Potencial de reversión - Reversal potential
En una membrana biológica , el potencial de inversión (también conocido como potencial de Nernst ) de un ion es el potencial de membrana en el que no hay un flujo neto (general) de ese ion en particular de un lado de la membrana al otro. En el caso de las neuronas postsinápticas , el potencial de inversión es el potencial de membrana en el que un neurotransmisor determinado no provoca un flujo de corriente neto de iones a través del canal iónico del receptor del neurotransmisor .
En un sistema de iones únicos, el potencial de inversión es sinónimo de potencial de equilibrio ; sus valores numéricos son idénticos. Los dos términos se refieren a diferentes aspectos de la diferencia en el potencial de membrana. El equilibrio se refiere al hecho de que el flujo iónico neto a un voltaje particular es cero. Es decir, las tasas de movimiento de iones hacia afuera y hacia adentro son las mismas; el flujo de iones está en equilibrio. La inversión se refiere al hecho de que un cambio de potencial de membrana en cualquier lado del potencial de equilibrio invierte la dirección general del flujo de iones.
El potencial de inversión a menudo se denomina "potencial de Nernst", ya que se puede calcular a partir de la ecuación de Nernst . Los canales de iones conducen la mayor parte del flujo de iones simples dentro y fuera de las células . Cuando un tipo de canal que es selectivo para una especie de ión domina dentro de la membrana de una celda (porque otros canales de iones están cerrados, por ejemplo), entonces el voltaje dentro de la celda se equilibrará (es decir, será igual) al potencial de inversión para ese ión. (asumiendo que el exterior de la celda está a 0 voltios). Por ejemplo, el potencial de reposo de la mayoría de las células está cerca del potencial de inversión de K + (ión potasio). Esto se debe a que en el potencial de reposo predomina la conductancia de potasio . Durante un potencial de acción típico , la pequeña conductancia de iones en reposo mediada por los canales de potasio se ve abrumada por la apertura de numerosos canales de Na + (iones de sodio), lo que lleva el potencial de membrana hacia el potencial de inversión del sodio.
La relación entre los términos "potencial de inversión" y "potencial de equilibrio" solo es válida para sistemas de iones únicos. En los sistemas de iones múltiples, hay áreas de la membrana celular donde las corrientes sumadas de los iones múltiples serán iguales a cero. Si bien este es un potencial de inversión en el sentido de que el potencial de membrana invierte la dirección, no es un potencial de equilibrio porque no todos (y en algunos casos, ninguno) de los iones están en equilibrio y, por lo tanto, tienen flujos netos a través de la membrana. Cuando una célula tiene permeabilidades significativas a más de un ion, el potencial de la célula se puede calcular a partir de la ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz en lugar de la ecuación de Nernst.
Modelos matemáticos
El término fuerza motriz está relacionado con el potencial de equilibrio y también es útil para comprender la corriente en las membranas biológicas. La fuerza impulsora se refiere a la diferencia entre el potencial de membrana real y el potencial de equilibrio de un ion. Está definido por la siguiente ecuación:
donde V m - E ion es la fuerza impulsora.
En palabras, esta ecuación dice que la corriente iónica I ion es igual a la conductancia g ion de ese ion multiplicada por la fuerza impulsora, que está representada por la diferencia entre el potencial de membrana y el potencial de equilibrio del ion (es decir, V m - ion E ). Tenga en cuenta que la corriente iónica será cero si la membrana es impermeable ( g ion = 0 ) al ion en cuestión, independientemente del tamaño de la fuerza impulsora.
Una ecuación relacionada (que se deriva de la ecuación más general anterior) determina la magnitud de una corriente de placa terminal (EPC), a un potencial de membrana dado, en la unión neuromuscular :
donde EPC es la corriente de la placa terminal, g ACh es la conductancia iónica activada por la acetilcolina , V m es el potencial de membrana y E rev es el potencial de inversión. Cuando el potencial de membrana es igual al potencial de inversión, el ion V m - E es igual a 0 y no hay fuerza impulsora sobre los iones involucrados.
Uso en investigación
Cuando V m está en el potencial de inversión (el ion V m - E es igual a 0), la identidad de los iones que fluyen durante un EPC se puede deducir comparando el potencial de inversión del EPC con el potencial de equilibrio de varios iones. Para excitatorios ejemplo varios ionotrópicos por ligando de neurotransmisores receptores incluyendo los receptores de glutamato ( AMPA , NMDA , y kainato ), nicotínico de acetilcolina (nACh) y serotonina (5-HT 3 ) receptores son canales catiónicos no selectivos que pasan Na + y K + en casi proporciones iguales, dando un potencial de equilibrio cercano a cero. Los receptores de neurotransmisores inhibidores ionotrópicos activados por ligandos que transportan Cl - , como GABA A y receptores de glicina , tienen potenciales de equilibrio cercanos al potencial de reposo (aproximadamente –70 mV) en las neuronas.
Esta línea de razonamiento condujo al desarrollo de experimentos (por Akira Takeuchi y Noriko Takeuchi en 1960) que demostraron que los canales iónicos activados por acetilcolina son aproximadamente igualmente permeables a los iones Na + y K + . El experimento se realizó reduciendo la concentración externa de Na + , lo que reduce (hace más negativo) el potencial de equilibrio de Na + y produce un cambio negativo en el potencial de inversión. Por el contrario, el aumento de la concentración externa de K + aumenta (hace más positivo) el potencial de equilibrio de K + y produce un cambio positivo en el potencial de inversión.