Fisiología de la Membrana y Ligandos
Ligandos de Acuerdo a su Estructura Química
Los ligandos pueden clasificarse según su composición. Ejemplos de ligandos polipeptídicos o proteicos incluyen: Endorfinas, encefalinas, sustancia P y Acetilcolina (ACh).
¿Qué es el pH?
El pH es el antilogaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno (H⁺) en una solución. Sirve para medir la acidez o alcalinidad de una sustancia.
Transporte a Través de la Membrana Plasmática
Mecanismo de la Bomba Sodio-Potasio (Na⁺/K⁺ ATPasa)
Es un mecanismo de transporte activo primario que utiliza la energía del ATP para mover iones Na⁺ y K⁺ en contra de sus gradientes de concentración, manteniendo el equilibrio eléctrico y osmótico de la célula.
- La bomba se abre hacia el interior de la célula y se une a tres iones de sodio (3 Na⁺).
- La ATPasa hidroliza ATP, liberando energía y un grupo fosfato (Pi).
- El fosfato se une a la bomba, cambiando su conformación.
- La bomba se abre hacia el exterior y libera los 3 Na⁺ fuera de la célula.
- La nueva conformación permite que se unan dos iones de potasio (2 K⁺) del medio extracelular.
- La liberación del fosfato revierte la conformación, liberando los 2 K⁺ al interior de la célula, manteniendo así el potencial de membrana.
Medios de Transporte de Alto y Bajo Peso Molecular
Transporte de Bajo Peso Molecular (BPM)
Transporte Pasivo: Siempre ocurre a favor del gradiente de concentración, es decir, de un sitio de mayor concentración a uno de menor concentración. No requiere gasto de energía (ATP).
Difusión Simple: Transporte de una molécula de BPM a través de la bicapa lipídica (ej. gases, moléculas liposolubles).
Difusión Facilitada: Transporte de moléculas de BPM que atraviesan la membrana a través de una proteína transportadora o canal de la membrana plasmática (ej. glucosa, iones).
Transporte Activo: Ocurre en contra del gradiente de concentración y requiere gasto directo o indirecto de energía (ATP).
Mecanismo de Transporte Secundario
Es un proceso de transporte activo secundario en el que una molécula aprovecha el gradiente electroquímico creado previamente por un transporte primario (como la bomba Na⁺/K⁺ ATPasa) para ingresar o salir de la célula, sin gastar ATP directamente en ese paso. Por ejemplo, el cotransporte de glucosa aprovecha el gradiente de sodio para ingresar a la célula.
Sinapsis y Neurotransmisión
¿Qué es la Sinapsis?
La sinapsis es el lugar donde las neuronas establecen contacto funcional. También pueden hacer contacto con un músculo o una glándula. En la sinapsis, la neurona que transmite la señal se denomina neurona presináptica, y la que recibe la señal se denomina neurona postsináptica.
Mecanismo de Acción de los Neurotransmisores
Los neurotransmisores se liberan desde la neurona presináptica hacia la hendidura sináptica, se unen a receptores específicos en la membrana postsináptica y, dependiendo del receptor, activan canales iónicos o segundos mensajeros.
Acción de los Neurotransmisores
Los neurotransmisores modulan la actividad neuronal. Pueden ser:
- Excitatorios: Provocan despolarización y aumentan la probabilidad de un potencial de acción (ej. Glutamato).
- Inhibitorios: Provocan hiperpolarización y disminuyen la probabilidad de un potencial de acción (ej. GABA).
Receptores Colinoceptores (Muscarínicos y Nicotínicos)
Receptores Muscarínicos (Acoplados a Proteína G)
Estos receptores responden a la Acetilcolina (ACh) y están acoplados a proteínas G, generando respuestas metabólicas lentas.
Muscarínico M1 (Gq)
Localización: Neuronas del sistema nervioso central, neuronas parasimpáticas postganglionares.
Mecanismo: Formación de IP₃ y DAG, lo que resulta en un aumento del calcio intracelular.
Muscarínico M2 (Gi)
Localización: Miocardio, músculo liso y algunos sitios presinápticos.
Mecanismo: Apertura de canales de K⁺ e inhibición de la adenilciclasa, lo que resulta en una disminución del AMPc.
Muscarínico M3 (Gq)
Localización: Músculo liso y endotelio, glándulas.
Mecanismo: Formación de IP₃ y DAG, lo que resulta en un aumento del calcio intracelular (causa contracción del músculo liso y secreción glandular).
