Las neuronas gastan la mayor parte de su energía en bombas de iones para mantener los gradientes químicos que impulsan su actividad eléctrica. Para tener un potencial de reposo negativo, las neuronas filtran potasio a través de la membrana, lo que me parece una terrible pérdida de energía. Me gustaría saber qué beneficio recibe una neurona a cambio de esta carga metabólica aparentemente innecesaria.
No estoy preguntando cómo se logra el potencial de reposo. Tampoco estoy interesado en la respuesta trivial: que los canales controlados por voltaje están configurados para requerir una transición a través del umbral de -40 mV más o menos para disparar un potencial de acción. Me parece que este umbral es arbitrario; si no hubiera ninguna ventaja en mantener este gradiente, las neuronas habrían evolucionado para evitarlo.
¿Algunas ideas? O mejor aún, ¿indicadores de lugares donde esto ya ha sido respondido?
Mi mejor suposición hasta ahora es la siguiente: el rango total de voltajes disponibles está más o menos fijo entre -90 y +50 mV. Queremos evitar acercarnos demasiado a cualquiera de los extremos, ya que los canales se vuelven menos efectivos cerca de sus potenciales de inversión, por lo que tal vez el rango efectivo sea más como -70 a +30 (para salir de ese rango, debemos sacrificar la velocidad). Dentro de ese rango de 100 mV, dejamos los 30 mV inferiores más o menos para la integración EPSP y los otros 60 mV para los potenciales de acción. Ahora, si el potencial de reposo fuera de 0 mV, el rango dinámico disponible para la integración y el aumento sería mucho menor, lo que probablemente se traduzca en que la salida sea más ruidosa.
Esencialmente, todas las células animales mantienen un equilibrio iónico que provoca un potencial de reposo de aproximadamente -70 mV para mantener su entorno interno, incluidos el pH, las concentraciones de iones, la presión osmótica y el volumen. ( Lodish, Molecular Cell Biology ) Las neuronas se desarrollaron a partir de tipos de células existentes y es poco probable que el costo de mantener el potencial de reposo en la neurona haya impulsado la evolución de un sistema alternativo completo para proporcionar la homeostasis respaldada por el sistema existente.
Tenga en cuenta que la despolarización de la membrana en cualquier lugar particular durante un impulso es muy corta, por lo que el impacto de los flujos de iones tiene un efecto limitado en el entorno interno general de la celda más allá de requerir un ajuste por parte de las bombas de iones para las pérdidas involucradas. Tampoco es obvio cómo podría generarse la característica ondulatoria de un impulso nervioso si la membrana no tuviera un potencial distinto de cero; no habría energía almacenada (en forma de gradientes de iones) disponible para hacer que el pulso se extendiera rápidamente por la membrana.
Otro punto a considerar es que quizás el 15% de la energía de una neurona gastada en reemplazar los iones que se escapan puede tener alguna utilidad oculta. Este documento sugiere que las neuronas en realidad pueden estar configuradas para filtrarse a un ritmo más alto de lo que lo harían si se minimizara.
jonsca
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