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MEMBRANAS
TRANSPORTADORES, CANALES Y BOMBAS
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Dover_AST_2001073_lrg.jpg
LÍPIDOS EN SEÑALIZACIÓN TRASPORTADORES, CANALES Y BOMBAS
PARA CLASE DE: LUNES, 6 DE OCTUBRE
1. TRANSPORTE PASIVO DE GLUCOSA INCLUYENDO BOX 11-1
2. INTERCAMBIADOR CLORURO-BICARBONATO, CLASES DE SISTEMAS DE TRANSPORTE, TIPOS DE TRANSPORTE ACTIVO Y CINÉTICA
3. BOMBAS CERCA PARA EL TRANSPORTE DE CA2+
4. CO-TRANSPORTADOR DE Na+ Y K+ + ATPASAS TIPO V Y TIPO F
5. TRANSPORTADORES ABC INCLUYENDO BOX 11-2
6. TRANSPORTE ACTIVO SECUNDADARIO TRANSPORTADOR DE LACTOSA SIMPORTADOR NA+ GLUCOSA
7. ACUAPORINAS 8. “VOLTAGE-GATED ION CHANNELS”
CANALES DE K+
LÍPIDOS EN SEÑALIZACIÓN TRASPORTADORES, CANALES Y BOMBAS
PARA CLASE DE: LUNES, 6 DE OCTUBRE
INFORMACIÓN GUÍA PARA PRESENTACIONES: LOS TEMAS NO APLICAN A TODOS LOS CASOS Y NO SE LIMITEN SOLO A ESTOS TEMAS
1. TIPO DE TRANSPORTE: A. PASIVO
i. COTRANSPORTE B. ACTIVO
I. PRIMARIO II. SECUNDARIO
2. ESTRUCTURAS PRIMARIAS, SECUNDARIAS Y TERCIARIAS IMPORTANTES EN EL PROCESO DE TRANSPORTE.
3. MECANISMOS DE CATÁLISIS IMPORTANTES EN EL PROCESO DE TRANSPORTE Y LAS CARACTERÍSTICAS CINÉTICAS DEL MISMO
4. FUNCIONES FISIOLÓGICA DE ESTE TIPO DE MECANISMO Y SU INTEGRACIÓN A OTROS PROCESOS CELULARES. EN QUE TEJIDO/ÓRGANOS SE ENCUENTRAN.
5. IMPLICACIONES FISIOLÓGICAS DE DEFICIENCIAS O MUTANTES DE MECANISMOS DE TRANSPORTE, INCLUYENDO ENFERMEDADES Y CONDICIONES RELACIONADAS A DEFICIENCIAS EN TRANSPORTADORES, CANALES Y BOMBAS.
MECANISMOS PASIVOS Y ACTIVOS DE TRANSPORTE DE SOLUTOS A TRAVÉS DE MEMBRANAS
DIFUSIÓN SIMPLE [S] [S]
DIFUSIÓN FACILITADA POTENCIAL DE MEMBRANA Vm
Gradiente o Potencial Electroquímico: Direccionalidad de movimiento depende de (1) el gradiente químico (diferencia en [S]) (2) gradiente eléctrico de la membrana Vm.
EN ACUERDO CON LA SEGUNDA LEY DE TERMODINÁMICA: LAS MOLÉCULAS ESPONTÁNEAMENTE ASUMEN LA DISTRIBUCIÓN MAS AL AZAR Y DE MENOR ENERGÍA.
