La difusión y permeabilidad membrana son procesos fundamentales para el transporte de sustancias a través de las membranas celulares. La difusión ocurre pasivamente según el gradiente de concentración y puede ser simple o facilitada por proteínas transportadoras. La permeabilidad depende de factores como el tamaño, carga y solubilidad de las moléculas, y está regulada por proteínas de transporte selectivas como canales iónicos o proteínas transportadoras. El potencial de membrana se genera por la difusión selectiva de iones

1. DIFUSIÓN Y
PERMEABILIDAD
Lola Mª Fdez de la Fuente Bursón, 1º B

2. CONCEPTOS
• Definición: difusión.
• Gradiente electroquímico y ecuación de Nernst.
• Velocidad y coeficiente de difusión. Ecuaciones: primera ley de Fick de
difusión; Stokes-Einstein.
• Factores que afectan a la tasa neta de difusión.
• Definición: permeabilidad.
• Permeabilidad selectiva. Proteínas de transporte específicas.
• Técnica de parche de membrana o “patch-clamp”.
• Bases físicas de la generación de potenciales de membrana. Ecuación de
Goldman.
• Potencial de membrana de reposo de los nervios. Origen.

3. DIFUSIÓN
• Definición: proceso por el
cual un gas o sustancia en
disolución se dispersa por el
movimiento aleatorio continuo de
sus partículas para llenar el
volumen disponible desde áreas
de alta hacia las de baja
concentración de las mismas.
• Subtipos:
– Simple.
• Intersticios en bicapa.
• Canales acuosos proteicos.
– Facilitada  Proteínas
transportadoras.

4. GRADIENTE ELECTROQUÍMICO Y
ECUACIÓN DE NERNST
• El gradiente electroquímico
surge de la combinación entre
las diferencias de potencial
química y eléctrica.
• Energía libre disponible para
transportar una molécula o ión
a través de la membrana.
• Cuando el desplazamiento
neto es cero, hablamos de un
equilibrio electroquímico.
• Despejando en la ecuación
inicial obtenemos la ecuación
de Nernst, que determina el
potencial de equilibrio de la
membrana referente a un ión
específico cuya magnitud
viene determinada por la
proporción entre las
concentraciones de dicho ión.

5. VELOCIDAD Y COEFICIENTE DE
DIFUSIÓN
• La velocidad de difusión
depende de la primera
ley de Fick, donde J
representa la tasa neta de
difusión expresada en
moles o gramos por
segundo.
• En el caso de las
moléculas esféricas, el
coeficiente de difusión lo
podemos calcular por
medio de la ecuación de
Stokes-Einstein.

6. FACTORES QUE AFECTAN A LA
TASA NETA DE DIFUSIÓN
• Diferencia de concentración. La velocidad con la que
la sustancia difunde hacia el interior celular es
proporcional a la concentración de moléculas en el
exterior y viceversa. Así se mueven las moléculas.
• Potencial eléctrico. Si aplicamos un potencial
eléctrico a la membrana los iones, por estar
cargados, se desplazarán a través de la membrana.
Así se mueven los iones.
• Diferencia de presión: donde haya mayor presión, se
dispondrá de una mayor energía que permita
desplazar las moléculas hacia el otro lado.

7. PERMEABILIDAD
• Definición: capacidad de un material para que un fluido lo
atraviese sin alterar su estructura interna.
• La principal característica de la membrana plasmática es que constituye
una barrera eficaz de permeabilidad selectiva. De esta forma se
mantiene estable el medio intracelular, regulando el paso de agua, iones
y metabolitos, a la vez que mantiene el potencial electroquímico.
• Factores: solubilidad en los lípidos, tamaño y carga de las
moléculas o iones.
– Las moléculas pequeñas no polares y pequeñas moléculas polares
sin carga pasan por difusión.
– El resto de sustancias tienen una permeabilidad limitada, por lo que
entrarán o saldrán de la célula por dos vías:
• Endo o exocitosis.
• Proteínas de transporte específicas.

