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Si el potencial de reposo promedio de una neurona es de -70 mV, ¿por qué hay una proporción tan alta de iones de potasio en el interior con respecto al exterior?

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Mi profesor de biología estaba discutiendo las proporciones de diferentes iones dentro y fuera de la célula.

$$ text {FUERA: ENTRADA} $$

$$ text {K} ^ + (1:20) $$ $$ text {Cl} ^ - (11.5: 1) $$ $$ text {Ca} ^ {2+} (10000: 1) $ $ $$ text {Na} ^ + (10: 1) $$

¿Alguien puede proporcionar detalles específicos sobre las cantidades relativas de estos iones diferentes entre sí? En otras palabras, dadas estas proporciones de iones, proporcione la cantidad de cada tipo de ión que hay y demuestre por qué esto se suma a -70 mV. Solo quiero asegurarme de tener una imagen realista de las concentraciones.

Creo que estoy confundiendo la concentración con la relación entre el interior y el exterior. Aunque por cada ion de potasio en el exterior hay 20 en el interior, la carga del número total de iones de potasio debe ser menor que la del cloruro o no sería negativa en el interior, ¿verdad?


Representante concentraciones de iones se muestran en la Fig.1:

La membrana es principalmente permeable a K+. Porque el Na+, K+-Bombas ATPase K+ dentro de la celda, tiende a difundirse hacia afuera nuevamente, tomando así una carga positiva fuera de la celda y haciéndola negativa en el interior (el espacio extracelular está prácticamente desprovisto de carga debido a su inmensidad). Debido a que la membrana es principalmente permeable a K+, el potencial de membrana se puede estimar utilizando el Ecuación de Nernst teniendo en cuenta únicamente [K+]:

Esto entrega alrededor de -90 mV, usando los valores de la Fig. 1, que está bastante cerca del potencial de reposo de la membrana celular.

Sin embargo, otros iones también tienen cierta permeabilidad limitada y especialmente el Cl- también tiene una corriente de fuga bastante grande. Para agregar la permeabilidad pag de los diversos iones (para K+ pag= 1, para Na+ pag= 0.04 y Cl- pag= 0,45) en la ecuación y tener en cuenta varios iones, el Ecuación de Goldman es necesario:

Esta ecuación produce estimaciones más cercanas del potencial de membrana que la ecuación de Nernst tomando solo K+ en consideración. Sin embargo, otros factores como los efectos tampón (Cl- a menudo está amortiguado), así como los mecanismos de transporte activo pueden alterar ligeramente el resultado de la ecuación de Goldman.


Prueba BSC 2011 5

donde una corriente eléctrica despolariza la región vecina de la membrana del axón, de modo que los cationes se acumulan a lo largo de la membrana interna del axón, repeliendo los cationes del otro lado de la membrana.

velocidad constante y no disminuye con la distancia

La linfa tiene una composición muy similar al líquido intersticial.

El sistema linfático desemboca en las venas del cuello.

Las válvulas en los vasos linfáticos evitan el reflujo de líquido.

La sangre en la parte delantera habrá tenido el mayor tiempo de difusión de oxígeno y, por lo tanto, la mayor concentración de oxígeno.

-cada alvéolo está rodeado por una red de capilares que traen sangre desoxigenada de las arterias pulmonares (se originan en el ventrículo derecho del corazón)

- las paredes de los alvéolos tienen un grosor de una célula, lo que facilita la difusión de CO2 de la sangre a los pulmones y de O a la sangre

-la sangre oxigenada regresa a la aurícula izquierda del corazón a través de las venas pulmonares

-la fuerza impulsora del intercambio de gases es la presión diferencial de los gases

-cuando la sangre llega inicialmente a los alvéolos, tiene una baja presión parcial de O y una alta presión parcial de CO2 lo que facilita la transferencia de cada uno por su respectivo gradiente de concentración


Potencial de membrana en reposo

Para que el sistema nervioso funcione, las neuronas deben poder enviar y recibir señales. Estas señales son posibles porque cada neurona tiene una membrana celular cargada (una diferencia de voltaje entre el interior y el exterior), y la carga de esta membrana puede cambiar en respuesta a las moléculas de neurotransmisores liberadas por otras neuronas y estímulos ambientales. Para comprender cómo se comunican las neuronas, primero se debe comprender la base de la línea de base o carga de la membrana & # 8220 en reposo & # 8221.

Membranas cargadas neuronales

La membrana de la bicapa lipídica que rodea a una neurona es impermeable a las moléculas o iones cargados. Para entrar o salir de la neurona, los iones deben pasar a través de proteínas especiales llamadas canales iónicos que atraviesan la membrana. Los canales de iones tienen diferentes configuraciones: abiertos, cerrados e inactivos, como se ilustra en la Figura 1. Algunos canales de iones deben activarse para abrirse y permitir que los iones entren o salgan de la celda. Estos canales iónicos son sensibles al medio ambiente y pueden cambiar su forma en consecuencia. Los canales de iones que cambian su estructura en respuesta a los cambios de voltaje se denominan canales de iones activados por voltaje. Los canales iónicos activados por voltaje regulan las concentraciones relativas de diferentes iones dentro y fuera de la celda. La diferencia en la carga total entre el interior y el exterior de la celda se llama Potencial de membrana.

Figura 1. Los canales iónicos activados por voltaje se abren en respuesta a cambios en el voltaje de la membrana. Después de la activación, se desactivan durante un breve período y ya no se abren en respuesta a una señal.

Este video analiza la base del potencial de membrana en reposo.

Potencial de membrana en reposo

Una neurona en reposo está cargada negativamente: el interior de una célula es aproximadamente 70 milivoltios más negativo que el exterior (-70 mV, tenga en cuenta que este número varía según el tipo de neurona y la especie). Este voltaje se llama potencial de membrana en reposo y es causado por diferencias en las concentraciones de iones dentro y fuera de la célula. Si la membrana fuera igualmente permeable a todos los iones, cada tipo de ión fluiría a través de la membrana y el sistema alcanzaría el equilibrio. Debido a que los iones no pueden simplemente cruzar la membrana a voluntad, existen diferentes concentraciones de varios iones dentro y fuera de la célula, como se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1. Concentración de iones dentro y fuera de las neuronas
Ion Concentración extracelular (mM) Concentración intracelular (mM) Relación exterior / interior
Na + 145 12 12
K + 4 155 0.026
Cl - 120 4 30
Aniones orgánicos (A−) 100

El potencial de membrana en reposo es el resultado de diferentes concentraciones dentro y fuera de la célula. La diferencia en el número de iones de potasio cargados positivamente (K +) dentro y fuera de la célula domina el potencial de membrana en reposo (Figura 2).

