Movimientos trans-membranas: Organización de las …fisiologiaanimalunfv.pbworks.com/w/file/fetch/58295236... · · 2018-04-27Potencial de Acción ... pueden cruzar la membrana

Clase 2-Fisio 2010 Mg. Ana Gutiérrez Román 1

•

Movimientos trans-membranas: Organización de las membranas biológicas. Difusión simple. Difusión facilitada.

•

Transporte activo; primario, secundario.•

Transporte vesicular: Pinocitosis. Endocitosis. Exocitosis.

SEMANA 2


Las Membranas Biológicas

Funciones1.

Definen límites celulares/compartimentos.2.

Regulan el transporte molecular.3.

Organizan secuencias complejas de reacciones.

Propiedades Específicas:1.

Insolubles: Resistentes a presiones

2.

Flexibles: Deformables, acompañan crecimiento y movimiento

3.

Autoensamblaje: Se autoreparan, dinámica de fusión/fisión

4.

Selectivamente Permeables: transporte de metabolitos, generación de energía, generación de señales

Clase 2-Fisio 2010 2Mg. Ana Gutiérrez Román

Clase 2-Fisio 2010 Mg. Ana Gutiérrez Román 3Clase 2-Fisio 2010 3Mg. Ana Gutiérrez Román

Figura 1: Elementos de las membranas celulares (plasmática). Los sistemas efectores repartidos sobre la membrana están anclados en un bicapa lipídico.

Las membranas celulares contienen:Adhesión y Reconocimiento celular

Estructura tisularComunicación química

Entrada de elementos nutritivosSalida de productos del catabolismo –

Salida de elementos sintéticosPotencial transmembrana –

bioelectricidad –

Potencial de Acción –

Comunicación nerviosaControl del volumen celular –

Control de la contracción muscular


Figura 2: Elementos y funciones de las membranas de las células (epitelio -

endotelio). Los mensajes recibidos y los movimientos de entrada y de salida a menudo conciernen a efectores diferentes sobre ambas caras. Los movimientos trans-epiteliales pueden efectuarse a través de las células o también a través de los espacios intercelulares.


Figura 3: Representación esquemática de una unión incompleta (comunicante -

gap

junction) entre dos células.

Estas estructuras son muy numerosas en ciertos tejidos, permiten el paso de una célula a la otra de las soluciones que tienen hasta un peso molecular del orden de 1000 a 1500 D (iones, elementos nutritivos, etc).

Forman un canal constituido por la asociación de dos elementos trans-

membranas (conexiones) que forman un poro de ±1,5 nm

rodeado de 6 subunidades idénticas de connexina. Las connexiones

son generalmente agrupados en placas más o menos anchas, al nivel del cual, el espacio intercelular es muy reducido (2 -

3 nm

en lugar de 10 a 15 nm).


Mecanismos de Transportes a través de Membranas Biológicas

•Mecanismo de Transporte pasivo:•Difusión simple•Difusión a través de canales•Difusión facilitado

•Mecanismo de Transporte activo•Gradientes iónicos

•Cotransporte•Contratransporte

•Selectividad de membrana•Endocitosis y Exocitosis



Siguiendo el criterio de tamaSiguiendo el criterio de tamañño molecular en: o molecular en:

1.1.

Transporte de molTransporte de molééculas pequeculas pequeññas.as.

Dentro de este, se pueden distinguir dos clases de transpoDentro de este, se pueden distinguir dos clases de transporte:rte:a. Transporte activo (requiere enera. Transporte activo (requiere energgíía)a)b. Transporte pasivo (no requiere eb. Transporte pasivo (no requiere energnergíía)a)

2.2.

Transporte de macromolTransporte de macromolééculasculas..

Este tipo de transporte tambiEste tipo de transporte tambiéén se puede subdividir en dos :n se puede subdividir en dos :

a. Exocitosis (excrecia. Exocitosis (excrecióón de sustancias)n de sustancias)b. Endocitosis (incorporacib. Endocitosis (incorporacióón de sustancias)n de sustancias)

Clasificación de Transporte a nivel de las membranas biológicas



Transporte pasivo Transporte activo

Difusión Simple Difusión facilitada

Proteínas transportadoras

Proteínas de canales

Bombas para iones

Canales iónicos

Proteínas transportadoras

Transporte de Moléculas Pequeñas



Transporte pasivoTransporte pasivo

El transporte pasivo es el intercambio de partEl transporte pasivo es el intercambio de partíículas entre los culas entre los medios intra y extracelulamedios intra y extracelula, en este , en este transporte debemos transporte debemos separar las partseparar las partíículas de intercambio entre nutrientesculas de intercambio entre nutrientes

(difusi(difusióón)n)

y aguay agua

(osmosis)(osmosis), pues son procesos diferentes pero , pues son procesos diferentes pero complementarios.complementarios.



DifusiDifusióón simplen simple

LaLa

difusidifusióón simple se puede realizar directamente con la doble n simple se puede realizar directamente con la doble capa de fosfolcapa de fosfolíípidos o a travpidos o a travéés de protes de proteíínas nas transmembranastransmembranas..EjemploEjemplo: los l: los líípidos y solventes orgpidos y solventes orgáánicos (alcohol) pasan a nicos (alcohol) pasan a travtravéés de la capa de ls de la capa de líípidos, por el fenpidos, por el fenóómeno de afinidad.meno de afinidad.

