¿Cómo se comportarían las sinapsis si el potencial de reposo fuera cero?

Asumiendo que el potencial de reposo es cero y los otros mecanismos son exactamente iguales, ¿cómo afectaría la generación de picos en términos de potenciales postsinápticos excitadores e inhibidores (EPSP e IPSP). Tratando de entender la razón detrás del potencial de reposo negativo, no cómo se mantiene, sino por qué. ¿Significa que EPSP está inherentemente suprimido por diseño?

La mayoría de las sinapsis excitatorias tienen un potencial de inversión de alrededor de 0 mV. Dado que abrir una sinapsis solo puede llevar a la célula hacia el potencial de inversión de la sinapsis, los EPSP no tendrían ningún efecto eléctrico en la célula en este caso (aunque todavía tendrían un efecto químico al permitir que los iones fluyan a favor de sus gradientes químicos). Los IPSP serían mucho más fuertes. Hay una pregunta muy interesante aquí: ¿por qué hacemos el esfuerzo de hiperpolarizar la membrana? ¿Por qué no tener simplemente sinapsis excitatorias con potencial de inversión positivo (es decir, solo permeables al sodio o al calcio)?

Respuestas (2)

Hay dos preguntas muy diferentes aquí. La primera pregunta es simple (aunque podría interpretarse de diferentes maneras). La segunda pregunta es muy engañosa y en realidad no estoy seguro de que sepamos la respuesta.

1. ¿Cómo se ven las PSP si el potencial de membrana en reposo es de 0 mV?

Si una celda se mantiene a 0 mV, sus conductancias dependientes de voltaje se rompen esencialmente y no es capaz de disparar un potencial de acción. Pero dejemos eso a un lado y centrémonos en los eventos sinápticos. Supongamos también que los potenciales de inversión de cada ion son "normales".

La historia corta es que la mayoría de los receptores excitatorios tienen un potencial de inversión cercano a 0 mV, por lo que los EPSP tendrían un efecto directo pequeño sobre el potencial de membrana (recuerde esta regla: la corriente que pasa a través de un canal iónico solo puede empujar el potencial de membrana hacia el potencial de inversión de ese canal). Los receptores inhibitorios tienden a invertirse alrededor de -75 mV, por lo que tendrían una gran fuerza impulsora y polarizarían fuertemente la célula.

La historia un poco más larga es que EPSPS aún tendría algún efecto: cuando los canales iónicos se abren, los iones fluyen en la dirección de su gradiente electroquímico. Para los receptores excitatorios, esto significa que el sodio fluye hacia la célula, el potasio sale y el calcio entra. La corriente eléctrica neta sería aproximadamente cero, pero habría un intercambio de iones y una oportunidad para que esos iones activen la señalización secundaria. caminos

Otro efecto de la apertura de los canales iónicos es la reducción de la resistencia de la membrana celular. Por lo tanto, a 0 mV, las sinapsis excitatorias pueden desviar los IPSP.

2. ¿Cuál es la razón para tener un potencial de reposo negativo?

Lo primero que hay que reconocer es que las neuronas almacenan una gran cantidad de energía en sus gradientes químicos. El potasio se bombea a la célula mientras que el sodio, el cloruro y el calcio se bombean. Hacer funcionar estas bombas es metabólicamente costoso (¡su cerebro ocupa el 20 % de su metabolismo en reposo!), y la energía química quemada en el proceso (ATP) se convierte en energía potencial en el gradiente químico. Otra forma de decir esto es que cada uno de estos iones prefiere estar del otro lado de la membrana, pero las bombas los mantienen donde están.

Los iones generalmente se bombean de tal manera que mantienen el equilibrio de carga: por cada carga positiva bombeada, sale una carga positiva. Ahora, si tiene canales que admiten solo un tipo de ion (nosotros lo hacemos), entonces abrir ese canal dará como resultado un flujo inmediato de iones. ¡Pero espera! A diferencia de las bombas, este flujo de iones no tiene carga neutra, por lo que después de un tiempo muy corto, la membrana se carga y ese desequilibrio de carga (voltaje) contrarresta el gradiente químico (si a los iones no les gusta estar en el lado equivocado de un gradiente químico, odian absolutamente estar en el lado equivocado de un gradiente eléctrico).

Entonces, lo que tenemos ahora es una enorme reserva de energía en forma de gradientes químicos y un medio para que la neurona convierta rápidamente esa energía en potencial eléctrico. Si la neurona quiere despolarizarse, sólo necesita abrir canales de sodio o de calcio. Si quiere repolarizarse, abre canales de potasio o cloro. Puede pensar en ello como un globo conectado por una manguera a dos tanques: uno de alta presión y el otro de vacío. Abre una válvula y el globo se llena, abre la otra y se vacía.

