Potencial de reversión

En una membrana biológica, el potencial de inversión es el potencial de membrana en el que se invierte la dirección de la corriente iónica. En el potencial de inversión, no hay flujo neto de iones de un lado de la membrana al otro. Para canales que son permeables a un solo tipo de iones, el potencial de inversión es idéntico al potencial de equilibrio del ion.

Potencial de equilibrio

El potencial de equilibrio de un ion es el potencial de membrana en el que no hay movimiento neto del ion. El flujo de cualquier ion inorgánico, como Na+ o K+, a través de un canal iónico (ya que las membranas normalmente son impermeables a los iones) está impulsado por el gradiente electroquímico de ese ion. Este gradiente consta de dos partes, la diferencia en la concentración de ese ion a través de la membrana y el gradiente de voltaje. Cuando estas dos influencias se equilibran, el gradiente electroquímico del ion es cero y no hay flujo neto del ion a través del canal; esto también se traduce en que no hay corriente a través de la membrana. El gradiente de voltaje al que se alcanza este equilibrio es el potencial de equilibrio del ion y se puede calcular a partir de la ecuación de Nernst.

Los modelos matemáticos y la fuerza motriz

Podemos considerar como ejemplo un ion cargado positivamente, como el K+, y una membrana cargada negativamente, como suele ser el caso en la mayoría de los organismos. El voltaje de la membrana se opone al flujo de los iones de potasio fuera de la célula y los iones pueden salir del interior de la célula sólo si tienen suficiente energía térmica para superar la barrera energética producida por el voltaje negativo de la membrana. Sin embargo, este efecto de desviación puede superarse mediante un gradiente de concentración opuesto si la concentración interior es lo suficientemente alta como para favorecer la salida de los iones potasio de la célula.

Un concepto importante relacionado con el potencial del equilibrio es el fuerza motriz. La fuerza de conducción se define simplemente como la diferencia entre el potencial de membrana real y el potencial de equilibrio de un iión ${displaystyle V_{mathrm {m}-E_{mathrm {i}$Donde ${fnMicrosoft Sans Serif}$se refiere al potencial de equilibrio para un ion específico. Relatedly, la corriente de membrana por área de unidad debido al tipo ${displaystyle i}$ El canal ion es dado por la siguiente ecuación:

${displaystyle I_{mathrm {i}=g_{mathrm {i}left(V_{mathrm) {m}-E_{mathrm {i}right)}$

Donde ${displaystyle V_{mathrm {m}-E_{mathrm {i}$ es la fuerza motriz y ${displaystyle g_{mathrm {}}$ es la conducta específica, o la conducta por área unitaria. Tenga en cuenta que la corriente iónica será cero si la membrana es impermeable a ese ión en cuestión o si el voltaje de la membrana es exactamente igual al potencial de equilibrio de ese ión.

Uso en investigación

Cuando V_m está en el potencial de inversión (V_m − E_rev 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. Por ejemplo, varios receptores de neurotransmisores activados por ligandos ionotrópicos excitadores, incluidos los receptores de glutamato (AMPA, NMDA y kainato), los receptores de acetilcolina nicotínico (nACh) y de serotonina (5-HT₃), son canales catiónicos no selectivos que pasan Na⁺ y K⁺ en proporciones casi iguales, lo que da un potencial de reversión cercano a cero. Los receptores de neurotransmisores inhibidores ionotrópicos activados por ligandos que transportan Cl-, como GABA_A y los receptores de glicina, tienen potenciales de inversión cercanos al potencial de reposo (aproximadamente –70 mV) en las neuronas.

Esta línea de razonamiento condujo al desarrollo de experimentos (realizados por Akira Takeuchi y Noriko Takeuchi en 1960) que demostraron que los canales iónicos activados por acetilcolina son aproximadamente igualmente permeables al Na⁺ y al K^{. +} iones. El experimento se realizó reduciendo la concentración externa de Na⁺, lo que reduce (lo hace más negativo) el potencial de equilibrio de Na⁺ y produce un cambio negativo en el potencial de inversión. Por el contrario, aumentar la concentración externa de K⁺ aumenta (lo hace más positivo) el potencial de equilibrio de K⁺ y produce un cambio positivo en el potencial de reversión.