Las demLas demáás mols molééculas e iones atraviesan la membrana por culas e iones atraviesan la membrana por diferencia de tamadiferencia de tamaññoo; las de menor ; las de menor peso molecularpeso molecular

atraviesan atraviesan la membrana por los canales con relativa facilidad.la membrana por los canales con relativa facilidad.


Características:

El transporte se realiza sin gasto de energEl transporte se realiza sin gasto de energíía.a.El transporte es a favor de la gradiente de concentraciones de sEl transporte es a favor de la gradiente de concentraciones de soluto; oluto;

siempre desde un lugar con mayor concentracisiempre desde un lugar con mayor concentracióón a un lugar de menor n a un lugar de menor concentraciconcentracióón.n.El transporte se realiza de un medio hipertEl transporte se realiza de un medio hipertóónico a un medio hipotnico a un medio hipotóónico.nico.


DIFUSIÓN SIMPLECorresponde al desplazamiento neto de la materia de una región a otra en función al gradiente de concentración y de los movimientos de agitación térmica de las moléculas en solución.

Estos desplazamientos son regidos por la ley de Fick

según la cuál, la cantidad de solución (ΔN) quién emigra en un tiempo (ΔT) sobre una distancia (ΔX) es inversamente proporcional a esta distancia y es proporcional a la superficie del plano de migración (A) así

como a ldiferencia

de concentración (ΔC) existente de una y otra parte de este plano (figura).

D = coeficiente de difusión.


Ley de Fick

(1855, biofísico Fick) Formula la velocidad de difusión de partículas . En su forma simplificada, esta ley se formula:

Q = -

(dc/dx) A . D (Ec.1)Donde: Q = la velocidad de paso del soluto (mg/seg) perpendicularmente a la interfase

dc/dx

= gradiente de concentración (cambio de concentración en mg/ml a lo ancho de la interfase (cm) que separa las dos soluciones A = área de la interfase (cm2) D = coeficiente de difusión (cm2/seg)

El coeficiente de difusión depende

de:•Temperatura•Propiedades de la sustancia que difunde•Naturaleza del medio (interfase) a través de la cual se realiza la difusión. El signo negativo simboliza que el paso de materia tiene lugar "cuesta-abajo" es decir, desde la solución más concentrada a la menos concentrada.



Dado que la fisiología estudia la difusión a través de membranas, se puede introducir en la ecuación anterior el ancho de la membrana (equivalente al término dx) como parte del coeficiente de difusión, originándose la constante de permeabilidad:

P = D/dx

(Ec.2)Donde: dx

= grueso de la membrana (para las membranas biológicas se asume usualmente un espesor de 75 Armstrong

P = constante de permeabilidad (cm.s-1)

Cuando se sustituye la constante de permeabilidad en la (Ec.1)

y se asume que la disminución de la concentración de la sustancia que difunde es lineal a medida que cruza la membrana, la Ley de Fick

se formula:

Q = P.A

([C1

] –

[C2

])

(Ec.3)

Donde:C1

y C2

son las concentraciones del soluto a ambos lados de la membrana



Moléculas que atraviesan la membrana por difusión simple


El El aguaagua, el , el anhanhíídrido carbdrido carbóóniconico

y el y el oxoxíígenogeno

se encuentran entre se encuentran entre las pocas mollas pocas molééculas simples que culas simples que pueden cruzar la membrana celular pueden cruzar la membrana celular por por simple simple difusidifusióónn. E. El l anhanhíídrido drido carbcarbóóniconico

se regenera se regenera constantemente dado que es constantemente dado que es producido en las cproducido en las céélulas como lulas como consecuencia de fenconsecuencia de fenóómenos menos metabmetabóólicos, y como la fuente estlicos, y como la fuente estáá

en el interior de la cen el interior de la céélula, el flujo lula, el flujo neto del neto del CO2CO2

es hacia el exterior de es hacia el exterior de la cla céélula. Los procesos metablula. Los procesos metabóólicos, licos, requieren usualmente requieren usualmente oxoxíígenogeno, , cuya concentracicuya concentracióón es mayor en el n es mayor en el exterior de la cexterior de la céélula, por lo tanto su lula, por lo tanto su flujo neto es hacia el interior.flujo neto es hacia el interior.


Figura. Permeabilidad relativa (POROS) del alga Chara a diferentes soluciones con arreglo al coeficiente de reparto aceite / agua. Para las sustancias de tipo "urea", el diámetro de los círculos da una idea relativa de sus dimensiones.

El coeficiente de reparto (K)Mide la solubilidad difeencial de una sustancia en dos disolventes.

Donde:[sustancia]1

es la concentración de la sustancia en el primer disolvente y, análogamente [sustancia]2

es la concentración de la misma sustancia en el otro disolvente.


Figura: Permeabilidad relativa de la membrana de los glóbulos rojos a diferentes soluciones hidrosolubles con arreglo a sus dimensiones relativas.

Estudios "hidrodinámicos" condujeron a la idea de poros no selectivos; éstos que tienen un diámetro medio de 4,2 Å

en la membrana de los glóbulos rojos por ejemplo.

