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Canales de fuga
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Los canales de fuga, también denominados canales pasivos, representan el tipo más básico de canal iónico presente en las células y son esenciales para dar forma a la diferencia de potencial de la membrana. A diferencia de otros canales iónicos, los canales de fuga no tienen compuertas y permanecen abiertos de forma continua, independientemente de los estímulos externos. Esta apertura constante permite que los iones se desplacen a través de la membrana según sus respectivos gradientes electroquímicos, lo que garantiza un flujo constante de iones.
| Definición | Los canales de fuga son canales iónicos no controlados de la membrana celular que permanecen abiertos constantemente. Son altamente selectivos y permiten que iones específicos pasen a través de ellos |
| Tipos |
Los principales tipos de canales de fuga en el SNC humano son:: Canales de fuga de potasio (K+) Canales de fuga de sodio (Na+) Canales de fuga de cloruro (Cl-) |
| Gradiente electroquímico |
Los iones pasan a través de canales de fuga siguiendo: El gradiente químico, que hace que los iones se muevan de una concentración mayor a una menor El gradiente eléctrico, que hace que los iones se muevan hacia la carga eléctrica opuesta |
| Potenciales según de la función de los canales de fuga |
Potencial de equilibrio El potencial en el que el gradiente químico y eléctrico de un ion específico están en equilibrio Potencial de reposo El potencial de la membrana celular cuando está en reposo |
- Principales tipos de canales de fuga en las neuronas
- Gradiente electroquímico
- Potencial de equilibrio de iones
- Canales de fuga, bomba Na+/K+ y transportadores de iones modelan el potencial de reposo neuronal
- Bibliografía
Principales tipos de canales de fuga en las neuronas
Los canales de fuga no presentan compuertas y están abiertos constantemente, pero son altamente específicos y cada uno de ellos permite el paso de un tipo particular de ion. En el sistema nervioso central (SCN) se han identificado los siguientes tipos de canales de fuga:
- Canales de fuga de potasio (K+)
- Canales de fuga de sodio (Na+)
- Canales de fuga de cloruro (Cl-)
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Gradiente electroquímico
Las distintas células del sistema nervioso humano presentan distribuciones variables de canales de fuga en su membrana. Por ejemplo, las células gliales, en su gran mayoría presentan canales de fuga de K+. En cambio, las neuronas contienen una cantidad significativa de canales de fuga de K+ y Na+, mientras que los canales de Cl- se encuentran en tipos específicos de neuronas. Cada una de estas células mantiene una diferencia de potencial específica. Cada vez que un potencial graduado o un potencial de acción despolariza o hiperpolariza parte de la membrana de una neurona, los canales de fuga sirven como vía para que los iones regresen y repolaricen la membrana.
Cuando la célula está en reposo, el líquido extracelular contiene una concentración más alta de Na+ y Cl-, mientras que el citoplasma tiene una mayor concentración de K+ y aniones orgánicos, como proteínas y aminoácidos. Los iones pueden atravesar los canales de fuga siguiendo su gradiente electroquímico. El gradiente electroquímico resulta de dos gradientes: el gradiente químico, que hace que los iones se muevan de una concentración alta a una baja, y el gradiente eléctrico, que hace que los iones se desplacen hacia la carga eléctrica opuesta.
Potencial de equilibrio de iones
Para entender el equilibrio dinámico entre los gradientes eléctricos y químicos que actúan sobre los iones, consideremos primero lo que ocurre cuando una célula tiene solo un tipo de canal de fuga. Luego, revisaremos la situación con dos o más tipos de canales de fuga.
Células con un tipo de canales de fuga
En el caso de células con un solo tipo de canal de fuga, como las células gliales con canales de fuga de K+, cuando una parte de la membrana se despolariza, el movimiento de los iones K+ es el siguiente:
- Inicialmente, los iones de K+, siguiendo su gradiente de concentración química, se mueven hacia la menor concentración fuera de la célula.
- Los iones de K+ cargados positivamente hacen que el lado extracelular de la membrana sea más positivo, mientras que la carga eléctrica del lado intracelular se vuelve cada vez más negativa. En consecuencia, la diferencia de potencial comienza a volver al estado previo, más negativo.
