Baze moleculare ale biopotentialului de actiune

2. Notiuni de baza. Potentialul de repaus

Daca se utilizeaza doi electrozi legati la un voltmetru pentru a inregistra diferente de potential, in cazul unei celule vii s-ar constata ca daca ii plasam de o parte, respectiv de cealalta a membranei, aparatul de masura ar inregistra o diferenta de potential. Acest lucru se intampla in ciuda faptului ca mediul intracelular si respectiv extracelular sunt, individual, neutre din punct de vedere electric.
S-a descoperit ca aceasta diferenta de potential este cauzata de o distributie asimetrica a unor ioni pe cele doua fete ale membranei si de permeabilitatea acesteia pentru ei.
Cei mai importanti ioni in stabilirea acestei diferente de potential sunt ionii de Na+ si de K+. In conditii normale, concentratia ionilor de K+ in interiorul celulei este cu mult mai ridicata decat cea din exterior(de 35 ori mai mare). In acelasi timp, concentratia ionilor de Na+ este la randul ei mult mai ridicata pe fata externa comparativ cu cea de pe fata citoplasmatica(de 10 ori mai mare). In ciuda acestor gradiente, celula isi pastreaza polarizarea sarcinilor prin schimbul constant de ioni intre cele doua medii, intracelular si extracelular.
In primul rand exista canale ionice care permit doar trecerea K+ in stare de repaus(K+ leak channels). Acestea pastreaza potentialul membranar in limite constante, lasand o parte din ionii de K+ din interior sa “scape” in exterior, insa doar atat cat sa compenseze lipsa de Na+. Permeabilitatea pentru ionii de K+ este in repaus de 100 de ori mai ridicata decat permeabiliatea pentru Na+. Membrana ajunge la un echilibru dinamic prin intermediul acestor fluxuri de ioni, moment in care diferenta de potential atinge o valoare fixa(fluxurile dau o diferenta de potential de aproximativ -86mV).


In al doilea rand exista o contributie din partea pompei de Na+/K+, care prin consum energetic mentine gradientele de concentratie. Ea scoate permanent in spatial extracelular cate 3 ioni de Na+, introducand in acelasi timp 2 ioni de K+. Aceasta ATP-aza are astfel si un rol electrogen, ducand diferenta de potential membranar la aproximativ -90mV. Valoarea constanta reprezinta potentialul de repaus, care insa poate varia in functie de specie si de tipul celular.

3. Potentialul de actiune

In nervi, de exemplu, informatia este transmisa extrem de rapid prin intermediul potentialelor de actiune, care reprezinta schimbari bruste ale potentialului membranar. Acestea incep cu o trecere subita de la valori negative(-90mV) catre valori mai pozitive, urmate de o repolarizare imediata. Intregul process dureaza extrem de putin.

Etapele generarii potentialului de actiune:

• Repaus  membrana este polarizata (-90mV)

• Depolarizare  membrana devine brusc permeabila pentru ionii de Na+ care intra masiv in interiorul axonului. Ca urmare a patrunderii sarcinilor pozitive, potentialul membranar creste spre valori mai pozitive, in neuronii mari ajungand pana la +35mV. De obicei insa, in fibrele mai mici, potentialul de actiune se apropie de 0 dar nu trece la valori pozitive.

• Repolarizare  dupa un timp foarte scurt canalele de Na+ incep sa se inchida, iar ionii de K+ din celula ies in mediul extraelular prin difuzie, potentialul revenind la starea de repaus.

Pe langa transportorii deja prezentati, pompa de Na+/K+ si canalele de K+(leak channels), in mecanismul de generare a potentialelor de actiune mai intra 2 tipuri de transportori:

• Canalele de Na+ voltaj-dependente

Acest tip de canal prezinta 2 porti, una spre exterior(poarta de activare) si una spre interior(de inactivare). In starea de repaus canalul este inchis, poarta de activare impiedicand ionii din exterior sa patrunda in celula. Activarea se realizeaza in etapa de depolarizare, in momentul in care membrana atinge un voltaj cuprins de obicei intre -70mV si -50mV.