La interpretación de los datos relativos a los poros

es difícil y debe estar considerada en la actualidad como un concepto operacional más que como un sistema correspondiente a una estructura fisicoquímica particular y claramente definida.

POROS


CANALES ESPECÍFICOS

Figura: Representación esquemática de la organización probable de un canal en Na

+ epitelial (ENaC), sensible al amiloride.

Comprende 4 unidades (2 solamente son representadas aquí) conteniendo cada una 2 segmentos helicoidales trans-membranas M1 y M2 arreglado alrededor de un canal central y el amiloride

(A) puede bloquear bastante específicamente su apertura. Podría que, en ciertos casos, el canal contenga sólo 3 unidades y no 4.Según Horisberger

(Cur. Op. Cell. Biol

., 10, 443, 1998), modificado.

Se trata de proteínas intrínsecas de naturaleza oligomericas. La mayoría de las veces constituidas por un número variable de unidades trans-membranas homólogas. Estas unidades son organizadas de tal modo que delimitan un poro que atraviesa la membrana. Presentan un número variable de segmentos (dominios) helicoidales unidos entre ellos por segmentos extra e intracelulares. Su arreglo en la unidad, lo mismo que el arreglo de las unidades las unas con relación a otros, determinan las características específicas del canal.


Resulta pues que los canales jónicos

son totalmente derivados, a pesar de sus especificidades funcionales a veces muy diferentes, de algunas estructuras proteicas que difieren a veces sólo a muy poca entre ellas. Podemos así

distinguir en la actualidad:

1.

Canales cuya actividad (la probabilidad de apertura) depende del

potencial de membrana (Kv, Nav, Cav).

2.

Canales modulados por iones incluido H+ (ASIC, KCa, KNa). El canal KATP formaría parte de este grupo, aunque en numerosos casos, la estructura de estos canales todavía no sea conocida.

3.

Canales directamente acelerados por receptores. Los mejores ejemplos estudiados son los receptores-canales que intervienen en la transmisión sináptica. Están constituidos por 5 unidades que tienen 4 dominios helicoidales.

4.

Canales acelerados por segundos mensajeros, tal como el AMP cíclico o el GMP cíclico. Tales canales intervienen por ejemplo en el mecanismo de transduccion

al nivel de los receptores retinianos y olfativos. De estructura próximas el de los canales de voltaje parecen estar constituidos por un ensamblaje de 4 unidades que posee cada una 6 segmentos helicoidales trans-membranas y un rizo intramembrana

entre los segmentos 5 y 6.


Ósmosis:

(* membrana semipermeable: permite el paso de disolvente pero no de soluto)

La ósmosis u osmosis

es un fenómeno que consistente en el paso del solvente

de una disolución desde una zona de baja concentración de soluto

a una de

alta concentración, separadas por una membrana semipermeable.



Movimiento de agua y efecto disolvente

El flujo osmótico de agua es bastante importante, puede dar cuenta de un flujo neto de solución que va en contra de el gradiente de concentración.

Fisiológicamente, las interacciones agua-soluto son importantes sólo al nivel del epitelio que presenta flujos netos importantes de agua, Ej: piel, vejiga de batracios, intestino, riñón, vasos sanguíneos.

Estos flujos van a establecerse una diferencias entre presión hidrostática (Phydr) y presión osmótica (Posm) de los compartimientos con arreglo al flujo osmótico de agua en respuesta a la producción de un gradiente osmótico.


•

En realidad, el flujo de agua tiene lugar de la región de mayor concentración de agua a la región de menor concentración de Agua.

la ósmosis es un fenómeno determinado por un gradientede concentraciones.

H2

O H2

O------------------

Plasma sanguíneo

300 mOsm5 mOsm

Agua dulce



Figura. Componentes de la presión de ultrafiltración responsable del establecimiento de un flujo en masa a nivel del glomerulo

de Malpighi

en el hombre. Otro ejemplo sería a nivel de los capilares sanguíneos.


Figura: Flujo de agua a nivel del epitelio.

A: Relaciones entre los flujos entrantes de agua y de Na

+ al nivel del intestino delgado de la rata (valores relativos).B: representación esquemática, los compartimientos 1, 2 y 3 hacen referencia al modelo descrito C a continuación.C: sistema modelo de Curran y MacIntosh

que permite demostrar el establecimiento de un flujo neto de agua que va en contra de un gradiente osmótico aparente (caso del intestino).D: vista en microscopía electrónica de la cara mucosa de un intestino de mamífero. Observe las junciones apretadas que cierran los espacios intercelulares. Según Weiss 1988, modificado.


•Desde un punto de vista termodinámico, el agua fluye de la región de mayor potencial químico a la de menor potencial químico hasta que el incremento de presión hidrostática

equilibra la fuerza debida al gradiente de

concentraciones, y el potencial químico es igual a ambos lados.

Este incremento de presión necesario para contrarrestar el flujo osmótico se denomina presión osmótica (π)



Ecuación de Van´t

Hoff: establece el valor de la presión osmótica (π)

suponiendo que en uno de los lados se tiene disolvente puro (agua) y que en el otro la disolución es diluida.

