Potencial de Membranas y Biología Celular

Sin el potencial de las membranas no sería posible la vida humana. Todas las células vivas mantienen una diferencia potencial a través de su membrana. En pocas palabras, el potencial de la membrana se debe a las disparidades en la concentración y permeabilidad de iones importantes a través de una membrana.

Debido a las concentraciones desiguales de iones a través de una membrana, la membrana tiene una carga eléctrica. Los cambios en el potencial de la membrana provocan potenciales de acción y dan a las células la capacidad de enviar mensajes por todo el cuerpo. Más específicamente, los potenciales de acción son señales eléctricas; estas señales llevan mensajes eferentes al sistema nervioso central para procesar y alejar mensajes aferentes del cerebro para provocar una reacción o movimiento específico.

Potencial de Membranas

Numerosos transportes activos incrustados en la membrana celular contribuyen a la creación de potenciales de membrana, así como a la estructura celular universal de la bicapa lipídica. La química involucrada en los potenciales de membrana alcanza a muchas disciplinas científicas. Químicamente involucra molaridad, concentración, electroquímica y la ecuación de Nernst. Desde un punto de vista fisiológico, el potencial de la membrana es responsable de enviar mensajes hacia y desde el sistema nervioso central.

También es muy importante en biología celular y muestra cómo la biología celular está fundamentalmente conectada con la electroquímica y la fisiología. La conclusión es que los potenciales de membrana están trabajando en tu cuerpo ahora mismo y siempre lo estarán mientras vivas.

Historia

El tema del potencial de membrana se extiende a través de múltiples disciplinas científicas; el Potencial de Membrana juega un papel importante en los estudios de Química, Fisiología y Biología. La culminación del estudio del potencial de las membranas se produjo en el siglo XIX y principios del XX.

A principios del siglo XX, un hombre llamado profesor Bernstein planteó la hipótesis de que había tres factores que contribuían al potencial de la membrana: la permeabilidad de la membrana y el hecho de que[K+] era mayor en el interior y menor en el exterior de la célula. Estuvo muy cerca de estar en lo cierto, pero su propuesta tenía algunos defectos. Walther H. Nernst, notable por el desarrollo de la ecuación de Nernst y ganador del Premio Nobel de Química de 1920, fue uno de los principales contribuyentes al estudio del potencial de la membrana.

Potencial de Membranas y Biología Celular

Desarrolló la ecuación de Nernst para resolver el potencial de equilibrio de un ión específico. Goldman, Hodgkin y Katz fomentaron el estudio del potencial de la membrana desarrollando la ecuación Goldman-Hodgkin-Katz para dar cuenta de cualquier ion que pudiera permear la membrana y afectar su potencial. El estudio del potencial de la membrana utiliza la electroquímica y la fisiología para formular una idea concluyente de cómo se separan las cargas a través de una membrana.

Potencial de Membranas y Biología Celular

Al discutir el concepto de potenciales de membrana y cómo funcionan, la creación de un potencial de membrana es esencial. La estructura lipídica bicapa de la membrana celular, con su cabeza lípido-fosforada y su cola de ácido graso, proporciona un material de construcción perfecto que crea un lado hidrófobo e hidrófilo de la membrana celular.

La membrana se conoce a menudo como un modelo de mosaico debido a su semipermeabilidad y a su capacidad para impedir que ciertas sustancias entren en la célula. Moléculas como el agua pueden difundirse a través de la célula basándose en los gradientes de concentración; sin embargo, las moléculas más grandes como la glucosa o los nucleótidos requieren canales.

La bicapa lipídica también alberga la bomba de Na+/K+, la bomba ATPase, los transportadores de iones y los canales de tensión, y es el sitio de transporte vesicular. La estructura regula qué iones entran y salen para determinar la concentración de iones específicos dentro de la célula.

El potencial de la membrana en reposoEl potencial de la membrana en reposo

Imagine tomar dos electrodos y colocar uno en el exterior y el otro en el interior de la membrana de plasma de una célula viva. Si hiciera esto, mediría una diferencia de potencial eléctrico, o voltaje, entre los electrodos. Esta diferencia de potencial eléctrico se denomina potencial de membrana.

Al igual que la distancia, la diferencia de potencial se mide en relación con un punto de referencia. En el caso de la distancia, el punto de referencia podría ser una ciudad.

¿Por qué el potencial de la membrana es esencial para la supervivencia de todas las criaturas vivientes?

Los animales y las plantas requieren la descomposición de sustancias orgánicas a través de la respiración celular para generar energía. Este proceso, que produce ATP, depende de la cadena de transporte de electrones.

Los electrones viajan por este camino para ser aceptados por el oxígeno u otros receptores de electrones. Los electrones iniciales se obtienen de la descomposición de las moléculas de agua. El hidrógeno se acumula en el fluido extracelular dejando un gradiente. Según los potenciales de la membrana, cuando hay un gradiente, las moléculas fluyen en la dirección opuesta. En este caso, el hidrógeno fluye de vuelta a la célula a través de una proteína conocida como ATP sintasa que crea ATP en el proceso.

Esta acción es esencial para la vida porque el número de ATP creado a partir de cada glucosa aumenta drásticamente. El desequilibrio químico y el potencial de las membranas permiten que las funciones corporales tengan lugar.