Figura 2. El (a) potencial de membrana en reposo es el resultado de diferentes concentraciones de iones Na + y K + dentro y fuera de la célula. Un impulso nervioso hace que el Na + ingrese a la célula, lo que resulta en (b) despolarización. En el potencial de acción máximo, los canales de K + se abren y la célula se (c) hiperpolariza.

Cuando la membrana está en reposo, los iones K + se acumulan dentro de la célula debido a un movimiento neto con el gradiente de concentración. El potencial de membrana en reposo negativo se crea y se mantiene aumentando la concentración de cationes fuera de la célula (en el líquido extracelular) en relación con el interior de la célula (en el citoplasma). La carga negativa dentro de la célula se crea porque la membrana celular es más permeable al movimiento del ión potasio que al movimiento del ión sodio. En las neuronas, los iones de potasio se mantienen en altas concentraciones dentro de la célula, mientras que los iones de sodio se mantienen en altas concentraciones fuera de la célula. La célula posee canales de fuga de potasio y sodio que permiten que los dos cationes se difundan en su gradiente de concentración.

Sin embargo, las neuronas tienen muchos más canales de fuga de potasio que de sodio. Por lo tanto, el potasio se difunde fuera de la célula a un ritmo mucho más rápido que el sodio. Debido a que salen más cationes de la célula de los que entran, esto hace que el interior de la célula se cargue negativamente en relación con el exterior de la célula. Las acciones de la bomba de sodio y potasio ayudan a mantener el potencial de reposo, una vez establecido. Recuerde que las bombas de sodio y potasio aportan dos iones K + a la célula mientras eliminan tres iones Na + por cada ATP consumido. Como se expulsan más cationes de la célula de los que se ingieren, el interior de la célula permanece cargado negativamente en relación con el líquido extracelular. Cabe señalar que los iones de calcio (Cl -) tienden a acumularse fuera de la célula porque son repelidos por proteínas cargadas negativamente dentro del citoplasma.


Mecanismo subyacente

Potencial de reposo

La diferencia de potencial que existe a través de la membrana de todas las células suele ser negativa dentro de la célula con respecto al exterior. Se dice que la membrana está polarizada. La diferencia de potencial a través de la membrana en reposo se denomina potencial de reposo y es de aproximadamente -70 mV en las neuronas, con el signo negativo que indica que el interior de la célula es negativo con respecto al exterior. El establecimiento de esta diferencia de potencial involucra varios factores, el más importante es el transporte de iones a través de la membrana celular y la permeabilidad selectiva de la membrana a estos iones.

El transporte activo de iones de potasio y sodio dentro y fuera de la célula, respectivamente, se logra mediante una serie de bombas de sodio-potasio esparcidas por la membrana celular. Cada bomba transporta dos iones de potasio a la célula por cada tres iones de sodio bombeados. Esto establece una distribución particular de iones cargados positivamente a través de la membrana celular, con más sodio presente fuera de la célula que dentro y más potasio dentro de la célula que fuera. En algunas situaciones, las bombas electrogénicas de sodio y potasio contribuyen de manera significativa al potencial de la membrana en reposo, pero en la mayoría de las células existen canales de fuga de potasio que dominan el valor del potencial en reposo.

Los iones de sodio y potasio se difunden a través de canales iónicos abiertos bajo la influencia de sus gradientes electroquímicos. En el potencial de reposo, el movimiento neto de sodio hacia la célula equivale al movimiento neto de potasio fuera de la célula. Sin embargo, la membrana celular en reposo es aproximadamente 75 veces más permeable al potasio que al sodio, debido a los canales de fuga de potasio que siempre están abiertos. Como resultado, el potencial de membrana en reposo de la célula está más cerca del potencial de equilibrio del potasio (=miK= & menos 90 mV) que el potencial de equilibrio del sodio (=miN / A= + 45 mV). El potencial de reposo de la célula es de aproximadamente -70 mV.

Al igual que el potencial de reposo, los potenciales de acción de muchas neuronas dependen de la permeabilidad de la membrana celular a los iones sodio y potasio.


Si el potencial de reposo promedio de una neurona es de -70 mV, ¿por qué hay una proporción tan alta de iones de potasio en el interior con respecto al exterior? - biología

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los Ecuación de colina se utiliza para describir interacciones sustrato-proteína que exhiben un sigmoidal forma. La ecuación de Hill se usa a menudo para describir la velocidad de una reacción catalizada por una enzima en función de la concentración de sustrato. Esta ecuación también se usa comúnmente para describir la tasa de translocación de iones y moléculas mediada por transportadores a través de las membranas biológicas. El examen de la cinética de la reacción mediante la ecuación de Hill es útil porque revela tres parámetros cinéticos importantes: (1) la velocidad máxima de la reacción, también conocida como velocidad máxima de reacción (Vmax), (2) el constante de concentración media máxima (K0.5), que es la concentración de sustrato que da lugar al 50% Vmax, y (3) el Coeficiente de colina (norte), que proporciona una medida de la cooperatividad de unión al sustrato. El gráfico interactivo proporcionado en este tutorial permite una buena comprensión de la ecuación de Hill, cómo cambia la velocidad de reacción en función de la concentración del sustrato y cómo cambia en Vmax, K0.5, y norte alterar la forma del gráfico. Más.

los Michaelis-Menten La ecuación se usa para describir la velocidad de una reacción catalizada por una enzima en función de la concentración de sustrato. Esta ecuación también se usa comúnmente para describir la tasa de translocación de iones y moléculas mediada por transportadores a través de las membranas biológicas. El examen de la cinética de la reacción mediante el uso de la ecuación de Michaelis-Menten es útil porque revela dos parámetros cinéticos importantes: (1) la velocidad máxima de la reacción, también conocida como velocidad máxima de reacción (Vmax), y (2) el Constante de MichaelisKmetro), que es la concentración de sustrato que da lugar al 50% Vmax. El gráfico interactivo proporcionado en este tutorial permite una buena comprensión de la ecuación de Michaelis-Menten, cómo cambia la velocidad de reacción en función de la concentración del sustrato y cómo cambia en Vmax y Kmetro alterar la forma del gráfico. Más.