Igualando en el equilibrio el potencial químico del agua a ambos lados de la membrana se obtiene:

π

= c RT

(c: concentración de soluto)

•

La restricción de disoluciones diluidas puede superarse usando unfactor de corrección denominado coeficiente osmótico (g)

π

= g c RT

•El valor del coeficiente osmótico depende del tipo de sustancia y dela concentración



•

En el caso de sustancias disociables, la presión osmótica es igual a la suma de las presiones osmóticas de los iones en que se disocia.

Así, para una disolución 0.1 M de ClNa

(ClNa

→ Cl-

+ Na+ ):

•

La osmolaridad

mide la concentración efectiva de soluto que determina la presión osmótica total y es el resultado de su concentración real, el valor del coeficiente osmótico y (en el caso de sustancias disociables) de su grado de disociación

En el caso de sustancias disociables la osmolaridad

suele depender del valor del pH del medio.



Ejemplos:

Osmol = Peso molecular de la sustancia * Elementos en los que se disocia

En el caso del cloruro sódico (NaCl) en una concentración de 1 mol%:Peso molecular del sodio (Na) = 23 g/celPeso molecular del Cloro (cloro) = 35,5 g/mol (cualquiera) Peso molecular del Na

+ Cl = 58,5 g/cel

Osmol NaCl = 58,5 * 2 = 117Osmoles

Para el CaCl2

en una concentración de 1 mol%:Peso molecular del Calcio (Ca) = 40 g/molPeso molecular del Cloro (Cl) = 35,5 g/mol, en este caso X 2 ya que es CL2

Peso molecular del CaCl2

= 111 g/mol.

Osmol CaCl2

= 111 * 3 = 333OsmolesClase 2-Fisio 2010 27Mg. Ana Gutiérrez Román


En consideraciones fisiológicas celulares, la presión hidrostática que se origina de diferencias de presión osmótica es de gran interés:

•Sólo en el caso de membranas realmente semipermeablesen relación a todos los componentes de la disolución, la diferencia de presión osmótica es igual a la diferencia de presión hidrostática

•

Para disoluciones con varios componentes y diferentes propiedades de permeabilidad, la relación entre las diferencias de presión osmótica (.πi) para los distintos solutos y la diferencia de presión hidrostática (.p) a ambos lados de la membrana es:

σi: Coeficiente de Reflexión de Staverman

del soluto i



•

El Coeficiente de Reflexión de Staverman

(σi) tiene en cuenta que los solutos pueden penetrar en mayor o menor grado en la membrana y está

dado por la relación:

donde νd, νs

representan el “ritmo”

del movimiento (~ velocidad) del disolvente y soluto en la membrana, respectivamente.

•

Cuando

Vs

~ 0, se tiene que σs ~ 1, que corresponde a membrana completamente impermeable al soluto, y se recupera la situación clásica .p ~ π.•Si Vs

~ Vd, σs ~ 0, con lo cual .p ~ 0. En este caso, la membrana permite el paso de soluto y disolvente, y se alcanza un estado de equilibrio con una distribución homogénea de sustancia.



•

La membrana celular es permeable al agua y si la concentración de solutos es grande frente al exterior, debido al fenómeno de la ósmosis, se producirá

la

entrada de agua en la célula. La célula se hincha y, finalmente, puede romperse.



•

Para evitar este problema, las células desarrollan varios sistemas:

-

las células animales bombean solutos (transporte activo), principalmente iones, al exterior.-

en el caso de las plantas, las células presentan una pared

celular rígida, que tolera importantes diferencias osmóticas.-

en algunos protozoos, el exceso de agua que fluye por

ósmosis se recoge en vacuolas que descargan su contenido en el exterior.



Equilibrio electroquímico.

•

Se tiene un sistema con dos fases, cada una con una disolución de una sal AB, con diferentes concentraciones en las fases I y II

•

La sal está

completamente disociada en los iones A y B•

La membrana permite el paso del ión A , pero no del B•

Existe un equilibrio osmótico entre las dos fases



•El paso del ión A de una fase a otra debido al gradiente de concentraciones lleva a un aumento de la diferencia de potencial través de la membrana.

•

El proceso de difusión de A se verá

frenado por un fuerte campo eléctrico, llegándose a una situación de equilibrio para A en la que el gradiente de concentración se compensa con la fuerza eléctrica (gradiente de potencial eléctrico)



•

En el equilibrio, el potencial electroquímico de A debe ser el mismo en las dos fases:

•

De este modo:

Suponiendo la temperatura igual en las dos fases y que no haydiferencia de presión debido al equilibrio osmótico (μΑ0Ι

= μΑ0ΙΙ):



•

La ecuación de Nernst

permite calcular la distribución de iones como función del campo eléctrico, así

como

el campo eléctrico (diferencia de potencial a través de la membrana) a partir de la distribución de iones

Ecuación

de Nernst

•

De forma equivalente:



•

La ecuación de Nernst

se refiere a una situación de equilibrio y, en principio, no puede aplicarse para calcular el potencial de membrana de una célula viva, ya que,

“las bombas de iones (transporte activo) llevan a la célula fuera de la situación de equilibrio”.

•

No obstante, algunos tipos de iones, como los iones Cl-, se distribuyen pasivamente y de forma rápida, de modo que se pueden considerar en equilibrio. En este caso, conocida la concentración de iones Cl-

dentro y fuera de la célula, podría usarse la ecuación de Nernst

para obtener

el valor del potencial .ψ

a través de la membrana.