DIFUSIÓN FACILITADA O TRANSPORTE PASÍVO Cambio negativo de energía asociado al enlace entre soluto y proteína de transporte, ΔGbinding ,
contrarresta el cambio positivo de energía libre asociado a la deshidratación del soluto ΔGdehydration
CANALES FACILITAN EL MOVIMIENTO TRANSMEMBRANAL DE IONES A TASAS QUE SE ACERCAN A LOS LIMITES DE LA
DIFUSIÓN LIBRE (1 X 106 IONES/SEGUNDO) DEMUESTRAN ALGUNA ESPECIFICIDAD PERO NO SON SATURABLES
MUEVEN SOLUTOS A FAVOR DEL GRADIENTE
TRANSPORTADORES O BOMBAS SE ENLAZAN A SU SUSTRATO CON ALTA ESPECIFICIDAD, CATALIZAN A TASAS POR DEBAJO DE LOS LIMITES DE DIFUSIÓN LIBRE Y COMO LAS ENZIMAS, SE SATURAN (MOVIMIENTO LIMITADO POR EL TIEMPO QUE SE
TARDA EN ABRIR Y CERRAR LA BOMBA) PUEDEN SER ACTIVOS Y PASIVOS
TRANSPORTE PASIVO DE GLUCOSA EN ERITROCITOS GLUT1 TRANSPORTADOR DE GLUCOSA
PROTEÍNA INTEGRAL TIPO III (45 Kda) CON 12 SEGMENTOS HIDRÓFOBOS
MODELO DE TRANSPORTE PASIVO DE GLUCOSA POR GLUT1 ENSAMBLAJE DE VARIAS HÉLICES FORMAN CANAL FORRADO DE RESIDUOS HIDRÓFILOS
CINÉTICA DEL TRANSPORTE DE GLUCOSA EN ERITROCITOS VELOCIDAD INICIAL, V0, DETERMINADA POR [GLUCOSA] (“[S]”) FUERA DE LA CÉLULA COMPORTAMIENTO HIPERBÓLICO DE SATURACIÓN ANÁLOGO A REACCIONES ENZIMÁTICAS
MODELO DE TRANSPORTE PASIVO DE GLUCOSA POR GLUT1 [GLUCOSA INTRACELULAR] ES MENOR RELATIVO [GLUCOSA EN LA SANGRE]
Ktransport: Análogo a Km, combinación de tasas de constante características de cada sistema de transporte Cuando [S]out = Kt , V0 =1/2 Vmax
Como no hay catálisis (conversión de sustrato a producto) el proceso es completamente reversible y tiende al equilibrio
TRANSPORTADORES DE GLUCOSA EN HUMANOS CON DIFERENTES AFINIDADES POR GLUCOSA
REGULACIÓN DEL TRANSPORTE DE GLUCOSA POR INSULINA
INTERCAMBIADOR CLORURO-BICARBONATO CATALIZA EL CO-TRANSPORTE DE HCO3
Y CO2 EN LA MEMBRANA DE LOS ERITROCITOS AUMENTO DE 106 EN EL TRANSPORTE DE HCO3
ELECTRONEUTRAL: NO HAY CAMBIO DE CARGA, POR CADA HCO3- QUE ENTRA SALE UN Cl-
TRES CLASES GENERALES DE SISTEMAS DE TRANSPORTE
TRANSPORTE ACTIVO: MOVIMIENTO DE SOLUTOS EN CONTRA DEL GRADIENTE ELECTROQUÍMICO PROCESO ENDERGÓNICO QUE SE COMBINA CON PROCESO EXERGÓNICO
TRANSPORTE ACTIVO: MOVIMIENTO DE SOLUTOS EN CONTRA DEL GRADIENTE ELECTROQUÍMICO PROCESO ENDERGÓNICO QUE SE COMBINA CON PROCESO EXERGÓNICO
Cambio de energía para transporte de solutos sin carga
Cambio de energía para transporte electrogénico (iones con carga)
CONSTANTE DE GASES IDEALES
TEMPERATURA ABSOLUTA
CARGA DEL ION
CONSTANTE DE FARADAY
POTENCIAL TRANSMEMBRANAL
ATPASAS TIPO-P: TRANSPORTADORAS DE IONES QUE SON FOSFORILADAS REVERSIBLEMENTE FOSFORILACIÓN PROVOCA CAMBIO EN CONFORMACIÓN QUE FACILITA EL TRANSPORTE
EN HUMANOS: 70 ATPASAS TIPO-P QUE COMPARTEN SIMILITUDES EN SECUENCIA Y TOPOLOGÍA ALTA CONSERVACIÓN DE ASP COMO SITIO DE FOSFORILACIÓN
ACTIVADOR INHIBIDOR
CÉLULAS ANIMALES ANTIPORT
PLANTAS Y HONGOS ESTABLECE GRADIENTE DE
IONES
UNIPORT DE IONES DE Ca2+
Mantienen [Ca2+]cytosol = 1µM ACIDIFICACIÓN DEL
ESTOMAGO
SIMILITUD ESTRUCTURAL DE ATPASA TIPO-P EN HUMANOS: 70 ATPASAS TIPO-P QUE COMPARTEN SIMILITUDES EN SECUENCIA Y TOPOLOGÍA
ALTA CONSERVACIÓN DE ASP COMO SITIO DE FOSFORILACIÓN
CICLO DE ACTIVACIÓN POR FOSFORILACIÓN DE BOMBAS CERCA PARA EL TRANSPORTE DE Ca2+
FOSFORILACIÓN PROVOCA CAMBIO EN CONFORMACIÓN QUE FACILITA EL TRANSPORTE
CO-TRANSPORTADOR DE Na+ Y K+ CICLOS DE FOSFORILACIÓN – DE-FOSFORILACIÓN EN UN ASP CRÍTICO PARA EL MOVIMIENTO DE
Na+ Y K+ EN CONTRA DE GRADIENTES ELECTROQUÍMICOS
PRODUCE EL POTENCIAL DE LA MEMBRANA (-50 A -70 mV) ESENCIAL PARA TRADUCCIÓN DE SEÑALES EN NEURONAS
25% DEL CONSUMO ENERGÉTICO TOTAL DE UN HUMANO EN DESCANSO !!!