Las células de organismos multicelulares como animales y plantas, así como las de organismos unicelulares como la levadura, exhiben una diferencia de potencial a través de la membrana plasmática celular. Es decir, existe una diferencia de potencial eléctrico entre el interior de la celda y el medio de baño circundante de la celda. Esta diferencia de potencial se conoce como Potencial de membrana (Vmetro). El valor numérico del potencial de membrana es generalmente negativo, lo que significa que el interior de la celda es negativo con respecto a la solución exterior, que se toma como referencia o valor cero. Más.

Diseñada para ser utilizada tanto en el laboratorio de enseñanza como en el de investigación, esta calculadora (ver a continuación) se puede utilizar para realizar una serie de cálculos diferentes para preparar por ciento (%) soluciones al comenzar con el material sólido o líquido. Es muy común expresar la concentración de soluciones en términos de porcentajes. Porcentaje significa por 100 partes, donde para soluciones, parte se refiere a una medida de masa (& mug, mg, g, kg, etc.) o volumen (& muL, mL, L, etc.). En soluciones porcentuales, la cantidad (peso o volumen) de un soluto se expresa como un porcentaje del peso o volumen total de la solución. Las soluciones porcentuales pueden tomar la forma de peso / volumen% (% p / vol o% p / v), peso / peso% (p / p% o p / p%), o volumen / volumen% (% vol / vol ov / v%). En cada caso, la concentración porcentual se calcula como la fracción del peso o volumen del soluto en relación con el peso o volumen total de la solución. Más.

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Las neuronas se basan en una serie de mecanismos para realizar sus importantes trabajos de (I) recibir información, (ii) procesamiento de información, (iii) propagación de la señal, y (iv) transmisión de señales. Uno de esos mecanismos que se encuentra en el núcleo de la función neuronal se basa en la reversión rápida y reversible de la diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana plasmática. Por inversión, se entiende que el potencial de membrana cambia rápidamente desde su nivel de reposo de aproximadamente & menos 70 mV a alrededor de +50 mV y, posteriormente, vuelve rápidamente al nivel de reposo de nuevo. La rápida inversión del potencial de membrana forma una base importante para el procesamiento, la propagación y la transmisión de la información y se conoce como la potencial de acción, impulso electrico, o impulso nervioso. De esta manera, se dice que las neuronas son células excitables. El enfoque de esta conferencia es aprender sobre los detalles del potencial de acción neuronal. Las neuronas no son las únicas células excitables del cuerpo humano. Las células musculares (músculo esquelético, cardíaco y liso) y algunas células endocrinas (es decir, células productoras de hormonas) también son excitables (es decir, exhiben potenciales de acción). Estas células se discutirán en conferencias posteriores. Más.

Cuando dos o más iones contribuyen al potencial de membrana a través de la membrana plasmática (Vmetro) de una célula, es probable que el potencial de membrana no esté en el potencial de equilibrio (Veq.) para cualquiera de los iones contribuyentes. Por lo tanto, ningún ion estaría en su equilibrio (es decir, Veq. &nordeste Vmetro). Cuando un ion no está en equilibrio, un fuerza impulsora electroquímicaVDF) actúa sobre el ión, provocando el movimiento neto del ión a través de la membrana a lo largo de su gradiente electroquímico. La fuerza impulsora se cuantifica por la diferencia entre el potencial de membrana y el potencial de equilibrio iónico (VDF = Vmetro &menos Veq.). La magnitud de la fuerza impulsora indica qué tan lejos está un ion de su equilibrio electroquímico. El signo aritmético (es decir, positivo o negativo) de la fuerza impulsora que actúa sobre un ión junto con el conocimiento de la valencia del ión (es decir, catión o anión) se puede utilizar para predecir la dirección del flujo de iones a través de la membrana plasmática ( es decir, dentro o fuera de la celda). Más.

los Ecuación de Nernst describe la distribución de equilibrio electroquímico de un ion entre dos compartimentos que están separados por una membrana que contiene canales selectivos para ese ion. En un caso ideal, la membrana que separa los dos compartimentos solo permite el paso del ión de interés y ningún otro ión. La distribución del ión a través de la membrana está gobernada por el gradiente de concentración de iones a través de la membrana y conduce al establecimiento de una diferencia de potencial a través de la membrana. En equilibrio, esta diferencia de potencial se describe mediante la ecuación de Nernst y se denomina potencial de equilibrioVeq.) o Potencial Nernst para ese ion. La ecuación de Nernst se puede derivar basándose en principios termodinámicos simples. Más.

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Fisiología es el estudio de cómo funcionan los sistemas vivos. Los científicos que estudian fisiología se llaman fisiólogos. Los fisiólogos intentan describir los fenómenos biológicos en términos físicos y químicos. Los fisiólogos llegan al campo con antecedentes extremadamente diversos y aplican sus habilidades y conocimientos especializados para comprender la función de los sistemas vivos. Los fisiólogos estudian los sistemas vivos desde el nivel subcelular (moléculas y orgánulos) hasta el nivel de todo el organismo y cómo los organismos se adaptan a condiciones ambientales muy diferentes, como calor, frío, seco, húmedo o gran altitud. En su intento por dilucidar los mecanismos que operan en los sistemas vivos, los fisiólogos hacen uso de una enorme variedad de técnicas experimentales. Las técnicas de biología celular y molecular, genética, genómica, bioinformática, química, física e ingeniería encuentran aplicaciones en el estudio de los sistemas vivos por parte de los fisiólogos. Más.

