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BIOELECTRICIDAD 
Y 
POTENCIAL DE MEMBRANA
CONCEPTOS BASICOS DE 
BIOFISICA 
• CARGA (q) 
• DIFERENCIA DE POTENCIAL (V) 
• CORRIENTE ELECTRICA 
• CONDUCTANCIA (g) / RESISTENCIA 
• CAPACITANCIA
CARGA 
 CARGA (q) 
- Propiedad intrínseca de electrones y protones. Puede ser positiva o negativa. 
- La unidad de carga en el sistema Internacional de Unidades es el Coulomb (C). 
Un electrón tiene una carga de 1.602 10-19 C mientras que un protón tiene la 
misma cantidad de carga pero de signo contrario. 
- Interacciones eléctricas: Son fenómenos de atracción o repulsión que se dan 
entre cargas positivas (cationes, protones) y/o cargas negativas (electrones, 
aniones) de manera independiente de la masa. 
- Los fenómenos biológicos ocurren en medio acuoso. Los iones más 
importantes del cuerpo humano son el Na+, el K+ y el Cl-. Las 
interacciones eléctricas entre éstos y otros iones están restringidas por 
las membranas biológicas.
LEY DE COULOMB
Campo eléctrico de un 
sistema de cargas 
Campo eléctrico de una carga 
puntual 
Campo eléctrico de un dipolo
CONCEPTOS BASICOS DE 
BIOFISICA 
• CARGA (q) 
• DIFERENCIA DE POTENCIAL (V) 
• CORRIENTE ELECTRICA 
• CONDUCTANCIA (g) / RESISTENCIA 
• CAPACITANCIA
DIFERENCIA DE POTENCIAL 
A B 
La diferencia de potencial entre A y B se relaciona con la diferencia de 
energía asociada al movimiento de carga entre los puntos A y B, bajo la 
influencia de un campo eléctrico 
DVAB = DE / q 
Cuando la energía asociada al desplazamiento de 1 Coulomb es de 1 
Joule, la diferencia de potencial es 1 volt 
Volt = Joule/Coulomb
EQUILIBRIO ELECTROQUIMICO 
flujo neto de K+ = 0 flujo neto de K+ 
de 1 a 2 
flujo neto de K+ = 0
Principio de electroneutralidad
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DIFERENCIA DE POTENCIAL ELECTRICO DEL K+ 
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DIFERENCIA DE POTENCIAL QUIMICO DEL K+ 
R = constante de los gases 
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flujo neto de K+ = 0
ECUACION DE NERNST 
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En el equilibrio electroquímico, son iguales y de signo opuesto: 
Reordenando y operando:
ECUACION DE NERNST 
Si consideramos que 1 y 2 son los compartimientos extra e 
intracelular: 
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J=V/C 
ENa ~ +60 mV 
EK ~ -70 mV 
ECl ~ -70 mV 
ECa ~ +150 mV
POTENCIAL DE MEMBRANA 
CELULAR 
 En una célula, el potencial de membrana es la Energía 
asociada al pasaje de una carga a través de la membrana. 
Los iones pasan por canales transmembrana selectivos. 
 Una célula no se encuentra en equilibrio electroquímico, 
porque la permeabilidad para cada especie iónica varía. Las 
células están en estado estacionario; cada especie iónica está 
sometida a un gradiente electroquímico que genera flujo neto 
de iones, pero NO flujo neto de cargas. 
 El potencial, por ende, estará determinado por el ion con 
mayor permeabilidad. 
 No puede aplicarse la Ecuación de Nernst para calcular el 
potencial de membrana (Vm).
POTENCIAL DE MEMBRANA 
Potencial de membrana 
CELULAR 
[K+] externa
ECUACION DE GOLDMAN-HODGKIN 
Y KATZ 
P = permeabilidad 
Vm = Vintracelular – Vextracelular y por convención Vextracelular = 0
POTENCIAL DE MEMBRANA EN 
CELULAS EXCITABLES 
Conductancia 
en reposo 
1 
0,03 
1 
0 
MUY CERCANO AL POTENCIAL DE EQUILIBRIO DEL K+
BOMBA Na+/K+ ATPasa 
 Si V depende del flujo de iones, y éste de su permeabilidad y su 
gradiente químico, para mantener V habrá que mantener el 
gradiente químico. 
 En un sistema estacionario, como la célula, la bomba 
Na+/K+ ATPasa impide la disipación del gradiente. 