• El estado de Donnan

representa un equilibrio entre dos fases que contienen no sólo aniones (A) y cationes (C), ambos de los cuales pueden pasar a través de la membrana, sino también moléculas (M) para las que la membrana es impermeable.

Equilibrio de Donnan:



•

El equilibrio de Donnan

requiere que los iones se distribuyan de forma pasiva, de acuerdo al equilibrio termodinámico

•

El transporte activo aleja a la célula del equilibrio de Donnan

•

No obstante, el transporte de ciertos iones en la célula como Cl-

y H+ se realiza de forma pasiva y muy

rápida en comparación con el transporte activo, por lo que su distribución puede calcularse de forma aproximada de acuerdo al equilibrio de Donnan.



Una situación modelo de Gibbs-Donnan

•

La membrana es permeable al K+

y al Cl-, pero impermeable a X-

•

Inicialmente el K+

está

en equilibrio pero el Cl-

tiende a fluir de B hacia A

•

A medida que el Cl-

fluye de B hacia A, este genera un potencial de membrana negativo en el lado A.

•

Esto provee una fuerza conductora para que el K+

fluya de B hacia A

Situación inicial



Caracterisiticas

del equilibrio Gibbs-Donnan

•

El lado con los aniones fijos (correspondiente al citosol) tiene:

• Mayor concentración de cationes móviles

• Menor concentración de aniones móviles

• Potencial de membrana negativo

• Mayor presión osmótica



Energía Libre y Transporte

G

= R.T. ln

[Na+]final + z F. Em[Na+]inicial

Em

=

Efinal

– Einicial R = 8.315 J.mol-1.K-1

(1.987 cal.mol-1.K-1

F = 96,480 Cb. Mol-1

(J.mol-1.V-1)(23,059 cal.mol-1.V-1)

1 cal = 4.184 J

En el equilibrio:G

= 0 y Einicio

= Eequilibrio

(final)

Componente químico

Componente eléctrico



DifusiDifusióón facilitadan facilitada

La difusiLa difusióón facilitada implica el movimiento por de una solucin facilitada implica el movimiento por de una solucióón en n en el sentido de su gradiente de concentraciel sentido de su gradiente de concentracióón.n.

El mecanismo implicado clEl mecanismo implicado cláásicamente es representado sicamente es representado esquemesquemááticamente por un sistema "pingticamente por un sistema "ping--pongpong““. En este marco, las . En este marco, las molmolééculas de soluciculas de solucióón son transportadas individualmente de un n son transportadas individualmente de un lado al otro lado de la membrana, como consecuencia de un lado al otro lado de la membrana, como consecuencia de un cambio de configuracicambio de configuracióón del transportador. El sistema es n del transportador. El sistema es reversible.reversible.

Ejemplo. El mecanismo de entrada de glucosa se denomina Ejemplo. El mecanismo de entrada de glucosa se denomina transporte facilitado. Principalmente este mecanismo se realiza transporte facilitado. Principalmente este mecanismo se realiza en en las las microvellocidadesmicrovellocidades

intestinales, neuronas e hintestinales, neuronas e híígado (cgado (céélulas que lulas que requieren glucosa).requieren glucosa).



Figura: El transporte por difusión facilitada.

A: Esquema que ilustra el sistema "ping-pong" en el caso de diferentes tipos de transportistas: uniport, symport

y antiporto.

B: algunos tipos de symport

y de antiporto

de importancia biológica, las soluciones sombreadas son transportadas contra gradiente.


•Hay un # de sitios saturables•Glucosa ingresa a una velocidad de 50,000 veces mayor que por difusión simple.•Coeficiente de permeabilidad de Glu

es 4 veces más.

Características:• Velocidad específica• Cinética de saturación• Susceptibilidad a inhibición• Susceptibilidad a inactivación



Intercambiador Cl-/HCO-3

: banda 3/pAE1

del eritrocito

Efecto Bohr

Capilares sistémicosalta pCO2, baja pO2(metabolismo tisular)

Capilares pulmonaresbaja pCO2, alta pO2

(ventilación)

eritrocito

eritrocito

hemoglobina

Proteína AE1

Anhidrasa carbónica

Anhidrasa carbónica

Cotransporte

antiparalelo.

•Proteína integral•Aumentas la permeabilidad de membrana al HCO-3

en un millón


ProteProteíínas que participan en el transporte a nas que participan en el transporte a travtravéés de la membranas de la membrana

De los sistemas de transporte se conoce:De los sistemas de transporte se conoce:

Su estructura molecular,Su estructura molecular,

La velocidad con que se mueven,La velocidad con que se mueven,

Su afinidad por las sustancias que acarrean, etc. Su afinidad por las sustancias que acarrean, etc.

Se desconoce:Se desconoce:

Su mecanismo de funcionamiento,Su mecanismo de funcionamiento,

Sus limites en la capacidad de reconocimiento,Sus limites en la capacidad de reconocimiento,

Sus limites de selectividad.Sus limites de selectividad.



Clasificación de las moléculas de transporte propuesta en el año 2002 por el comité

de nomenclatura de la

Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular.

A cada transportador se le asigna un número TC, análogo al conocido EC asignado a las enzimas. Este número TC está compuesto por cinco dígitos y corresponde a su lugar en la clasificación jerárquica de las moléculas transportadoras.