Ok, eso fue largo, pero finalmente estoy listo para hablar sobre el potencial de descanso. El cómo es fácil: las membranas neuronales son más permeables al potasio que al sodio. Una de las válvulas siempre está un poco abierta, y esto arrastra el potencial de membrana negativo, lejos de cero. Lo que quiere decir que el potencial de membrana en reposo no es en absoluto la "fuerza impulsora" de la actividad neuronal. Más bien, es casi solo un efecto secundario de la potencia real: los gradientes químicos.

Mencioné que las neuronas gastan mucha energía manteniendo sus gradientes químicos. Entonces, ¿por qué la célula permitiría que su gradiente de potasio simplemente se filtrara? ¡Ésta no es una pregunta fácil! La respuesta perezosa es "porque todos los canales sensibles al voltaje operan en el rango de -70 a 0 mV". Llamo a esto perezoso porque si realmente no hubiera ningún beneficio en tener la célula en reposo a -70 mV, entonces la evolución encontraría una manera de conservar toda esa energía desperdiciada por la fuga de potasio. Así que debe haber una mejor razón. He convertido esto en su propia pregunta aquí: ¿Por qué las neuronas tienen un potencial de reposo negativo?

Buen trabajo con eso. Creo que su pregunta sobre la biografía también habría sido un tema aquí. Si no obtiene una respuesta allí (a excepción de un idiota llamado jonsca comentando;)), puede marcarlo para que se migre.
@ChuckSherrington solo le informa que su comentario fue marcado como "grosero/ofensivo". :-) Creo que se puede haber pasado por alto el chiste de que jonsca y Chuck son la misma persona.
Bueno, marqué el comentario, cualquier lector no tendría idea de que son la misma persona. :-|
@mishr ¡No te preocupes! Creo que es divertido, al igual que Jeromy, creo. Espero que no me suspendan :P

El potencial es relativo, por lo que tener un potencial de reposo negativo simplemente significa que el interior de la celda es negativo con respecto al exterior.

Dado que un EPSP va a ser un cambio positivo general, sí, el potencial de reposo negativo mantiene a la celda muy por debajo del umbral, pero recuerde que durante un breve período de tiempo, estos EPSP se suman para eventualmente empujar a la celda por encima del umbral.

Una celda sin potencial de membrana es el equivalente a una batería agotada, no hay "fuerza electromotriz" (es decir, voltaje), por lo que no hay fuerza impulsora para los cambios de corriente (excepto en el caso de corrientes de fuga debidas puramente a diferencias de concentración) . Por lo tanto, no hay entrada de iones de calcio en la terminal presináptica, no se pueden unir vesículas que contengan neurotransmisores y no se libera ningún transmisor en la hendidura.

Vea si su biblioteca tiene la versión de pregrado del libro de Kandel ( amazon.com/Essentials-Neural-Science-Behavior-Kandel/dp/… ). Ha estado agotado durante unos 15 años, pero es absolutamente la mejor explicación de este tipo de cosas (aparte de Kandel, Schwartz, Jessel, et al, en sí).
Esto es un poco engañoso: una celda con 0 potencial de reposo no es una 'batería agotada'; todavía puede tener gradientes químicos y sinapsis activas. Estoy de acuerdo en que no se generarán potenciales de acción, pero las sinapsis inhibitorias seguirán funcionando (al menos con liberación espontánea) y las sinapsis excitatorias seguirán intercambiando iones cuando se activen y admitirán calcio en la célula postsináptica, incluso si pasan poca corriente neta.
@Luke Sin embargo, los canales de calcio están (en este caso) controlados por voltaje.
Entiendo su punto, pero estoy hablando de una situación de estado estable en lugar de una transitoria.
Incluso en el caso de estado estacionario, la afirmación de que "no hay una fuerza impulsora para los cambios actuales" es falsa: todavía hay gradientes electroquímicos en competencia, la apertura de los canales de sodio y calcio aún despolarizará la célula, la apertura de los canales de potasio y cloruro aún hiperpolarizar la célula. De hecho, si asumimos que la terminal presináptica está a 0 mV, los canales de calcio dependientes de voltaje se abrirán, el calcio fluirá hacia la terminal y la sinapsis puede liberar neurotransmisores incluso en ausencia de potenciales de acción.
Los canales de Ca++ de tipo N tienen un rango de -40 a -10 mV (de jneurosci.org/content/24/4/797.long ), y creo que comienzan a cerrarse después de eso para evitar la entrada excesiva de Ca++ en la célula. Nuevamente, creo que tiene un buen punto, y quizás la respuesta debería refinarse con más detalles, pero califiqué el comentario con la declaración entre paréntesis de que todavía hay gradientes. Los canales de sodio pueden abrirse transitoriamente, pero existe el fenómeno del tipo "pie en la puerta" que eventualmente los cierra.
Ya que has contribuido mucho a esta discusión, definitivamente te invitaría a combinar tus comentarios en una respuesta, ya que he aprendido bastante de ellos (¡a veces puedes enseñarle nuevos trucos a un viejo Chuck Sherrington!) @Luke