Al considerar la difusión de iones y moléculas en soluciones, generalmente es útil poder estimar el tiempo requerido para la difusión en una distancia determinada. Desde una perspectiva fisiológica, este conocimiento nos ayuda a comprender mejor cuánto tardan las moléculas y los iones en viajar distancias fisiológicamente relevantes solo por difusión. Por ejemplo, es valioso saber cuánto tiempo tarda el O molecular2 para llegar a las células metabólicamente activas 10 & mum lejos de un capilar. Como otro ejemplo, es importante saber cuánto tiempo tarda una molécula de neurotransmisor liberada de la neurona presináptica en difundirse a través de la hendidura sináptica de 20-50 nm para alcanzar los receptores diana en la membrana plasmática postsináptica. Asimismo, se pueden considerar muchos otros ejemplos fisiológicos. Mientras que en las soluciones, los solutos en difusión se mueven en tres dimensiones hacia abajo en un gradiente de concentración desde un área de mayor concentración a un área de menor concentración, se puede usar una ecuación simple para aproximar el tiempo que le toma a una molécula dada difundir una distancia promedio en una dimensión. (vea la ecuación a continuación). Esta calculadora le permite calcular el tiempo que tarda un soluto en difundir una distancia determinada en una dirección a lo largo de un eje. Más.

los presión arterial media (MAP) es la fuerza que impulsa la sangre a través de la vasculatura desde las arterias hasta las arteriolas, capilares, vénulas, venas y de regreso al corazón. La presión arterial media es un promedio ponderado en el tiempo de los valores de presión en grandes arterias sistémicas durante el ciclo cardíaco. La presión arterial media es función de (1) la velocidad a la que el corazón bombea sangre a las arterias grandes, (2) la velocidad del flujo sanguíneo que sale de las arterias grandes para entrar en arterias y arteriolas más pequeñas, y (3) distensibilidad de la pared arterial. Si los ventrículos pasaran el mismo tiempo en sístole y diástole, la presión arterial media podría estimarse simplemente como el promedio matemático de los valores de presión sistólica y diastólica. En realidad, sin embargo, los ventrículos pasan aproximadamente un tercio (1/3) de su tiempo en sístole y dos tercios (2/3) en diástole (ver figura a continuación). Por lo tanto, un promedio simple de los valores de presión sistólica y diastólica no es una estimación aceptable de la presión arterial media. En su lugar, se suele utilizar una ecuación de aproximación simple para estimar la presión arterial media, donde presión arterial media = presión diastólica + (1/3) y multiplicada por la presión del pulso. La presión del pulso es la diferencia entre los valores de presión sistólica y diastólica. Esta calculadora le permite calcular la presión arterial media basándose en valores conocidos de presión sistólica y diastólica. Más.

1850) del belga Adolphe Quetelet en un esfuerzo por identificar un parámetro de detección simple para informar el peso de uno en función de su altura. El IMC se utiliza como indicador del contenido de grasa corporal y, basándose en los valores umbral establecidos, proporciona un índice cuantificable del estado de salud y los factores de riesgo con respecto al peso corporal. Esta calculadora le permite determinar su propio IMC. Más.

Transporte activo secundario es una forma de transporte activo a través de una membrana biológica en la que una proteína transportadora acopla el movimiento de un ión (normalmente Na + o H +) abajo su gradiente electroquímico al movimiento ascendente de otra molécula o ion contra un gradiente de concentración / electroquímico. Por tanto, la energía almacenada en el gradiente electroquímico de un ion se utiliza para impulsar el transporte de otro soluto contra una concentración o gradiente electroquímico. El ion que desciende por su gradiente electroquímico se conoce como conducción de iones porque es el movimiento de este ion el que impulsa el movimiento ascendente de otro ion / molécula (ion / molécula impulsado). El transporte activo secundario también se conoce comúnmente como transporte acoplado a iones y, de hecho, es obligatorio el acoplamiento entre la especie motriz y la conducida. Más.

Difusión facilitada (también conocido como transporte facilitado) es una forma de transporte pasivo a través de una membrana biológica en la que una proteína transportadora facilita (o media o cataliza) el movimiento de una molécula o ión que, de otro modo, impermeabilizaría la membrana, a través de la membrana plasmática hacia abajo en su concentración o gradiente electroquímico. . Las proteínas de transporte responsables de esta función se denominan transportadores facilitadores o uniportadores, cuyos ejemplos incluyen los transportadores de glucosa ubicuos (familia GLUT), una variedad de transportadores de aminoácidos y otros. En conjunto, estos transportadores realizan muchas funciones celulares y orgánicas esenciales. En la difusión facilitada, la dirección de transporte es siempre por un gradiente de concentración desde un lado de la membrana donde la concentración de sustrato es alta hasta el otro lado de la membrana donde la concentración es menor. La caricatura que se muestra a continuación es una representación conceptual simplificada del funcionamiento de un transportador facilitador típico. Más.

Aparte de las moléculas solubles en lípidos (esteroides, O2, CO2, etc.) y algunas moléculas polares muy pequeñas (agua, urea, etanol, glicerol) (ver Permeabilidad de la bicapa lipídica), el paso de iones y la mayoría de las moléculas polares a través de las membranas biológicas requiere la presencia de proteínas integrales de membrana que funcionan como proteínas de transporte. Las proteínas de transporte se denominan transportadores o, con menos frecuencia, portadores, y tal vez transportadores activos o transportadores pasivos. La figura que se muestra a continuación resume las principales vías por las que las moléculas / iones pueden atravesar las membranas biológicas. Más.

Todas las células vivas deben poder intercambiar materiales (nutrientes y productos de desecho) con sus entornos externos para permanecer vivas. Debido a que la bicapa de fosfolípidos es responsable de formar membranas y, por lo tanto, compartimentos, es importante comprender cómo pueden pasar varias moléculas a través de esta bicapa de lípidos. En pocas palabras, las membranas biológicas son semipermeable bicapas lipídicas. Permeabilidad se refiere a la facilidad con la que las moléculas atraviesan las membranas biológicas. Más.