Esta jerarquía comprende los siguientes niveles

1. Clase. Corresponde al mecanismo del proceso de transporte2. Subclase. Por el tipo de estructura del transportador, o la fuente

de energía utilizada3. Familia. Por la estructura primaria del transportador4. Tipo. Por la estructura primaria, dentro de una familia5. Transportador.



Las principales clases de transportadores son las siguientes:

1.Poros y Canales.2.Transportadores dependientes del potencial electroquímico de los solutos.3.Trasporte activo primario (Bombas).4.Translocadores de grupo.

Por ejemplo, la síntesis de ATP en mitocondrias, cloroplastos y eubacterias la realiza la ATPasa F, cuyo número esTC.3.A.2.1.1, que significa:

3: Transportador activo primarioA: La energía la suministra la hidrólisis de un enlace pirofosfato2: ATPasas traslocadoras de H+ (o Na+) del tipo F, V, o A, formadas por un tallo hidrofóbico insertado en la membrana y una “cabeza”

hexamérica de tipo 33.1.1: ATPasas F mitocondriales, de cloroplastos o de eubacterias, sintetizadoras de ATP.

Evidentemente, un transportador que, a su vez es una enzima, se podrá clasificar de ambas formas. En nuestro ejemplo anterior, la ATPasa F mitocondrial se clasifica tanto como proteína de transporte con el número TC.3.A.2.1.1 o como enzima con el número EC.3.6.3.14



Figura: el P-ATPases

A: Perfiles de hydrophobicité

comparados por Na

+-+/K ATPase

de membrana y de Ca2 ATPase

del RE (según Shechter

1997, modificado).

B: los diferentes dominios de Ca2 ATPase

del RE.

C: representación esquemática de Na

+-+/K ATPase

y D: esquema de funcionamiento.


Transporte activoTransporte activo

El transporte activo es el intercambio de partEl transporte activo es el intercambio de partíículas entre los dos culas entre los dos medios. Pero este intercambio de partmedios. Pero este intercambio de partíículas se refiere sculas se refiere sóólo a lo a nutrientes, pues el agua se intercambia a travnutrientes, pues el agua se intercambia a travéés de la osmosis. s de la osmosis.

CaracterCaracteríísticas de este tipo de transporte:sticas de este tipo de transporte:

El transporte se realiza con gasto de energEl transporte se realiza con gasto de energíía; utiliza ATP.a; utiliza ATP.El transporte es a contra la gradiente de concentraciEl transporte es a contra la gradiente de concentracióón.n.El transporte se realiza de un medio hipotEl transporte se realiza de un medio hipotóónico a un medio nico a un medio

hiperthipertóónico.nico.Este transporte siempre requiere la presencia de enzimas.Este transporte siempre requiere la presencia de enzimas.

El transporte activo cumple con caracterEl transporte activo cumple con caracteríísticas diferentes al sticas diferentes al transporte pasivo; se utiliza como ejemplo la Bomba de transporte pasivo; se utiliza como ejemplo la Bomba de Sodio/Potasio o la Bomba de HidrSodio/Potasio o la Bomba de Hidróógeno para su estudio:geno para su estudio:



Usa energía (generalmente obtenida de la hidrólisis de ATP), a nivel de la misma proteína de membrana produciendo un cambio conformacional

que resulta en el transporte de una molécula a través de la proteína.

Las ATPasas o "bombas" del transporte

son enzimas que pueden mover iones a través de las membranas biológicas utilizando la energía de la hidrólisis (ruptura) del ATP. Por este mecanismo pueden crear diferencias enormes de concentración y de carga eléctrica a los lados de la membrana.

Existen varios tipos de bombas:

ATPasa

de H+; Para mover protones (H+)ATPasa de Na —

K

; Para mover sodio y potasio.ATPasa de Ca2+ ; Para mover calcio.


Transporte activo primario.


La bombas clase F

Las bombas de clase V (múltiples subunidades de membrana y citosólicas) intervienen en el transporte de H+ de membranas de vacuolas de vegetales y hongos, en los endosomas y lisosomas de células animales y en ciertas células animales secretoras de ácidos (p.ej. osteoclastos)


Las bombas de clase P (compuestas por dos polipéptidos diferentes: alfa y beta) intervienen en el transporte de H+, Na+, K+ y Ca++, se las encuentra en las membranas plasmáticas de vegetales, hongos y bacterias , donde:

En las membranas plasmáticas de eucariotas actúan como bombas de Na+/ K+ y H+/K+ (células gástricas) y este tipo se lo encuentra además como bombas de Ca++ en dichas células (y en el retículo sarcoplásmico de células musculares)


Las bombas de clase ABC (del inglés ATP Binding Cassete, con dos dominios de trasmembrana y dos citosólicos) intervienen en el transporte de iones y moléculas pequeñas.

•

Se encuentran en membranas plasmáticas bacterianas como permeasas asociadas al transporte de aminoácidos y monosacáridos.

•

En retículo endoplásmico de células de mamíferos asociadas al transporte de péptidos relacionados con la presentación de antígenos por las proteínas de CHM, y en membrana plasmática de mamíferos asociadas al transporte de moléculas pequeñas, fosfolípidos y fármacos lipidosímiles pequeños.