3Na+ 
2K+ 
Extracelular 
Intracelular
TRANSPORTE ACTIVO DIFUSION 
Na/K ATPasa
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la membrana (ej. proteínas) 
LA PRESENCIA DE UN ION NO DIFUSIBLE GENERA UNA 
ASIMETRIA EN LA DISTRIBUCION DE LOS IONES DIFUSIBLES
Cell membrane 
Citosol Fluído extracelular 
+ 
– 
– + 
145 mM K+ 5 mM K+ 
– + 
12 mM Na+ 144 mM Na+ 
– + 
12 mM Cl– 120 mM Cl– 
145 mEq A– (proteinas, – + 
fosfolípidos, fosfatos 
orgánicos, etc) 
– + 
– + 
– + 
29 mEq A– (HCO3 
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PO4 
=, etc) 
EK 
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ENa 
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ECl 
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Electrodo de 
referencia 
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lectura 
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La existencia de aniones impermeables atraen cationes permeables 
hacia el interior de la célula (y aniones). El agua los sigue, la célula se 
hincha. La Na/K-ATPasa es necesaria para bombear el Na+ hacia 
afuera, oponiéndose al efecto Donnan.
CONCEPTOS BASICOS DE 
BIOFISICA 
• CARGA (q) 
• DIFERENCIA DE POTENCIAL (V) 
• CORRIENTE ELECTRICA 
• CONDUCTANCIA (g) / RESISTENCIA 
• CAPACITANCIA
CORRIENTE ELECTRICA 
• El movimiento de un cierto número de cargas (q) x unidad de 
tiempo de un punto a otro de un conductor.
CONCEPTOS BASICOS DE 
BIOFISICA 
• CARGA (q) 
• DIFERENCIA DE POTENCIAL (V) 
• CORRIENTE ELECTRICA 
• CONDUCTANCIA (g) / RESISTENCIA 
• CAPACITANCIA
La permeabilidad del ión se expresa como CONDUCTANCIA 
Conductancia (g) es la inversa de la RESISTENCIA 
(g = 1 / R). La unidad de conductancia es el siemens (S). 
Cuando Vm  Eion, Existe una fuerza impulsora (un gradiente 
electroquímico) para ese ión y hay flujo neto. 
Vm - Eion 
La ley de Ohm Establece que I = V / R, 
Ampere= Volt x Ohm 
que se puede escribir como: 
I = V x g, por lo tanto Iion = gion ( Vm - Eion)
Esa corriente (Iion) fluirá si y sólo si gion  0. 
Cuando la fuerza impulsora de un ión (Vm - Eion) es 
positiva, Iion es positiva. 
Las cargas positivas que se mueven hacia afuera a través 
de la membrana se llaman corrientes positivas 
(salientes). 
Un catión sale o un anión entra. 
Y cuando (Vm - Eion) es negativo entonces la Iion es una 
corriente negativa (entrante) 
Un catión entra o un anión sale.
La Ecuación que utiliza las conductancias y la fuerza 
impulsora para describir el Vm en reposo , para una 
membrana permeable al K+, Na+ y Cl-: 
Vm = 
ECl gCl EK gK + ENa gNa + 
gK + gNa + gCl
Subunidad 
Poro del Canal 
Poro del canal 
Los canales iónicos están compuestos de múltiples dominios transmembrana, en general por 
varias subunidades proteicas idénticas o diferentes, rodeando un poro acuoso con grupos 
aminoacídicos cargados o polares que dejan pasar un tipo o mas de iones.
Ek= - RT ln [K]i 
zF [K]e 
Ek= - 58 log [K]i 
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Pendiente de la curva I-V 
es la conductancia
CONCEPTOS BASICOS DE 
BIOFISICA 
• CARGA (q) 
• DIFERENCIA DE POTENCIAL (V) 
• CORRIENTE ELECTRICA 
• CONDUCTANCIA (g) / RESISTENCIA 
• CAPACITANCIA
+ – 
interruptor eléctrica 
Bloque de 
metal 
Lectura de 
corriente 
Bloque de 
metal 
Pila o batería 
Un dispositivo físico que podemos convertir en un 
capacitor moviendo los bloques de metal 
suficientemente cerca uno del otro (sin que se toquen)
+ – 
+ 
+ 
+ 
+ 
– 
– 
– 
– 
+ 
+ 
+ 
– 
– 
– 
Esto es un capacitor. 
