FISIOLOGÍA DEL TRANSPORTE DE MEMBRANA

• Los canales iónicos son una clase heterogénea de complejos proteicos, responsables de la generación y de la mediación de señales entre las

membranas celulares excitables

Se insertan en la bicapa lipídica permitiendo el

paso selectivo de iones

Canales de fuga

•El poro es demasiado pequeño para permitir el paso de iones hidratos.

Mediados por voltaje

•El estímulo para activarlos es el gradiente de voltaje a través de la membrana.

•Se abren compuertas activadas por señales eléctricas.

Mediados por

transmisores o

ligandos

•Se abren compuertas activadas por señales químicas.

CANAL DE SODIO ACTIVADO POR VOLTAJELos canales de sodio son casi exclusivamente selectivos para el paso de sodio y

tienen escasa permeabilidad para otros aniones o cationes. Produce potenciales de acción en respuesta a la despolarización parcial de la membrana.

1

2

3

mu1

H1

PN3TIPO

S

Corresponden a Sistema Nervioso Central

Se expresa en músculo esquelético

ESTRUCTURA DEL CANAL DE SODIO

Subunidad α

Subunidad β1

Subunidad β2

Subunidad α•tiene 4 dominios que conforman el poro de Na+•. Cada dominio está formado por 6 segmentos transmembrana, de los•cuales el cuarto segmento actúa como sensor de voltaje, y los•segmentos 5 y 6 de los 4 dominios forman el poro del canal

Subunidades β son elementos auxiliares que modifican la cinética y la dependencia de voltaje de la apertura y cierre del canal

Sensor del canal GENES EN EL CANAL DE SODIO DEPENDIENTE DE VOLTAJE

La carga negativa del potencial de membrana mantiene cerrada la compuerta

Cuando se pierde la carga negativa, se abre la compuerta y permite la entrada de Na+ y

crea el potencial de acción

CANALES DE POTASIO MEDIADO POR VOLTAJE

Los canales de potasio son reguladores de la excitabilidad celular y juegan un papel importante en la función y farmacología de los sistemas nervioso y cardiovascular conduciendo predominantemente el potasio en una sola

dirección. La corriente de K+ activa en reposo tiende a hiperpolarizar a la membrana

FUNCIONES•Regulan la liberación de neurotransmisores,frecuencias cardiacas, secreción de insulina, la excitabilidad neuronal, el transporte de electrolitos en el epitelio, en la contracción del músculo liso, regulación del volumen celular y la muerte celular.

CARACTERÍSTICAS•Son proteínas atravesadas en la

membrana.•Conducen los iones de K+ a través de

la membrana en función del gradiente electroquímico a una frecuencia de 10(6) a 10 (8) iones/seg.

•Son los que modulan el nivel umbral, frecuencia y latencia de disparo en las células excitables

Tienen un filtro selectivo específico

para el K+

Tienen un mecanismo de compuerta que sirve de

interruptor para la conformación abierta y cerrada

del canal

Tienen una vía o poro permeable al agua que permite

que los iones de K+ fluyan a través de la membrana celular

Es un grupo muy diverso de canales y deacuerdo con las secuencia de aminoácidos incluye a las familias K V 1-9 y K V 10-12

Poro compuesto por subunidad alfa

CANAL DE CALCIO MEDIADO POR VOLTAJE

Activa

•Contracción muscular

•Secreción de neurotransmisores

•Expresión génica

•Modulación de la excitabilidad de membrana

•Crecimiento de neuritas

Tipos de canales

•L•N •P•Q•R•T

Constituyen el enlace fundamental entre las señales eléctricas de la superficie de la membrana y las respuestas bioquímicas intracelulares.

Clasificación más utilizada en base al rango del voltaje necesario para su activación

• Canal de Ca+ de bajo umbral• Canal de Ca+ de alto umbral (L, N, P, Q y R). Se abren en el rango de -20 a 0

mV

ESTRUCTURA

Subunidad principal

•Subunidad α que sirve como poro y sensor del cambio de potencial

Subunidades reguladoras o auxiliares

•Subunidad β•Subunidades α2σ

Subunidad dependiendo del tejido

•Subunidad ϒ del músculo esquelético

•Subunidad neuronal p95

Subunidad α 1Constituida por 4 dominios, que a su vez están formado por 6 segmentos

transmembrana.