ATPASAS TIPO-P: TRANSPORTADORAS DE IONES QUE SON FOSFORILADAS REVERSIBLEMENTE FOSFORILACIÓN PROVOCA CAMBIO EN CONFORMACIÓN QUE FACILITA EL TRANSPORTE
EN HUMANOS: 70 ATPASAS TIPO-P QUE COMPARTEN SIMILITUDES EN SECUENCIA Y TOPOLOGÍA ALTA CONSERVACIÓN DE ASP COMO SITIO DE FOSFORILACIÓN
ACTIVADOR INHIBIDOR
CÉLULAS ANIMALES ANTIPORT
PLANTAS Y HONGOS ESTABLECE GRADIENTE DE
IONES
UNIPORT DE IONES DE Ca2+
Mantienen [Ca2+]cytosol = 1µM ACIDIFICACIÓN DEL
ESTOMAGO
CO-TRANSPORTADOR DE Na+ Y K+ CICLOS DE FOSFORILACIÓN – DE-FOSFORILACIÓN EN UN ASP CRÍTICO PARA EL MOVIMIENTO DE
Na+ Y K+ EN CONTRA DE GRADIENTES ELECTROQUÍMICOS
PRODUCE EL POTENCIAL DE LA MEMBRANA (-50 A -70 mV) ESENCIAL PARA TRADUCCIÓN DE SEÑALES EN NEURONAS
25% DEL CONSUMO ENERGÉTICO TOTAL DE UN HUMANO EN DESCANSO !!!
ATPASAS TIPO-V TRANSPORTADORAS DE PROTONES RESPONSABLES POR ACIDIFICAR COMPARTIMIENTOS INTRACELULARES
MANTIENEN VACUOLAS DE PLANTAS Y HONGOS A UN pH ENTRE 3–6 EN CÉLULAS ANIMALES: LISOSOMAS, ENDOSOMAS, COMPLEJO DE GOLGI, VESÍCULAS DE SECRECIÓN
DOMINIO INTEGRAL QUE SIRVE COMO CANAL DE PROTONES
SITIO DE HIDRÓLISIS DE ATP
ATPASAS TIPO-F TRANSPORTADORAS ACTIVAS DE PROTONES EN CONTRA DEL GRADIENTE GUIADAS POR HIDRÓLISIS DE ATP
GRADIENTE ALTO DE PROTONES GUÍA LA REACCIÓN INVERSA= SÍNTESIS DE ATP (ATP SINTETASA) CENTRALES EN LA PRODUCCIÓN DE ATP EN MITOCONDRIA DURANTE FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Y EN
CLOROPLASTOS DURANTE FOTOFOSFORILACIÓN
SITIO DE HIDRÓLISIS DE ATP
DOMINIO INTEGRAL QUE SIRVE COMO CANAL DE PROTONES
TRANSPORTADORES ABC TRANSPORTADORES DEPENDIENTES DE ATP QUE BOMBEAN AMINO ÁCIDOS, PÉPTIDOS, PROTEÍNAS, IONES METÁLICOS, LÍPIDOS, SALES BILIARES Y OTROS COMPUESTOS HIDRÓFOBOS EN CONTRA DEL GRADIENTE
TRANSPORTADORES ABC MDR1 (MULTIDRUG TRANSPORTER): BOMBEA SUSTANCIAS TÓXICAS FUERA DE LA CÉLULA
PREVIENE ACUMULACIÓN DE AGENTES QUIMOTERAPEUTICOS EN ALGUNOS TUMORES
TRANSPORTADORES ABC Levaduras=31 GENES, Drosophila= 56, E. coli= 85 (2% GENOMA)
BTUCD: IMPORTADOR DE VITAMINA B12 EN E. coli FOSFORILACIÓN PROVOCA CAMBIO EN CONFORMACIÓN QUE FACILITA EL TRANSPORTE
CANAL DE IONES DEFECTIVO EN FIBROSIS QUÍSTICA (CF) Acumulación de mucosa en tracto respiratorio obstaculiza paso de aire y crea condiciones que atraen
bacterias patogénica (Staphylococcus aureus y Pseudomonas aeruginosa) CTFR: Similar a Transportadores ABC, pero es un canal de iones de Cl-
Proteínas deficientes en Phe508 se doblan incorrectamente y ocasionan el 70% de los casos de CF
GRADIENTES DE IONES CREADOS POR TRANSPORTE PRIMARIO PROVEEN ENERGÍA PARA EL TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO
TRANSPORTADOR DE LACTOSA Acumulación endergonica de lactosa acoplada al flujo exergonico de protones hacia el interior de la célula
resultando en un cambio negativo en energía libre
SYMPORT
TRANSPORTADOR DE LACTOSA APAREAMIENTO DE RESIDUOS CON CADENAS LATERALES PROTONABLES (Glu325 Y Arg302) FACILITA EL
TRANSPORTE DE PROTONES ROCKING BANANA MODEL!!!
