las concentraciones de iones sodio iguales
11
3. Para examinar el potencial de membrana con únicamente la conductancia para el
sodio, presione la tecla O y cargue el archivo REST.CCS. Presione la tecla B para
repetir el experimento bajo condiciones de control. Ahora cambie pK = 1 por pk = 0
y anote el potencial de membrana y explique el porqué de dicho resultado.
4. Reemplace pK = 0 por pK =10 y anote el potencial de membrana y explique el
porqué de dicho resultado
Figura 6: Se observa el grafico del potencial de membrana
cuando la conductividad del potasio es 0
Figura 7: Se observa el grafico del potencial de membrana
cuando la conductividad del potasio es 10
12
EXPERIMENTO 3: PROPIEDADES PASIVAS DE LA MEMBRANA
1. Usando la tecla O cargue y corra el archivo PASSIVE.CCS. Luego se procede a cambiar el valor en “injected current”, esto simulara un impulso de corriente. Se dan valores de: 0.5, 1.0, 1.5, 1.6 nA.
Figura 8: Grafica del potencial de membrana con
un valor “injected current”= 0.5 nA
Figura 9: Grafica del potencial de membrana con
un valor “injected current”= 1.0 nA
13
2. Experimentalmente se encontró que el potencial umbral es de:
3. Luego, se procede a variar la corriente de inyección con valores de 2nA y 10nA
Figura 10: Grafica del potencial de membrana con
un valor “injected current”= 1.5 nA
Figura 11: Grafica del potencial de membrana con
un valor “injected current”= 1.6 nA
14
4. Se calcula la resistividad y la conductancia de membrana por estímulos pasivos de
corriente.
Figura 12: Grafica del potencial de membrana con
un valor “injected current”= 2 nA
Figura 13: Grafica del potencial de membrana con
un valor “injected current”= 10 nA
15
RESULTADOS
EXPERIMENTO 1: POTENCIAL DE EQUILIBRIO
El potencial de equilibrio del K se halla mediante la ecuación de Nerst:
El potencial de equilibrio del Na tambien se halla mediante la ecuación de Nerst:
Hallamos el potencial de membrana mediante la ecuación de GHK(Goldman- Hodgkin-
Katz)
( )
(
( )
( )
16
EXPERIMENTO 2: EFECTOS DEBIDO A LOS CAMBIOS EN LA
CONCENTRACION DE LOS IONES
Se puede deducir, respecto a la Figura 4, que un cambio de concentración de los iones
potasio de tal manera que la concentración interna y externa sean iguales (135). Se logra
un potencial de membrana de 1-2 mV. La superposición se da con respecto al grafico en el
cual la conductividad del potasio es 0.
En la Figura 5, se observa que el cambio en las concentraciones de Sodio, con la finalidad
de que las concentraciones interna y externa sean iguales (145); nos resulta en un cambio
en el potencial de membrana, resultando en aprox. -101 mV. La superposición del
presente grafico se da con respecto al grafico en el cual la conductividad del sodio es 0.
La figura 6, nos revela un potencial de membrana aprox. de -41 mV.
La figura 7, nos revela un potencial de membrana aprox. de -95mV.
EXPERIMENTO 3: PROPIEDADES PASIVAS DE LA MEMBRANA
Los resultados obtenidos en las figuras 8, 9, 10, 11; nos indican que una al inyectarse un
corriente, la diferencia de potencial no varía instantáneamente, sino a través del tiempo.
CORRIENTE DE INYECCIÓN(nA)
VOLTAJE DE MEMBRANA(mV)
RESISTENCIA(Ω) CONDUCTIVIDAD(µS)
0.5 +60 1 +55
1.5 +50
17
DISCUSION DE RESULTADOS
EXPERIMENTO 1: POTENCIAL DE EQUILIBRIO
Los resultados de los potenciales de equilibrio del Na y K son diferentes a los resultados
del potencial de membrana. Esto se debe a que para calcular el potencial de equilibrio de
un ion en específico, se usa la ecuación de Nernst, esta ecuación hace referencia a una
membrana biológica permeable exclusivamente al ion del cual se quiere calcular su
potencial de equilibrio. Mientras, el cálculo del potencial de membrana se da por medio
de la ecuación de Goldman, en el cual se toma en cuenta las concentraciones externas e
internas de varios iones
EXPERIMENTO 2: EFECTOS DEBIDO A LOS CAMBIOS EN LA
CONCENTRACION DE LOS IONES
La figura 6, nos revela un potencial de membrana de -41 mV, que con los datos obtenidos
anteriormente es el potencial de equilibrio del Na+. Esto se debe a que cuando se cambia
la conductividad de los iones potasio a una conductividad igual a 0, experimentalmente se
simula una célula que no es permeable a dichos iones; por lo tanto el potencial de
membrana será solamente a causa de las concentraciones internas y externas de los iones
Na+.
La figura 7, nos revela un potencial de membrana de aprox. -95mV, que con los datos
obtenidos anteriormente es muy cercano al potencial de equilibrio del K+. Esto se debe a
que cuando se cambia la conductividad de los iones potasio a una conductividad igual a
10, experimentalmente la membrana de la célula es mucho más permeable a los iones
potasio (pK=10) que a los iones sodio (pNa=0.06), por lo tanto el potencial de membrana
estará dado casi en su totalidad por los iones potasio, y en mucho menor cantidad por los
iones sodio.