8. PERMEABILIDAD
SELECTIVA
• Las proteínas específicas de transporte son
muy selectivas.
• Tipos:
– Canales:
• Iónicos (generales o específicos).
• Macromoléculas.
• Acuaporinas.
– Transportadoras o portadoras:
• A favor de gradiente  difusión
facilitada.
• En contra de gradiente  transporte
activo  hidrólisis de ATP 
ATPasas.
• Otra clasificación:
– Uniportadoras
– Simportadoras: en el mismo sentido.
– Antiportadoras: en sentidos opuestos.
• Muchas tienen “compuertas”, activadas por:
– Cambios de voltaje.
– Químicamente, por la acción de un
ligando.
– Físicamente: mecanosensibles.

9. PATCH-CLAMP
• Objetivo: registrar el flujo de la corriente
iónica que atraviesa canales aislados.
• Procedimiento:
1. Apoyo de una micropipeta sobre el
exterior de la membrana.
2. Aspiración de la zona, que dará lugar
al sellado hermético de la misma,
sobre la que registraremos la
corriente.
• Tipos:
– De parche unido a la célula (lo descrito
anteriormente).
– De parche invertido: se trata de
desprender la zona e insertarla en una
solución libre, lo que nos permite
modificar concentraciones y voltajes
tanto dentro de la pipeta como en la
solución.
– De célula entera: consiste en la succión
del parche para e acceso al interior
celular.

10. GENERACIÓN DE
POTENCIALES ELÉCTRICOS
• La diferencia de concentración de iones a través de una membrana selectivamente
permeable y, en consecuencia, su difusión, puede crear un potencial de membrana.
• Existen células excitables: las musculares y las nerviosas.
• En las fibras nerviosas normales encontramos que:
– La diferencia de potencial del potasio es de 94 mV  electronegatividad en el interior.
– La diferencia de potencial del sodio es de 61 mV  electropositividad en el interior.
• Cuando la membrana es permeable a varios iones diferentes, el potencial de difusión
dependerá de:
– La carga eléctrica de cada ión (su polaridad).
– La permeabilidad para cada ión.
– Las concentraciones de dichos iones en el interior y el exterior.
• Estos factores se relacionan en la ecuación de Goldman, que nos permite calcular dicho
potencial:
• Los iones más importantes para los potenciales de membrana son: potasio, sodio y
cloruro.
• Los canales de potasio y sodio experimentan numerosos cambios de permeabilidad.

11. ORIGEN DEL POTENCIAL DE
REPOSO
• El potencial de membrana en reposo de los nervios viene determinado
principalmente por:
– Bomba de sodio-potasio, bomba electrógena pues produce la carga negativa
en el interior de la célula.
– Canal de “escape” de potasio-sodio, 100 veces más permeable al potasio.
• Origen:
– Contribución del potencial de difusión del potasio, que tiene un potencial de
Nernst de -94 mV.
– Contribución de la difusión de sodio a través del nervio, el cual tiene un
potencial de Nernst de +61 mV.
 Al aplicar ambos iones en la ecuación de Goldman, obtendremos un
potencial de reposo de -86 mV, próximo al del potasio debido a su
mayor permeabilidad.
– Contribución de la bomba de sodio-potasio, que crea un grado adicional de
negatividad al provocar la pérdida de cargas positivas en el interior. Este
grado es de alrededor de -4 mV adicionales.
 Todos estos factores unidos dotan a la membrana de un potencial de
reposo de -90 mV.

12. BIBLIOGRAFÍA
• GUYTON & HALL, Tratado de Fisiología Médica,
Ed. Elsevier Saunders, 10ª edición (2003).
• BERNE Y LEVY, Fisiología, Ed. Elsevier Mosby,
2006.
• GANONG, Fisiología Médica, El Manual
Moderno, 2004.
• http://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Portad
a
• http://search.creativecommons.org