Interruptor 
Conectado 
fluye corriente 
Hasta cargar el 
capacitor 
• CAPACITOR: 
estructura que puede 
almacenar cargas. 
• Un capacitor está 
formado por dos 
láminas conductoras 
separadas por un 
material aislante. 
• Al aplicarse una 
diferencia de potencial 
entre las láminas, se 
produce una 
redistribución de las 
cargas entre las 
placas. 
Se puede convertir en algo que parezca un sistema biológico. 
Los bloques de metal se pueden convertir en compartimientos de fluidos 
electrolíticos y cambiar la capa de aire aislante a una bicapa lipídica 
(membrana) también aislante.
EL CIRCUITO EQUIVALENTE DE MEMBRANA 
extracelular 
intracelular 
+ 
- 
extra 
+ 
intra 
- 
Capacitancia de la 
membrana plasmática: 
1μ F/cm2 
* 
* 
** 
**
Un primer circuito ... 
Los medios ext e int 
son buenos 
conductores 
La membrana 
actúa como un 
capacitor 
Bomba Na/K ATPasa
PROPIEDADES PASIVAS 
Ley de Kirchoff (corrientes) 
TAU = CONSTANTE DE TIEMPO 
TAU = Rm x Cm
CONDUCCIÓN PASIVA 
Constante de Espacio
La probabilidad 
de apertura del 
canal 
Y por ende la 
cantidad total de 
tiempo que 
permanece en 
estado abierto 
es una función 
del potencial de 
membrana y 
aumenta con la 
despolarización.
Para canales iónicos 
Potencial de reversión: 
el Vm al cual no fluye una corriente neta aunque los canales 
estén abiertos 
Corriente de membrana 
Pasos de voltaje
En la placa neuromuscular la Ach abre un canal permeable a Na+ 
y K+ 
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entre los E de equilibrio de ambos iones 
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que 
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inyecta una corriente en el 
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a través de la 
membrana 
SE MIDE LA CORRIENTE de MEMBRANA A DIFERENTES VOLTAJES 
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01- Bioelectricidad y potencial de membrana

  • 2. CONCEPTOS BASICOS DE BIOFISICA • CARGA (q) • DIFERENCIA DE POTENCIAL (V) • CORRIENTE ELECTRICA • CONDUCTANCIA (g) / RESISTENCIA • CAPACITANCIA
  • 3. CARGA CARGA (q) - Propiedad intrínseca de electrones y protones. Puede ser positiva o negativa. - La unidad de carga en el sistema Internacional de Unidades es el Coulomb (C). Un electrón tiene una carga de 1.602 10-19 C mientras que un protón tiene la misma cantidad de carga pero de signo contrario. - Interacciones eléctricas: Son fenómenos de atracción o repulsión que se dan entre cargas positivas (cationes, protones) y/o cargas negativas (electrones, aniones) de manera independiente de la masa. - Los fenómenos biológicos ocurren en medio acuoso. Los iones más importantes del cuerpo humano son el Na+, el K+ y el Cl-. Las interacciones eléctricas entre éstos y otros iones están restringidas por las membranas biológicas.
  • 5. Campo eléctrico de un sistema de cargas Campo eléctrico de una carga puntual Campo eléctrico de un dipolo
  • 6. CONCEPTOS BASICOS DE BIOFISICA • CARGA (q) • DIFERENCIA DE POTENCIAL (V) • CORRIENTE ELECTRICA • CONDUCTANCIA (g) / RESISTENCIA • CAPACITANCIA
  • 7. DIFERENCIA DE POTENCIAL A B La diferencia de potencial entre A y B se relaciona con la diferencia de energía asociada al movimiento de carga entre los puntos A y B, bajo la influencia de un campo eléctrico DVAB = DE / q Cuando la energía asociada al desplazamiento de 1 Coulomb es de 1 Joule, la diferencia de potencial es 1 volt Volt = Joule/Coulomb
  • 8. EQUILIBRIO ELECTROQUIMICO flujo neto de K+ = 0 flujo neto de K+ de 1 a 2 flujo neto de K+ = 0
  • 10. ECUACION DE NERNST DIFERENCIA DE POTENCIAL ELECTRICO DEL K+ F = constante de Faraday = carga de un equivalente z = número de oxidación del K DIFERENCIA DE POTENCIAL QUIMICO DEL K+ R = constante de los gases T = temperatura [K+] = concentración de K+ flujo neto de K+ = 0
  • 11. ECUACION DE NERNST Gradiente eléctrico Gradiente químico En el equilibrio electroquímico, son iguales y de signo opuesto: Reordenando y operando:
  • 12. ECUACION DE NERNST Si consideramos que 1 y 2 son los compartimientos extra e intracelular: z: Número de oxidación del ion F: Constante de Faraday = 9.648 x 104 Coulombs / mol R: Constante de los gases = 8.315 Joules / °Kelvin * mol T: Temperatura en grados Kelvin J=V/C ENa ~ +60 mV EK ~ -70 mV ECl ~ -70 mV ECa ~ +150 mV
  • 13. POTENCIAL DE MEMBRANA CELULAR En una célula, el potencial de membrana es la Energía asociada al pasaje de una carga a través de la membrana. Los iones pasan por canales transmembrana selectivos. Una célula no se encuentra en equilibrio electroquímico, porque la permeabilidad para cada especie iónica varía. Las células están en estado estacionario; cada especie iónica está sometida a un gradiente electroquímico que genera flujo neto de iones, pero NO flujo neto de cargas. El potencial, por ende, estará determinado por el ion con mayor permeabilidad. No puede aplicarse la Ecuación de Nernst para calcular el potencial de membrana (Vm).