Las células excitables del sistema nervioso (es decir, neuronas) generan impulsos nerviosos. Los impulsos nerviosos son las señales eléctricas mediante las cuales las neuronas se comunican entre sí y también con otras células del cuerpo. El impulso nervioso se conoce como el potencial de acción. Un potencial de acción es una inversión breve (solo unos pocos milisegundos) del potencial de membrana (Vmetro). En reposo, el Vmetro de una neurona es de alrededor de -70 mV (cerca del potencial de equilibrio para el potasio, VK), pero durante un potencial de acción, Vmetro se acerca transitoriamente a +50 mV (cerca del potencial de equilibrio para el sodio, VN / A). El potencial de membrana luego regresa rápidamente al potencial de reposo e incluso va más allá del potencial de reposo brevemente para acercarse VK antes de volver finalmente al valor de reposo de aproximadamente 70 mV. Todo el proceso tarda unos 3-5 ms. Esta inversión potencial de más de 100 mV es responsable de la señalización eléctrica en el sistema nervioso y es la base de la transmisión de información en el sistema nervioso.

Pon a prueba tu conocimiento básico del potencial de acción neuronal con este sencillo cuestionario. Para obtener más información sobre el potencial de acción neuronal, consulte las notas de la lección sobre el potencial de acción neuronal.

¿Sabías que los riñones de un ser humano adulto medio filtran alrededor de 180 L de plasma todos los días? Es decir, todos los días, ¡los riñones filtran todo el volumen de plasma unas 50 veces! Esta enorme cantidad de filtración es realmente necesaria para permitir que los riñones eliminen los productos de desecho presentes en el plasma. La mayoría de estos materiales de desecho son subproductos del metabolismo normal. Se eliminan del plasma mediante filtración (y secreción para algunos) en los riñones y finalmente se eliminan del cuerpo a través de la orina. Sin embargo, una cantidad significativa (de hecho la mayor parte) del agua filtrada debe reabsorberse para evitar una deshidratación potencialmente mortal.

Ponga a prueba sus conocimientos básicos sobre la filtración y reabsorción de los riñones con este sencillo cuestionario.


Si el potencial de reposo promedio de una neurona es de -70 mV, ¿por qué hay una proporción tan alta de iones de potasio en el interior con respecto al exterior? - biología

Los primeros estudios de las características eléctricas de las neuronas se realizaron en la década de 1930 utilizando axones de calamar "gigantes". El mecanismo de natación del calamar (un animal acuático que se encuentra en el Océano Atlántico) consiste en una estructura tubular agrandada o axón gigante que es varias veces más grande que el axón humano más grande. Estos axones eran lo suficientemente grandes como para medir fácilmente el potencial de membrana (o la diferencia de carga a través de la membrana) utilizando microelectrodos cuidadosamente colocados. Las cargas que se encuentran tanto dentro como fuera de la membrana celular se registraron utilizando un osciloscopio, un instrumento que utiliza una pantalla fluorescente para mostrar una representación visual de las variaciones eléctricas. La neurociencia ahora tiene la microtecnología para medir directamente a partir de elementos microscópicos de la neurona humana. Un microelectrodo de uso común está hecho de un tubo de vidrio que se estrecha hasta un diámetro de punta de 0,0005 milímetros o menos y se llena con una solución de una sal conductora de corriente como el cloruro de potasio.

Esta investigación ha identificado las condiciones electroquímicas que existen mientras una neurona está inactiva o en reposo. Este descanso Potencial de membrana de -70 milivoltios (mV) se debe a la diferencia en la carga eléctrica que se encuentra en el interior de la celda con respecto al exterior de la celda, y es similar a la condición eléctrica que se encuentra en una batería. El potencial dentro de una neurona es aproximadamente 70 mV menor que el medido fuera de la neurona. Como se muestra en la Figura 5a, los iones de sodio, los iones de potasio, los iones de cloruro y las moléculas de proteína son las sustancias cargadas que subyacen al potencial de membrana. Estos iones se forman cuando electrolitos disolver en agua y dividir en dos partes con carga eléctrica opuesta. La sal de mesa ordinaria (NaCl), por ejemplo, cuando se disuelve se divide en un (catión) ion sodio (Na +) y una carga negativa (anión) ion cloruro (Cl-). La Figura 5b ilustra los mecanismos que mantienen las diferentes concentraciones de cada una de estas sustancias a cada lado de la membrana neuronal.

La carga desigual o polaridad a través de la membrana celular neuronal en reposo se debe principalmente a la distribución desigual de iones de sodio (Na +), iones de potasio (K +), iones de cloruro (Cl-) y moléculas de proteína. Esta diferencia en la distribución de sustancias cargadas se debe a la interacción de fuerzas activas y pasivas.

El movimiento aleatorio de sustancias a lo largo del gradiente de concentración crea las primeras moléculas de fuerza pasiva y los iones se mueven de una concentración más alta a otra más baja en un esfuerzo por distribuirse equitativamente y crear un ambiente homogéneo. Este movimiento se llama difusión. La segunda fuerza pasiva se debe a la tendencia de las sustancias con cargas similares a alejarse unas de otras y de las sustancias con cargas opuestas a moverse unas hacia otras. Esta fuerza se conoce como presión electrostática. Esta fuerza subyace en la tendencia de un sistema a igualar la carga eléctrica.

Las fuerzas que subyacen a la carga diferencial a través de la membrana neuronal (el potencial de membrana) son permeabilidad selectiva y transporte activo. The selective permeability of a neuronal membrane affects the ease with which particular molecules pass through the membrane, and therefore interacts with the concentration and electrostatic gradients. Puertas or pores/channels embedded in the membrane control the rate of passage for some important ions. In some cases, the size of a pore or channel and the size of the ion or molecule passively determine the permeability of a membrane to the substance. In other cases, energy is expended at a canal which then actively pumps a substance in or out of the cell. Este proceso se llama transporte activo.