•

Esta superfamilia incluye a la MDR1(del inglés MultiDrug Resistence) que exporta un gran número de fármacos y es factor clave de la resistencia de las células cancerosas a los quimioterápicos y a la proteína CFTR (proteína reguladora transmembrana de la fibrosis quística), un canal para el Cl- que es defectuosa en la fibrosis quística.


También llamada bomba de protones, es una enzima presente en las células de la mucosa gástrica.

Esta implicada en la secreción gástrica de ácido clorhídrico.

El ambiente altamente ácido en el estómago (alto [ H+ ]) es esencial para la digestión del alimento.

El pH

del estómago

es alrededor 0.8 a 1.0. Sin embargo, el pH de célula parietal de la mucosa gástrica (Ej. esa

forma la guarnición del estómago) tiene un pH fisiológico típico de 7.4Hay por lo tanto un gradiente del pH a través de la membrana de la

célula mucosa de 6.6 (el gradiente transmembrana más grande).Este gradiente de [ H+ ] es mantenido por el H+, K+ -

ATPasa. Esta proteína de membrana acopla la hidrólisis del ATP al bombeo de H+ fuera de la célula y de K+ dentro de la célula, por lo que el proceso es electricamente

neutro.

Bomba H+, K+ -ATPasa (de tipo P)



•

El ion

de K+

se bombea hacia fuera junto con un ion

del Cl-

en otro proceso eléctricamente neutro usando un sistema asociado del transporte de la membrana.

El beneficio neto es la secreción de HCl

al lado de estas células en el estómago. (el K+ se recicla con eficacia).

•

La bomba H+, K+ gástrico-

ATPasa

es similar en secuencia de aminoácidos y estructura al Na+, K+ -

ATPasa.


K+

K +

Activadores: HistaminasInhibidores: Cimetidina, Astritina, Omeprasol, Rinitidina

.


Bomba sodio/potasio (de tipo P)Bomba sodio/potasio (de tipo P)La proteína Na+/K+ -asa tiene 2

estados conformacionales

E1

que fija Na

(Km=0,2 mM) y E2

que fija K (Km=0,05M).El mecanismo es de la siguiente forma:

El complejo ternario E1

.ATP.3 Na+

El intermediario Aspartil-P: E1

P.3 Na+

Conformación de baja energía y libera Na: E2

-P.3 Na+

E2

-P. 2K

+

y el grupo P se hidroliza dando E2

.2K

+

E2

.2K

+

cambia su conformación a E1

y libera el K

+.

Lo anterior se realiza hasta alcanzar un equilibrio en la [K+] y [Na+] o equilibrar la naturaleza eléctrica de la membrana.



•

Tetrámeros 2α/2β•

Asp-P (vanadato)•

m. plasmática y r. endoplásmico•

Na+, K+, H+, Ca2+ (y otros)

•

Transporte vectorial•

3 Na+ / 2K+ / 1ATP•

Inhibida por vanadato•

Inhibida por cardiotónicos:(ouabaina digoxina)

FUNCIONES

CARACTERÍSTICAS ATPasas tipo P

ACTIVIDAD BIOLÓIGICA

●

control del volumen celular●

control del pHi●

control de [Ca2+]i●importación de metabolitos (cotransporte)●

excitabilidad eléctrica

25-30% consumo ATP>60% en cerebroGRADIENTE Na/K



Mecanismo de Acción de la Bomba Na/K



Glucósidos cardíacos ó

Esteroides cardiotónicosInhibidores de la Bomba de Na/K

DigitalinaDigitoxigeninaOubaína

Se extrae de las semillas de los arbustos africanos Strophanthus gratus y Acokanthera ouabaio.

Digitalis purpurea)



Generalmente la [Ca++] citosólico

es bajo y es

guardado al lado de las bombas de Ca++

-ATPasa en la membrana del plasma

y en las membranas del retículo endoplasmico

(ER).

Estas –ATPasas

son miembros de la familia de las bombas clase-P

transportan el ion

Ca++.

Bomba Ca++

ATPasa (de tipo P)

[Ca++]= 1500 µM

[Ca++]=0.1µM



Se denominan ATPasas

de tipo

P

porque

durante su ciclo catalítico el ATP cede su fosfato terminal a un resto de aspártico, formándose un intermediario fosforilado

(Phosphorilated) de la enzima.

Durante el ciclo de

transporte la enzima pasa por dos estados conformacionales.E1, que está

abierto hacia el citosol

y es más estable en la forma no fosforilada.E2,

es

más estable en la forma fosforilada

y está

abierto hacia el compartimento de salida.

Mecanismo de la bomba de calcio del retículo sarcoplásmico SERCA ATPasa.



Si aumenta la [Ca++], este se une a la calmodulina, que a su vez se une y activa la bomba de Ca++.

Ca++

+ CaM Ca++.CaM + Bomba de Ca++inactiva Ca++.CaM.Bomba de Ca++activa

Calmodulina

Mano EF



Utiliza la energía para establecer un gradiente a través de la membrana celular, y luego utiliza ese gradiente para transportar

una molécula de interés contra su gradiente de concentración.