EXPERIMENTO 3: PROPIEDADES PASIVAS DE LA MEMBRANA
El porqué de la diferencia de potencial, la cual no varía instantáneamente, sino a través
del tiempo se debe a que es un circuito resistencia capacitor. Por lo tanto el cambio de
diferencia de potencial se produce lentamente. Como se observa en las gráficas antes
mencionadas, esta potencia, no llega a la potencia umbral; caso contrario al que ocurre en
las figuras 12 y 13, en las cuales se puede interpretar que si llega a sobrepasar el potencial
umbral, dando como consecuencia despolarización y repolarización de la membrana.
18
CONCLUSIONES
La membrana presenta canales, los cuales se abren para el paso de iones
dependiendo de la cantidad de iones tanto en el interior como en el exterior, por
lo tanto es correcto decir que es una membrana semipermeable, ya que no
presenta canales para otro tipo de iones como el Cl
Los iones más importantes de la membrana son el sodio (Na) y el potasio (K),
tomando como referencia en la práctica realizada, la membrana del calamar
gigante.
El ion sodio se encuentra en mayor cantidad en el medio externo y el ion (K) se
encuentra en mayor cantidad en el medio interno.
RECOMENDACIONES
Anotar siempre lo observado en el gráfico y también interpretarlo con los
conocimientos que tengamos del tema.
Ser muy cuidadoso con los pasos a seguir indicados en la guía de práctica para un
buen desempeño y uso del programa C-Clamp.
19
CUESTIONARIO
1. ¿Cuáles son los principales factores que influencian en los movimientos de los iones a través de la membrana?
Difusión
La difusión se da en presencia de un gradiente de concentración, lo cual provoca la
entrada de iones de potasio al interior de la célula.
Atracción eléctrica
La atracción eléctrica se da en presencia de un campo eléctrico, lo cual provoca la
salida de iones de potasio del interior de la célula hacia al exterior.
Conducción continua o no saltatoria
En este tipo de conducción se da más lenta la propagación del impulso nervioso, ya
que cada segmento del axón debe despolarizarse y re polarizarse, lo cual implica
mayor movimiento de iones a través de la membrana y, por lo mismo, un mayor
gasto de energía
2. ¿Qué entiende por potencial de equilibrio de un ion en particular?
Es la diferencia de potencial a ambos lados de una membrana biológica en equilibrio, simulando que dicha membrana sea solo permeable a un ion en particular. Esto se logra relacionando las concentraciones del ion en el medio interno y externo. Se puede calcular por medio de la ecuación de Nernst.
3. ¿Cuáles son las diferencias del potencial de reposo y del potencial de acción?
El potencial de reposos es la diferencia de potencial que existe entre el interior y el
exterior de la célula debido a la concentración de cargas. En cambio, el potencial
de acción es el cambio significativo del potencial de membrana debido a la
activación de los canales iónicos regulados por voltaje.
4. Si el potencial de reposo es –65 mV bajo condiciones normales, ¿qué podría
pasar si se revierte las concentraciones de Na+ y K+ a través de la membrana?
Cargue y corra REST.CCS y revierta las concentraciones para ver si Ud. Está en lo
correcto.
20
La concentración de Na en la membrana externa es de 145mM y en la membrana
interna es de 30mM, en el caso del K la concentración en la membrana externa es
de 3.1mM y 135mM en la membrana interna. Al revertir estas concentraciones
unas con otras se puede observar en la gráfica que la diferencia de potencial tenía
5mV en condiciones normales pero ahora tiene 6mV.
5. Cargue y corra PASSIVE.CCS. ¿Qué podría esperar que ocurra al potencial de membrana y la respuesta al pulso de corriente de despolarización si se duplica las permeabilidades del sodio y del potasio?
La permeabilidad en condiciones normales del Na es de 0.06 y la del K es de 1.
Primero se duplica la permeabilidad del K a 2, y se puede observar que la gráfica no
genera pulsaciones, pues el pulso de corriente inducido no es suficiente para poder
llegar al potencial umbral y por lo tanto no hay convulsiones. Además el potencial
que aparecía en condiciones normales ha disminuido.
Luego se duplicó la permeabilidad del Na a 0.12 y se pueden observar numerosas
pulsaciones pues la corriente inducida es suficiente para llegar al potencial umbral
y sobrepasar el número de convulsiones normales. Además se puede observar que
el potencial de membrana aumenta
6. ¿Por qué el potencial de equilibrio del potasio es -100 mV y del sodio +41mV si ambos son iones positivos? Las concentraciones de iones potasios internos son mucho mayores que los
externos. Por lo tanto se genera una gradiente de concentración y se difunde al
exterior, mientras que otros componentes anionicos (como el Cl) que no son
permeables a la membrana biológica, se quedan dentro de la célula. Entonces, se
encuentra un exceso de cationes fuera de la célula y un exceso aniones dentro de
la célula; generando así un potencial de equilibrio negativo, ya que este se define
como la diferencia de potencial interno y externo.
Las concentraciones de iones sodio externos son mayores que los internos, por lo
tanto se genera una gradiente de concentración y se difunde al interior de la célula
dando lugar a potencial de membrana positiva.
21
BIBLIOGRAFIA
Ramón Latorre, Biofísica y fisiología celular (Universidad de Sevilla, 1996) p.p 94 y
103
“Ecuación de Nerst,” 22:25:22 UTC, http://es.slideshare.net/arbysqueen/ecuacin-de-nerst. Fecha de acceso: 6/11/15
Francisco Cordoba Garcia, “Fundamentos Biologicos Del Aprendizaje Y La Memoria,” 2005.
Related Documents