When the neuron is at rest, potassium and chloride are allowed to pass at a moderate rate while sodium channels remain closed. The final mechanism for maintaining the concentration gradient involves active transport of sodium and potassium ions via the sodium-potassium pump. The sodium-potassium pump ejects three sodium ions for every two potassium ions pumped into the cell energy is needed for this process. The energy expended by the neuron in maintaining the resting potential is justified because the resting potential increases the neuron's ability to respond rapidly to stimulation. When the neuron is excited and the sodium channels are opened, the concentration and electrical gradients for Na+ (maintained by active transport) result in an explosion of Na+ into the cell. This neuronal response to stimulation, the action potential, will be described in Tutorial 6.

Structural and functional integrity of the membrane of a neuron is essential to maintaining the resting potential, generating an action potential, and propagating a neuronal impulse (Arms & Camp, 1995). The neuronal membrane is composed of two fat layers (phospholipids) with protein molecules embedded between and within. The phospholipid molecules have a water-attracting head (which form the outer and inner boundaries of the membrane where contact is made with extra-cellular fluids and cytoplasm) and two water-repelling tails (which form the internal layer of the membrane. The membrane is approximately eight nanometers thick, or less than 0.00001 millimeters. This molecular structure provides the neuron with an adequately firm, yet flexible boundary that can control the movement of substances into and out of the cell. See Tutorial 2 for additional information on the neuronal cell membrane.

Arms, K. & Camp, P. (1995), Biología (4ª ed.). New York: Harcourt Brace College Publishers.

Suggestions for further study

SUGGESTED READINGS:

Keynes, R.D. (1979, March). Ion channels in the nerve-cell membrane. Scientific American, 240(3), 126-132, 134-135.

Neher, E. & Sakmann, B. (1992, March). The patch clamp technique. Scientific American, 266(3), 28-35.

Regan, D. (1979, December). Electrical responses evoked from the human brain. Scientific American, 241(6), 134-146.


If the average resting potential of a neuron is -70 mV, why is there such a high ratio of potassium ions inside relative to out? - biología

% brain of total body weight (150 pound human) = 2%
Average brain width = 140 mm
Average brain length = 167 mm
Average brain height = 93 mm

Contenido intracraneal por volumen (1.700 ml, 100%): cerebro = 1.400 ml (80%) sangre = 150 ml (10%) de líquido cefalorraquídeo = 150 ml (10%) (de Rengachary, S.S. y Ellenbogen, R.G., editores, Principios de neurocirugía, Edinburgh: Elsevier Mosby, 2005)

Average number of neurons in the brain = 86 billion ( Frederico Azevedo et al., Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain. J. Comp. Neurol., 513: 532-541, 2009. )
The octopus nervous system has about 500,000,000 neurons, with two-thirds of these neurons located in the arms of the octopus. ( Hochner, B. et al., The octopus: a model for a comparative analysis of the evolution of learning and memory mechanisms, Biol Bull., 210:308-317, 2006. )
Number of neurons in honey bee brain = 950,000 ( from Menzel, R. and Giurfa, M., Cognitive architecture of a mini-brain: the honeybee, Trd. Cog. Sci., 5:62-71, 2001.)
Number of neurons in Aplysia sistema nervioso = 18.000-20.000
Number of neurons in each segmental ganglia in the leech = 350
Volumen del cerebro de una langosta = 6 mm 3 (de The Neurobiology of the Insect Brain, Burrows, M., 1996)

Ratio of the volume of grey matter to white matter in the cerebral hemipheres (20 yrs. old) = 1.3 (Miller, A.K., Alston, R.L. and Corsellis, J.A., Variation with age in the volumes of grey and white matter in the cerebral hemispheres of man: measurements with an image analyser, Neuropathol Appl Neurobiol., 6:119-132, 1980)
Ratio of the volume of grey matter to white matter in the cerebral hemipheres (50 yrs. old) = 1.1 (Miller et al., 1980)
Ratio of the volume of grey matter to white matter in the cerebral hemipheres (100 yrs. old) = 1.5 (Miller et al., 1980)
% of cerebral oxygen consumption by white matter = 6%
% of cerebral oxygen consumption by gray matter = 94%

Ratio of glial cells to neurons in the brain = 1:1 (Reference 1 and Reference 2)

(For more information about the number of neurons in the brain, see R.W. Williams and K. Herrup, Ann. Review Neuroscience, 11:423-453, 1988)

Number of neocortical neurons (females) = 19.3 billion (Pakkenberg, B. et al., Aging and the human neocortex, Exp. Gerontology, 38:95-99, 2003 and Pakkenberg, B. and Gundersen, H.J.G. Neocortical neuron number in humans: effect of sex and age. J. Comp. Neurology, 384:312-320, 1997.)
Number of neocortical neurons (males) = 22.8 billion (Pakkenberg et al., 1997 2003)
Average loss of neocortical neurons = 85,000 per day (

31 millones por año) (Pakkenberg et al., 1997 2003)
Average loss of neocortical neurons = 1 per second (Pakkenberg et al., 1997 2003)
Número promedio de células gliales neocorticales (adultos jóvenes) = 39 mil millones (Pakkenberg et al., 1997 2003)
Número promedio de células gliales neocorticales (adultos mayores) = 36 mil millones (Pakkenberg et al., 1997 2003)
Number of neurons in cerebral cortex (rat) = 21 million (Korbo, L., et al., J. Neurosci Methods, 31:93-100, 1990)
Length of myelinated nerve fibers in brain = 150,000-180,000 km (Pakkenberg et al., 1997 2003)
Número de sinapsis en la corteza = 0,15 cuatrillones (Pakkenberg et al., 1997 2003)
Difference number of neurons in the right and left hemispheres = 186 million MORE neurons on left side than right side (Pakkenberg et al., 1997 2003)

Proportion by Volume (%)
Rata Humano
Cerebral Cortex 3177
Diencephalon 74
Midbrain 64
Hindbrain 72
Cerebellum 1010
Médula espinal 352
(Reference: Tendencias en neurociencias, 18:471-474, 1995)

Composition of Brain and Muscle
Skeletal Muscle (%) Whole Brain (%)
Agua 7577 to 78
Lípidos 510 to 12
Proteína 18 to 208
Carbohidrato 11
Soluble organic substances 3 to 52
Inorganic salts 11
(Reference: McIlwain, H. and Bachelard, H.S., Biochemistry and the Central Nervous System, Edinburgh: Churchill Livingstone, 1985)