Dominios de subunidad α

1

Segmento S4 está altamente cargado y se considera la zona

que actúa como sensor de los cambios

de potencial de membrana

Subunidad alfa2, proteína hidrofílica localizada en la

porción extracelular

Subunidad Beta, proteína hidrofílica localizada en la porción

intracelular

Subunidades ϒy δ, proteínas

lipofílica

Subnidades alfa2 y delta unidas por puente

disulfuro

Subunidad α1

• Codificada por seis genes• La subunidad a1A se expresa en el cerebro y es parte

del canal P y Q. • La subunidad a 18 presenta sitios de alta afinidad para

w-CTx-GVIA, parte del canal de tipo N ampliamente distribuido en el sistema nervioso central.

• La subunidad a 1C es un canal de tipo L.• La subunidad a 1D también es un canal de tipo L, está

distribuido en cerebro y en diversas células endocrinas.

• La subunidad a 1E se expresa en sistema nervioso central y es resistente a todos los bloqueantes de canales de Ca2+ conocidos, podría ser del canal tipo R.

Subunidad β

• 4 tipos de subunidades b .• Todas las subunidades b incrementan la actividad de la subunidad a 1, alteran su sensibilidad al voltaje y su cinética

(usualmente aceleran tanto la activación como la inactivación).

Subunidad α2

• La coexpresión de a 2s con a 1d parece aumentar la expresión de a 1especialmente, en presencia de subunidades beta, por lo que a 2d puede es importante en la determinación de la distribución de los canales de Ca2+

Subunidad γ

• Su expresión en el músculo esquelético sugiere que podría jugar un papel importante en el acoplamiento excitación- contracción.

TIPOS DE CANALES DE CALCIO DEPENDIENTES DE VOLTAJE

Tipo T•Su función está relacionada principalmente con la actividad rítmica (marcapasos) y la entrada de Ca2+ a potenciales negativos .• Presente en células excitables y no excitables.•Son insensibles a iones Ca+ aún en concentraciones elevadas.•Se activan de forma voltaje dependiente a potenciales negativos (-70 mV), observándose la amplitud máxima de la corriente alrededor de -20 mV•Son bloqueados por los iones Ni2+.•Se desactivan (se cierran durante la repolarización) más lentamente que los canales L y N.•Los canales de tipo T son bloqueados, aunque de forma no selectiva, por amilorida, difenilhidantoina y octanol y son resistentes a las dihidropiridinas

Tipo L•Distribuidos en todas las células excitables y en la mayorías de las células no excitables•Constituyen la principal vía de entrada de iones Ca2+ en las células de los músculos cardíaco, esquelético y liso.•Contribuye a controlar la secreción de neurotransmisor, en mecanismos de acoplamiento excitación, contracción en las células neuroendocrinas.•Potencial de activación depende del tipo celular.•[Ca2+]i desempeña un papel fundamental en el proceso de inactivación de los canales de Cal' de tipo L y en general de todos los canales de alto umbral, pero en células cardíacas la inactivación también depende del potencial de membrana

Farmacología de Canales de Ca+ tipo L (antagonistas del calcio):

•1,4-dihidropiridinas (DHP) (nifedipina, nitrendipina, nimodipina).• Benzotiazepinas (diltiazem).• Fenilalquilaminas (verapamil).• Piperacinas (flunaricina, cinaricina, etc.).

Tipo N•Precisan grandes despolarizaciones para su activación e inactivan.•Canales específicos del sistema nervioso.•Son insensibles a las DHP y a su bloqueo por w-CTx-GVIA y por w-conotoxina MV11C w-CTx-MVIIC a concentraciones mayores de 100 nM.•Las conotoxinas w-CTx-MVIII se han estudiado para tratamiento de patologías asociadas a canal tipo N.

Tipo P•Tienen una conductancia de 10-15 pS•Su activación es voltaje dependiente.•La corriente de Ca+ es bloqueada por FTX, Cd2+ y Co2+ •No se afecta por otros bloqueantes de canales de Ca2+.

•Funciones relacionadas con: la generación de actividad intrínseca, la modulación de la actividad neuronal y liberación de neurotransmisores .

CANALES ACTIVADOS POR LIGANDOS

RECEPTORES DE ACETILCOLINA

En la periferia, la acetilcolina es el neurotransmisor del sistema

nervioso parasimpático.