VALINOMICINA: PÉPTIDO IONOFORO QUE SE ENLAZA K+ MUEVE K+ EN CONTRA DEL GRADIENTE Y “DESINFLA” EL GRADIENTE
USADO COMO ANTIBIÓTICO PARA INTERRUMPIR MECANISMOS DE TRANSPORTE Y ASÍ MATAR CÉLULAS MICROBIANAS
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f3/Valinomycin.svg/420px-Valinomycin.svg.png
ACUAPORINAS : CANALES TRANSMEMBRANALES HIDRÓFILOS QUE FACILITAN EL PASO DEL AGUA SE HAN ENCONTRADO EN TODOS LOS ORGANISMOS
MÚLTIPLES GENES POR ORGANISMO QUE CODIFICAN PROTEÍNAS SIMILARES PERO NO IDÉNTICAS
ACUAPORINAS : CANALES TRANSMEMBRANALES HIDRÓFILOS QUE FACILITAN EL PASO DEL AGUA 4 MONÓMEROS IDÉNTICOS: 6 HÉLICES TRANSMEMBRANALES Y 2 HÉLICES CORTAS CON SECUENCIA ASN-PRO-ALA (NPA)
“FILTRO DE ESPECIFICIDAD”=RESIDUO DE ARG CARGADO (ALTAMENTE CONSERVADO) EVITA PASO DE CATIONES COMO H3O+
CANALES DE IONES TASA DE FLUJO ES ORDENES DE MAGNITUD MAS ALTA QUE TRANSPORTADORES-SE ACERCA A LÍMITES DE DIFUSIÓN
NO SON SATURABLES ESTÁN “GATED” O ACTIVADOS EN RESPUESTA A EVENTOS CELULARES
http://apbrwww5.apsu.edu/thompsonj/Anatomy%20&%20Physiology/2010/2010%20Exam%20Reviews/Exam%203%20Review/channels.jpg
CANALES DE IONES TASA DE FLUJO ES ORDENES DE MAGNITUD MAS ALTA QUE TRANSPORTADORES-SE ACERCA A LÍMITES DE DIFUSIÓN
NO SON SATURABLES ESTÁN “GATED” O ACTIVADOS EN RESPUESTA A EVENTOS CELULARES
MEDIDA ELÉCTRICA DEL FLUJO DE IONES POR UN CANAL IÓNICO “PATCH CLAMP”
CANAL DE K+ DE Streptomyces lividans REGIÓN DEL PORO (ALTAMENTE CONSERVADA) CONTIENE FILTRO DE SELECTIVIDAD DE IONES CON PREFERENCIA POR K+
CADA SUBUNIDAD TIENE UNA TERCERA HÉLICE MAS CORTA QUE DA FORMA A’ “FILTRO SELECTIVO” DEL PORO
CANAL DE K+ DE Streptomyces lividans CARGA PARCIAL NEGATIVA DE DIPOLOS ELÉCTRICOS DE HÉLICES CORTAS ESTABILIZAN K+
NA+ ES MUY PEQUEÑO PARA ENTRAR EN CONTACTO CON POTENCIALES LIGANDOS DE O
BASE ESTRUCTURAL DE “VOLTAGE GATING” EN CANALES DE K+ DOMINIO ADICIONAL SIRVE PARA DETECTAR CAMBIOS EN EL POTENCIAL DE LA MEMBRANA
BASE ESTRUCTURAL DE “VOLTAGE GATING” EN CANALES DE K+ DOMINIO ADICIONAL SIRVE PARA DETECTAR CAMBIOS EN EL POTENCIAL DE LA MEMBRANA
S4=RESIDUOS DE ARG
CANALES IÓNICOS ACTIVADOS POR VOLTAJE EN LA FUNCIÓN DE NEURONAS
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