Área de superficie total de la corteza cerebral = 2500 cm 2 (2,5 pies 2 A. Peters y E.G. Jones, Cerebral Cortex, 1984 )

Total surface area of the cerebral cortex (lesser shrew) = 0.8 cm 2
Total surface area of the cerebral cortex (rat) = 6 cm 2
Total surface area of the cerebral cortex (cat) = 83 cm 2
Total surface area of the cerebral cortex (African elephant) = 6,300 cm 2
Total surface area of the cerebral cortex (Bottlenosed dolphin) = 3,745 cm 2 (S.H. Ridgway, The Cetacean Central Nervous System, pag. 221)
Total surface area of the cerebral cortex (pilot whale) = 5,800 cm 2
Total surface area of the cerebral cortex (false killer whale) = 7,400 cm 2
(Referencia para cifras de superficie: Nieuwenhuys, R., Ten Donkelaar, H.J. y Nicholson, C., The Central nervous System of Vertebrates, Vol. 3, Berlin: Springer, 1998)
Total number of neurons in cerebral cortex = 10 billion ( from G.M. Shepherd, The Synaptic Organization of the Brain, 1998, pág. 6) . However, C. Koch lists the total number of neurons in the cerebral cortex at 20 billion (Biophysics of Computation. Information Processing in Single Neurons, New York: Oxford Univ. Press, 1999, page 87).
Total number of synapses in cerebral cortex = 60 trillion (yes, trillion) (from G.M. Shepherd, The Synaptic Organization of the Brain, 1998, pág. 6). However, C. Koch lists the total synapses in the cerebral cortex at 240 trillion (Biophysics of Computation. Information Processing in Single Neurons, New York: Oxford Univ. Press, 1999, page 87).

Porcentaje del volumen total de la corteza cerebral (humano): lóbulo frontal = 41% lóbulo temporal = 22% lóbulo parietal = 19% lóbulo occipital = 18%. (Kennedy y col., Cerebral Cortex, 8:372-384, 1998.)

Number of cortical layers = 6
Thickness of cerebral cortex = 1.5-4.5 mm
Thickness of cerebral cortex (Bottlenosed dolphin) = 1.3-1.8 mm (S.H. Ridgway, The Cetacean Central Nervous System, pag. 221)

EEG - frecuencia de onda beta = 13 a 30 Hz
EEG - frecuencia de onda alfa = 8 a 13 Hz
EEG - theta wave frequency = 4 to 7 Hz
EEG - delta wave frequency = 0.5 to 4 Hz
World record, time without sleep = 264 hours (11 days) by Randy Gardner in 1965. Note: In Biopsychology (by J.P.J. Pinel, Boston: Allyn and Bacon, 2000, p. 322), the record for time awake is attributed to Mrs. Maureen Weston. Al parecer, pasó 449 horas [18 días, 17 horas] despierta en una mecedora. los Guinness Book of World Records [1990] has the record belonging to Robert McDonald who spent 453 hours, 40 min in a rocking chair.
Time until unconsciousness after loss of blood supply to brain = 8-10 sec
Time until reflex loss after loss of blood supply to brain = 40-110 sec

Rate of neuron growth (early pregnancy) = 250,000 neurons/minute
Length of spiny terminals of a Purkinje cell = 40,700 micron
Number spines on a Purkinje cell dendritic branchlet = 61,000
Surface area of cerebellar cortex = 1,590 cm 2 ( from Sereno et al., The human cerebellum has almost 80% of the surface area of the neocortex, PNAS, 117:19538-19543, 2020
Weight of adult cerebellum = 150 grams (Afifi, A.K. and Bergman, R.A., Neuroanatomía funcional, New York: McGraw-Hill, 1998)
Number of Purkinje cells = 15-26 million
Number of synapses made on a Purkinje cell = up to 200,000
Weight of hypothalamus = 4 g
Volume of suprachiasmatic nucleus = 0.3 mm 3
Number of fibers in pyramidal tract above decussation = 1,100,000
Number of fibers in corpus callosum = 200,000,000 (Lunders, E., Thompson, P.M. and Toga, A.W., The Development of the Corpus Callosum in the Healthy Human Brain, The Journal of Neuroscience, 30:10985-10990, 2010.)
Area of the corpus callosum (midsagittal section) = 6.2 cm 2

EspeciesCerebellum Weight (grams)Body Weight (grams)
Ratón0.0958
Bat0.0930
Flying Fox0.3130
Pigeon0.4500
Guinea Pig0.9485
Squirrel1.5350
Chinchilla1.7500
Conejo1.91,800
liebre2.33,000
Gato5.33,500
Perro6.03,500
Macaque7.86,000
Sheep21.525,000
Bovino35.7300,000
Humano14260,000
Sultan, F. y Braitenberg, V. Formas y tamaños de diferentes cerebelos de mamíferos. A study in quantitative comparative neuroanatomy. J. Hirnforsch., 34:79-92, 1993.

Total volume of cerebrospinal fluid (adult) = 125-150 ml
Total volume of cerebrospinal fluid (infant) = 50 ml (Aghababian, R., Essentials of Emergency Medicine, 2006)
Turnover of entire volume of cerebrospinal fluid = 3 to 4 times per day (from Kandel et al., 2000, p. 1296)
Rate of production of CSF = 0.35 ml/min (500 ml/day) (from Kandel et al., 2000, p. 1296)
pH of cerebrospinal fluid = 7.33 (from Kandel et al., 2000, p. 1296)
Specific gravity of cerebrospinal fluid = 1.007
Color of normal CSF = clear and colorless
White blood cell count in CSF = 0-3 per mm 3
Red blood cell count in CSF = 0-5 per mm 3
Normal intracranial pressure = 150 - 180 mm of water


Conjunto de tarjetas flash compartidas

The proteins change shape to allow the gates to open. The greater the stimulus, the more gated channels that open.

As more gates open, the inside of the cell becomes ________ ____________, and more channels continue opening in response to the ___________

charge in the cell or greater intensity of stimulus more solutions, more sodium enters the cell

3. Rising Phase of the action potential

4. Falling phase of the action potential

Rising phase of the action potential

Myelin sheaths allow for the transmission of the signal to travel at a much slower rate?