  • 14. POTENCIAL DE MEMBRANA Potencial de membrana CELULAR [K+] externa
  • 15. ECUACION DE GOLDMAN-HODGKIN Y KATZ P = permeabilidad Vm = Vintracelular – Vextracelular y por convención Vextracelular = 0
  • 16. POTENCIAL DE MEMBRANA EN CELULAS EXCITABLES Conductancia en reposo 1 0,03 1 0 MUY CERCANO AL POTENCIAL DE EQUILIBRIO DEL K+
  • 17. BOMBA Na+/K+ ATPasa Si V depende del flujo de iones, y éste de su permeabilidad y su gradiente químico, para mantener V habrá que mantener el gradiente químico. En un sistema estacionario, como la célula, la bomba Na+/K+ ATPasa impide la disipación del gradiente. 3Na+ 2K+ Extracelular Intracelular
  • 19. EQUILIBRIO de GIBBS-DONNAN Membrana semipermeable Diferentes concentraciones de iones Iones que NO puedan atravesar la membrana (ej. proteínas) LA PRESENCIA DE UN ION NO DIFUSIBLE GENERA UNA ASIMETRIA EN LA DISTRIBUCION DE LOS IONES DIFUSIBLES
  • 20. Cell membrane Citosol Fluído extracelular + – – + 145 mM K+ 5 mM K+ – + 12 mM Na+ 144 mM Na+ – + 12 mM Cl– 120 mM Cl– 145 mEq A– (proteinas, – + fosfolípidos, fosfatos orgánicos, etc) – + – + – + 29 mEq A– (HCO3 –, PO4 =, etc) EK -90mV ENa +66mV ECl -61mV –68 mV Electrodo de referencia Voltímetro Electrodo de lectura ATP 3Na 2K La existencia de aniones impermeables atraen cationes permeables hacia el interior de la célula (y aniones). El agua los sigue, la célula se hincha. La Na/K-ATPasa es necesaria para bombear el Na+ hacia afuera, oponiéndose al efecto Donnan.
  • 21. CONCEPTOS BASICOS DE BIOFISICA • CARGA (q) • DIFERENCIA DE POTENCIAL (V) • CORRIENTE ELECTRICA • CONDUCTANCIA (g) / RESISTENCIA • CAPACITANCIA
  • 22. CORRIENTE ELECTRICA • El movimiento de un cierto número de cargas (q) x unidad de tiempo de un punto a otro de un conductor.
  • 23. CONCEPTOS BASICOS DE BIOFISICA • CARGA (q) • DIFERENCIA DE POTENCIAL (V) • CORRIENTE ELECTRICA • CONDUCTANCIA (g) / RESISTENCIA • CAPACITANCIA
  • 24. La permeabilidad del ión se expresa como CONDUCTANCIA Conductancia (g) es la inversa de la RESISTENCIA (g = 1 / R). La unidad de conductancia es el siemens (S). Cuando Vm Eion, Existe una fuerza impulsora (un gradiente electroquímico) para ese ión y hay flujo neto. Vm - Eion La ley de Ohm Establece que I = V / R, Ampere= Volt x Ohm que se puede escribir como: I = V x g, por lo tanto Iion = gion ( Vm - Eion)
  • 25. Esa corriente (Iion) fluirá si y sólo si gion 0. Cuando la fuerza impulsora de un ión (Vm - Eion) es positiva, Iion es positiva. Las cargas positivas que se mueven hacia afuera a través de la membrana se llaman corrientes positivas (salientes). Un catión sale o un anión entra. Y cuando (Vm - Eion) es negativo entonces la Iion es una corriente negativa (entrante) Un catión entra o un anión sale.