Ejemplo de Lactosa Permeasa. Escherichia coli establece un gradiente de protones (H+) entre ambos lados de la membrana utilizando energía para bombear protones hacia afuera de la célula. Luego estos protones se acoplan a la lactosa (un azúcar que sirve de nutriente al microorganismo) a nivel de la lactosa-permeasa (otra proteína de transmembrana), la lactosa permeasa usa la energía del protón moviéndose a favor de su gradiente de concentración para transportar la lactosa dentro de la célula.

Transporte activo secundario


Durante la década pasada, varios estudios del cotransporte

han conducido a la propuesta del transporte activo secundario del agua, desafiando el dogma que todo el transporte del agua es pasivo.

La observación principal que conducía a esta interpretación era que una afluencia de Na+ no pudo reproducir la hinchazón grande y rápida de la célula inducida por el cotransport

de Na+/solute.

Hemos investigado este fenómeno comparando el flujo inducido del agua de Na+/glucose

(hSGLT1) para regar flujos accionamos por un actual catión interno (con los canales de ROMK2 K+)

o por una afluencia de la glucosa (que usa GLUT2, un transportador pasivo de la glucosa).

El SYMPOR de Na+ -Glu, usa la bomba de Sodio/Potasio en una primera etapa, genera así

un fuerte gradiente de Sodio a través de la membrana. Luego la proteína "simport" para el sistema Sodio-Glucosa usa la energía del gradiente de Sodio para transportar Glucosa al interior de la célula. La acumulación de la glucosa puede explicar el flujo inicial del agua.


Cotransport

de Na+/glucose


Sistema inhibido por: Floricina


Cotransporte

Estas proteínas eran sobreexpresadas

en los oocytes

de Xenopus

y probadas con las medidas volumétricas combinadas con electrofisiología del doble-

electrodo o medidas radiactivas del captador. Los gradientes osmóticos que conducían los flujos observados del agua eran estimados por la comparación con la hinchazón inducida por choques osmóticos de la amplitud sabida.


Cataliza el intercambio reversible y electroneutro

de un ion

Na+

extracelular por un H+

intracelular, alcalinizando así

el interior de la célula.

La fuerza conductora de este transporte es el gradiente de concentración del ion

Na+

a través de la membrana plasmática, que es a su vez generado por la bomba de Na+

y del pHi, máximo rendimiento a pHi=6,0 y se inhibe a pHi>7,4.

Por lo tanto, el intercambiador Na+/H+constituye un sistema de transporte activo secundario de la célula.

Intercambiador Na+/H+

del Túbulo Proximal del Riñon


Contratransporte

Intercambiador Na+/H+es inhibido competitivamente por la amilorida, una droga diurética, así

como por sus derivados 5-amino sustituidos, como la etilisopropilamilorida.


Transporte de Macromoléculas

Exocitosis Endocitosis

Fagocitosis Pinocitosis



ExocitosisLa exocitosis

es un proceso que tiene como objetivo la excreción de sustancias. Encontramos en este proceso la excreción de enzimas y proteínas o lípidos.

•

En el caso que cumplan funciones de anabolismo proteico, se trasladan al retículo de golgi, y posteriormente a vacuolas, y por último se produce el proceso de exocitosis.

•

En el caso que cumplan funciones de anabolismo de glúcidos, se trasladan al citosol, y posteriormente se realiza exocitosis.

•

En el caso de las proteínas siempre se van a trasladar al retículo de golgi, donde maduran y posteriormente se produce la secreción.

•

En los lípidos, se sintetizan en el retículo endoplasmático liso y luego son segregados en el retículo de golgi.



Exocitosis y Endocitosis



Endocitosis

La

Endocitosis es el mecanismo por el cual son incorporadas ciertas macromoléculas al interior del citoplasma celular.

La endocitosis tiene dos formas bastante frecuentes:

1.

la pinocitosis, que consiste en la incorporación de fluido intracelular y pequeños solutos disueltos, y

2.

la

fagocitosis, que es la incorporación de grandes partículas ( sólidas) como microorganismos o macromoléculas de gran tamaño.



Figura: El fenómeno de Endocitosis


Fagocitosis de tipo inmunitario

El antígeno que hay que ingerir es recubierto con anticuerpos (ligands) reconocidos por receptores específicos de los macrófagos. En este sistema, el antígeno "es presentado en primer lugar" a linfocitos auxiliares por un macrófago. Los linfocitos tan acelerados producen entonces anticuerpos que liberan en la sangre. Éstos van a fijarse específicamente sobre los antígenos y serán reconocidos por receptores específicos sintetizados por los macrófagos, el enlace al inducir receptor-anticuerpo la ingestión. B: vista en microscopía electrónica de un macrófago que ingiere 2 glóbulos rojos senescentes. Observe la membrana del macrófago que se extiende y progresivamente engloba los glóbulos (según Weiss 1988, modificado).


Endocitosis mediada por receptor(Ligando)

("coated pits")

primario

Lisosomasecundario



Referencias Bibliográficas

1.

http://webpages.ull.es/users/bioquibi/temascompletos/transporte/Intr

otransporte.htm.

2.

http://www.scielo.org.co/pdf/med/v15n1/v15n1a01.pdf.3.

http://www.fisionet.org/historia-i.html4.

http://www.chem.qmul.ac.uk./iubmb/mtp


http://webpages.ull.es/users/bioquibi/temascompletos/transporte/Introtransporte.htm

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