Myelin sheaths are companion cells made of nonpolar lipids that block movement of ions

increased or total exposure of axons, muscle spasms, etc.

Attacks the myelin sheath

Presynaptic Cell Postsynaptic Cell

Calcium tends to have a lower concentration outside of cell so when cannels open, calcium moves into the cell

Calcium tends to have a higher concentration outside of the cell

1. Fit specifically into the ligand gated channels

2. Vary in structure, location, and function

3. Receptors are specific for individuals chemical transmitters

Trigger fight or flight in PNS

Seratonin re-up taken into the presynaptic neuron.

Prozac and seratonin block uptake of serotonin thus increase the activation of seratonin receptors.

1. Excitatory postsynaptic potentials (EPSPs) - depolarizations that bring membrane potential toward threshold

2. Inhibitory postsynaptic potentials (IPSPs) - hyperpolarizations that move membrane potential farther from the threshold

1. Temporal summation - signals coming into nerve cell. If the depolarizations occur too far apart (timing is not appropriate) an action potential will not occur. If they are close enough together, this can lead to enough of a depolarization for an action potential to occur.

2. Spatial Summation - input from multiple neurons. Ex: two neurons must release neurotransmitter at exactly the same time for an action potential to be produced.

Where is the grey matter located in the brain?

What are ventricles in the brain?

3. Spaces inside the brain

1. Conveys information between brain and PNS

2. Produces reflexes independently of brain (automatic response to a stimulus)

Neurons that send information to skeletal muscle, muscular system. Acetylcholine is the primary neurotransmitter.

1. Mechanoreceptors - stretch, motion, touch, sound. These sensory cells allow organisms to respond to their environment

3. Thermoreceptors - Detect heat signals. Ex: some snakes can find prey through heat signatures

4. Chemoreceptor - detects presence of chemicals Ex: tase, smell, osmotic concentration, pH, Specific chemicals (glucose, oxygen etc.)

5. Electromagnetic receptors - light, electric, mag. los campos

axon doesnt end at neurons, it ends at blood vessel and releases neurotransmitter in bloodstream which is now a hormone

Allow the endocrine system to respond in different ways:

Hydrophilic - peptide and protein hormones (insulin growth hormones) work in blood sugar and seal wounds. Also epinephrine (adrenaline) which works in the fight or flight, These hormones are needed in quick use for immediate action.

Hydrophobic - thyroid hormones, metabolic activity, melatonin- mood /sleep cycle, steroid hormones (cortisol, sex hormones) influence development. These work in gradual long-term efffects

1. Same receptors, but different intracellular proteins lead to different cellular response


Engineering Fundamentals of Biotechnology

2.71.3.1.3 Membrane potential

Membrane potential is one of the most used parameters to determine cell viability. The magnitude of this potential, which varies from 100 to 200 mV, is considered as a measure of the health of microorganisms. Membrane potential is generated due to the different ions content inside and outside the cell and it is linked to adenosine triphosphate (ATP) formation [14] . Only live cells are able to maintain membrane potential, and, although, membrane depolarization means a decrease in cell activity, it does not imply cell death. When this difference decreases to zero, the membrane is structurally damaged and ions go across the membrane freely.

Membrane potential measurements are carried out by means of lipophilic dyes (distributional probes) which go through the cell membrane and accumulate according to their charge. Under suitable conditions, fluorescence signals can be directly related to cell energy levels. It is recommended to test the reliability of staining by observing if the dye uptake is sensitive to uncouplers (such as CCCP or carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone) or ionophores (such as valynomicin) [13] .

Cationic dyes (such as carbocianines, DiOCnorte(3), or Rhodamine 123) accumulate inside polarized cells, that is, viable cells are permeable to those dyes . However, some applications, mainly concerning environmental and natural samples, are not very conclusive because of the need to carry out a previous step of permeabilization to increase membrane permeability [1] . In addition, it is possible that these charged dyes could interact with some cell components or chemical compounds present in the sample. Rhodamine 123 has been also proven to be extruded by active pumps.

Oxonols, and anionic and lipophilic compounds, accumulate inside nonviable cells and concentrate by association with intracellular compounds. Without permeabilization protocols, oxonols uptake is more related to membrane integrity rather than to membrane potential and depolarization [8] . DiBAC4(3) (bis-(1,3-dibarbituric acid)-trimethine oxonol) or BOX was useful to detect depolarized cells of numerous species, and it is normally used in combination with SYTO dyes (for total cell counts) to determine the remaining population of viable cells. BOX is also used in combination with propidium iodide (PI) to observe dead cells.


On the Concept of Resting Potential—Pumping Ratio of the Na + /K + Pump and Concentration Ratios of Potassium Ions Outside and Inside the Cell to Sodium Ions Inside and Outside the Cell

In animal cells, the resting potential is established by the concentration gradients of sodium and potassium ions and the different permeabilities of the cell membrane to them. The large concentration gradients of sodium and potassium ions are maintained by the Na + /K + pump. Under physiological conditions, the pump transports three sodium ions out of and two potassium ions into the cell per ATP hydrolyzed. However, unlike other primary or secondary active transporters, the Na + /K + pump does not work at the equilibrium state, so the pumping ratio is not a thermodynamic property of the pump. In this article, I propose a dipole-charging model of the Na + /K + pump to prove that the three Na + to two K + pumping ratio of the Na + /K + pump is determined by the ratio of the ionic mobilities of potassium to sodium ions, which is to ensure the time constant τ and the τ-dependent processes, such as the normal working state of the Na + /K + pump and the propagation of an action potential. Further, the concentration ratios of potassium ions outside and inside the cell to sodium ions inside and outside the cell are 0.3027 and 0.9788, respectively, and the sum of the potassium and sodium equilibrium potentials is −30.3 mV. A comparative study on these constants is made for some marine, freshwater and terrestrial animals. These findings suggest that the pumping ratio of the Na + /K + pump and the ion concentration ratios play a role in the evolution of animal cells.

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