  • 26. La Ecuación que utiliza las conductancias y la fuerza impulsora para describir el Vm en reposo , para una membrana permeable al K+, Na+ y Cl-: Vm = ECl gCl EK gK + ENa gNa + gK + gNa + gCl
  • 27. Subunidad Poro del Canal Poro del canal Los canales iónicos están compuestos de múltiples dominios transmembrana, en general por varias subunidades proteicas idénticas o diferentes, rodeando un poro acuoso con grupos aminoacídicos cargados o polares que dejan pasar un tipo o mas de iones.
  • 28.
  • 29. Ek= - RT ln [K]i zF [K]e Ek= - 58 log [K]i [K]e Pendiente de la curva I-V es la conductancia
  • 30. CONCEPTOS BASICOS DE BIOFISICA • CARGA (q) • DIFERENCIA DE POTENCIAL (V) • CORRIENTE ELECTRICA • CONDUCTANCIA (g) / RESISTENCIA • CAPACITANCIA
  • 31. + – interruptor eléctrica Bloque de metal Lectura de corriente Bloque de metal Pila o batería Un dispositivo físico que podemos convertir en un capacitor moviendo los bloques de metal suficientemente cerca uno del otro (sin que se toquen)
  • 32. + – + + + + – – – – + + + – – – Esto es un capacitor. Interruptor Conectado fluye corriente Hasta cargar el capacitor • CAPACITOR: estructura que puede almacenar cargas. • Un capacitor está formado por dos láminas conductoras separadas por un material aislante. • Al aplicarse una diferencia de potencial entre las láminas, se produce una redistribución de las cargas entre las placas. Se puede convertir en algo que parezca un sistema biológico. Los bloques de metal se pueden convertir en compartimientos de fluidos electrolíticos y cambiar la capa de aire aislante a una bicapa lipídica (membrana) también aislante.
  • 33. EL CIRCUITO EQUIVALENTE DE MEMBRANA extracelular intracelular + - extra + intra - Capacitancia de la membrana plasmática: 1μ F/cm2 * * ** **
  • 34. Un primer circuito ... Los medios ext e int son buenos conductores La membrana actúa como un capacitor Bomba Na/K ATPasa
  • 35. PROPIEDADES PASIVAS Ley de Kirchoff (corrientes) TAU = CONSTANTE DE TIEMPO TAU = Rm x Cm
  • 37. La probabilidad de apertura del canal Y por ende la cantidad total de tiempo que permanece en estado abierto es una función del potencial de membrana y aumenta con la despolarización.
  • 38. Para canales iónicos Potencial de reversión: el Vm al cual no fluye una corriente neta aunque los canales estén abiertos Corriente de membrana Pasos de voltaje
  • 39. En la placa neuromuscular la Ach abre un canal permeable a Na+ y K+ El potencial de reversión para este canal será un valor intermedio entre los E de equilibrio de ambos iones Corriente de membrana Potencial de membrana CURVA I / V
  • 40. EN QUE CONSISTE EL CLAMPEO DE CORRIENTE Y EL CLAMPEO DE VOLTAJE ? CONFIGURACIONES DEL REGISTRO: REGISTROS EXTRACELULARES (mido corriente o voltaje de varias células cercanas al electrodo) REGISTROS INTRACELULARES REGISTROS de PATCH CLAMP
  • 41. TECNICA DE CLAMPEO DE VOLTAJE Un electrodo interno mide cambios de voltaje El amplificador de clampeo de voltaje mide voltaje real y lo compara con el voltaje requerido (obligado) Electrodo que inyecta corriente Cuando el Vm real es distinto del Vm obligado el sistema inyecta una corriente en el axón para contraponer el cambio y obligar al Vm a ser igual al voltaje obligado Mide la corriente que fluye al axón y a través de la membrana SE MIDE LA CORRIENTE de MEMBRANA A DIFERENTES VOLTAJES FIJADOS EXPERIMENTALMENTE
  • 42. Patch clamp (registros de canales únicos) SE usa con CLAMPEO DE VOLTAJE Registro las corrientes a través de la membrana