Muscarínico M4 (Gi)
Localización: Sistema nervioso central.
Mecanismo: Inhibición de la adenilciclasa, disminución del AMPc.
Receptores Nicotínicos (Canales Iónicos)
Estos receptores son canales iónicos activados por ligando, generando respuestas rápidas.
Nicotínico N (Ganglionar)
Localización: Sinapsis preganglionares (tanto simpáticas como parasimpáticas).
Mecanismo: Apertura de canales catiónicos y entrada de sodio (Na⁺), causando despolarización.
Nicotínico M (Placa Neuromuscular)
Localización: Placa neuromuscular del músculo esquelético.
Mecanismo: Apertura de canales catiónicos y entrada de sodio (Na⁺), causando despolarización y contracción.
Receptores Beta Adrenérgicos
Son receptores del sistema nervioso autónomo que son activados por catecolaminas (adrenalina/noradrenalina). Son típicamente excitatorios (acoplados a proteína Gs), aumentando el AMPc intracelular y mediando efectos como el aumento de la frecuencia cardíaca o la broncodilatación.
Sistema Nervioso Autónomo (SNA)
Función del Sistema Nervioso Autónomo
El SNA se divide en dos ramas principales que actúan de manera complementaria:
- Sistema Simpático: Actúa como mecanismo de lucha o huida (preparación para el estrés).
- Sistema Parasimpático: Actúa como mecanismo de reposo y digestión (conservación de energía).
Fisiología Muscular
Mecanismos Bioquímicos Productores de ATP
El músculo utiliza diferentes vías para generar el ATP necesario para su funcionamiento:
- Fosfocreatina: Vía muy rápida, utilizada para esfuerzos explosivos e inmediatos.
- Glucólisis Anaerobia: Vía intermedia, produce ATP rápidamente pero genera ácido láctico.
- Fosforilación Oxidativa: Vía lenta pero muy eficiente, requiere oxígeno y es utilizada para esfuerzos prolongados.
Contracción Muscular (Esquelético, Liso y Cardíaco)
La contracción en los tres tipos de músculo implica la interacción de actina y miosina, pero sus mecanismos de regulación y acoplamiento excitación-contracción varían:
- Músculo Esquelético: La contracción es voluntaria. El Ca²⁺ se libera del retículo sarcoplásmico y se une a la troponina, desplazando la tropomiosina.
- Músculo Cardíaco: La contracción es involuntaria. Requiere la entrada de Ca²⁺ extracelular para inducir la liberación de más Ca²⁺ del retículo sarcoplásmico (liberación de Ca²⁺ inducida por Ca²⁺).
- Músculo Liso: La contracción es involuntaria. El Ca²⁺ se une a la calmodulina, activando la cinasa de la cadena ligera de miosina (MLCK), que fosforila la miosina para iniciar la contracción.
Tetanización y Fase de Meseta Cardíaca
Tetanización: Es una contracción muscular sostenida y máxima causada por estímulos repetidos y rápidos. Ocurre solo en el músculo esquelético, ya que su periodo refractario es corto.
Meseta Cardíaca: Es la fase prolongada del potencial de acción cardíaco, causada por la entrada lenta y sostenida de iones Ca²⁺. Esta meseta alarga el periodo refractario absoluto, lo que evita la tetanización del músculo cardíaco y permite un llenado y vaciado coordinado de las cámaras.
Reflejo Fotomotor y Consensual
El reflejo fotomotor es la respuesta de constricción pupilar (miosis) ante la incidencia de luz intensa. El reflejo consensual es la constricción simultánea de la pupila opuesta.
- La alta incidencia de luz estimula la retina, generando un potencial de receptor.
- Este potencial despolariza el nervio sensitivo (aferente), el Nervio Óptico (II par craneal).
- El potencial de acción se transmite hacia el área pretectal del mesencéfalo.
- Desde el área pretectal, se hace sinapsis con los núcleos de Edinger-Westphal (núcleos parasimpáticos).
- Las neuronas preganglionares parasimpáticas viajan con el Nervio Oculomotor (III par craneal).
- Hacen sinapsis en el ganglio ciliar.
- La neurona posganglionar parasimpática libera Acetilcolina (ACh).
- La ACh actúa sobre los receptores Muscarínicos M3 del músculo esfínter del iris, produciendo la contracción muscular (miosis).