- En un momento dado, cuando el líquido extracelular se vuelve lo suficientemente positivo y el citoplasma lo suficientemente negativo, el gradiente eléctrico empuja a los iones en la dirección opuesta al gradiente químico, hacia el interior de la célula. Así, hay dos gradientes opuestos actuando sobre los iones de K+.
- Finalmente, se alcanza un equilibrio dinámico en el que, por cada ion de K+ que sale de la célula, otro ion de K+ entra en la célula. En este punto de equilibrio, la diferencia de potencial alcanza un nivel estable llamado "potencial de equilibrio de los iones K+ (EK).
Células con dos o más tipos de canales de fuga
A diferencia de las células gliales, la mayoría de las neuronas del SNC tienen canales de fuga de sodio y potasio, que contribuyen a la regulación del potencial en reposo:
- Tanto los gradientes químicos como eléctricos impulsan los iones de Na+ hacia el citoplasma, con un potencial de equilibrio para Na+ (ENa) de +55 mV.
- Para los iones de K+, los gradientes químicos y eléctricos son opuestos y, finalmente mueven los iones fuera de la célula hacia el líquido extracelular, con un potencial de equilibrio para K+ (EK) de -75 mV.
- El equilibrio dinámico resultante depende de los movimientos de K+ y Na+. El potencial en reposo de la neurona, influenciado por los canales de fuga de iones, presenta dos características clave:
- Se encuentra entre EK y ENa.
- Tiende a alinearse más estrechamente con el potencial de equilibrio del ion para el cual la membrana tiene una mayor permeabilidad, que generalmente está determinado por el número de canales de fuga de iones. Dado que las neuronas suelen tener más canales de fuga de K+ que de Na+, el potencial en reposo está más cerca de EK que de ENa.
El mismo principio se aplica cuando intervienen tres iones: K+, Na+ y Cl-. El potencial en reposo se encuentra entre los potenciales de equilibrio de estos tres iones. Los aniones orgánicos no participan en este proceso, ya que no pueden atravesar la membrana celular. Su presencia contribuye a mantener una carga negativa constante dentro de la célula, pero no influye directamente en el potencial en reposo.
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Canales de fuga, bomba Na+/K+ y transportadores de iones modelan el potencial de reposo neuronal
En una neurona real, el potencial de membrana en reposo se mantiene principalmente por el flujo pasivo de iones a través de los canales de fuga, con el transporte activo de iones por la bomba Na+/K+ ayudando a restaurar los gradientes iónicos. Así es cómo estos mecanismos trabajan juntos:
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Canales de fuga: los iones de Na+ se difunden pasivamente hacia la neurona, y los iones de K+ se difunden hacia afuera de la neurona a través de sus respectivos canales de fuga. Este movimiento pasivo de iones a través de la membrana gradualmente alteraría los gradientes electroquímicos, desplazando el potencial de membrana lejos de su valor en reposo.
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Bomba de Na+/K+: para contrarrestar el flujo pasivo de iones, la bomba Na+/K+ transporta activamente 3 iones Na+ fuera de la célula y 2 iones K+ hacia el interior de la célula, utilizando ATP. Este transporte activo actúa en contra de los gradientes electroquímicos, ayudando a mantener las concentraciones intracelulares adecuadas de Na+ y K+. Aunque la bomba opera más lentamente que los canales iónicos, su función es esencial para restablecer y conservar el potencial de membrana en reposo después de las fluctuaciones causadas por el movimiento de iones.
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Transporte de Cl-: a diferencia de los iones Na+ y K+, los iones Cl- son regulados principalmente por cotransportadores como el cotransportador Na+/K+/Cl- y el cotransportador K+/Cl-. Estos cotransportadores utilizan la energía del movimiento de Na+ y K+ para mantener el equilibrio de Cl-, moviendo los iones Cl- hacia dentro o fuera de la célula, según las necesidades de la neurona. El equilibrio de Cl- contribuye a estabilizar el potencial de membrana, pero no involucra el consumo directo de ATP como la bomba Na+/K+.
Juntos, estos mecanismos, es decir, el movimiento pasivo de iones a través de los canales de fuga, el transporte activo por la bomba Na+/K+, y los cotransportadores de iones como Cl-, aseguran que la neurona mantenga un potencial de membrana en reposo estable. Este equilibrio dinámico previene que la célula se aleje demasiado de su potencial en reposo y asegura que la neurona esté lista para responder a señales.
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Kim Bengochea, Universidad Regis, Denver