En el cerebro de los mamíferos, el efecto fisiológico más importante de la acetilcolina es una reducción de la permeabilidad a K+, de tal forma que

las neuronas sensibles a la acetilcolina son más susceptibles a otras

influencias excitatorias

Se han identificado distintos subtipos de receptores colinérgicos (nicotínicos y muscarínicos) para el neurotransmisor Acetilcolina

SÍNTESIS Y LIBERACIÓN DE ACETILCOLINAEl

neurotransmisor se sintetiza

en el soma neuronal

Viaja por el axón

Es introducido a vesículas

sinápticas por un

transportador de 12 dominios tranmembrana

lesLas vesículas

están unidas al citoesqueleto de la porción presináptica

mediante SINAPSINAS I Y

II

Las sinapsinas son

fosforiladas por cinasas I y

II Las vesículas

dejan de unirse al

citoesqueleto y realizan un proceso de maduración

La sinaptotagmin

a funciona como sensor de Ca++, que

termina el proceso de fusión de la vesícula con ayuda de los

complejos formados por

sintaxina, SNAP-25, NSF y

proteinas de unión a NSF o

1 SNAPs.

La acetilcolina actúa sobre los receptores o es escindida por

la acetilcolinester

asa

RECEPTORES DE ACETILCOLINA

•Es el receptor de tipo nicotínico.•Son receptores ionotrópicos..•Distribuidos en todas las áreas cerebrales con inervación colinérgica y su localización en las terminales nerviosas es preferentemente presináptica.• Permite el paso de gran cantidad de iones Na+ y un poco de Ca2+.

Receptor que

permite la

abertura de

canales iónicos

•Receptor de tipo muscarínico•Están presentes en diversos órganos y tejidos en la periferia (tejido cardiaco, músculo liso y glándulas exocrinas) y dentro del sistema nervioso central.•Subtipos: M1, M2, M3, M4 y M5, todos son metabotrópicos, tienen siete hélices transmembranares y están acoplados a diferentes proteínas G.

Receptor que

interactúa con

proteínas unidas a

nucleótidos de

guanina

Receptor nicotínico

de Na+Formado por 5 subunidades

Cada subunidad tiene 4 dominios

transmembranales

Al unirse a su ligando permite la

entrada de Na+ que despolariza la

membrana

2 subunidades α+ 1β + 1γ + 1δ

segmentos M1, M2, M3 y M4

Receptor nicotínico

de Na+

RELEVANCIA CLÍNICAExisten diversas funciones cerebrales en las que la acetilcolina y sus receptores tienen una función

reguladora. Esta función se ve ejemplificada de manera significativa por algunos procesos patológicos, relacionados con alteraciones en la transmisión colinérgica

RECEPTOR GABA A

El GABA en su receptor GABAA supone la apertura del canal de

Cl-

La entrada de Cl- produce una hiperpolarización de la membrana

sináptica

Los receptores GABA A son canales de cloro activados por ligandos, que promueven la inhibición sináptica rápida del cerebro

5 subunidades con 4 elementos

transmembrana Los M2 de cada subunidad forman el poro del canal de Cl-

IMPORTANTE:El neurotransmisor GABA funciona como

inhibidorEl neurotransmisor GLUTAMATO funciona

como excitadorAmbos regulan la excitabilidad de las

neuronas Los fármacos que aumentan los eventos

inhibitorios de GABA disminuyen los eventos excitatorios regulados por Glutamato.

• El GABA se encuentra en todo el cerebro, pero su mayor concentración está en el cerebelo. • Las neuronas GABAérgicas están localizadas en la corteza, hipocampo y las estructuras

límbicas.

Síntesis de Gaba a partir de ácido glutámico

Síntesis

Introducción a vesículas

Liberación por estímulos nerviosos

Unión a Receptor GABAA O GABAB

El GABA procede de la neocorteza inhibidora 4S-8S y del sistema estrio palidal

GABA Transaminasa se degradada a semialdehído

succínico y convierte el gaba en succinato

Función: El GABA actúa sobre los receptores postsinápticos de alta afinidad al sodio y los

receptores de baja afinidad, abriendo los canales ionóforos de cloro e hiperpolarizando

la membrana logra inhibir la estimulación postsináptica.

El fosfato de piridoxina es cofactor de la glutámico

deshidrogenasa y se obtiene de la vitamina B6

GABAA•Ionotrópicos •Situado en la membrana plasmática del terminal post sináptico y se relaciona con los receptores de las BZD•Abren canales de cloro

GABAB•Metabotrópicos•Ubicados en la membrana plasmática de los terminales pre y post sinápticos no tienen relación con los receptores benzodiazepínicos•Aumentan la permeabilidad del K+.•Asociado a proteína G.

-La subunidad alfa: seis isoformas.-La subunidad beta :cuatro isoformas.La subunidad gamma: tres isoformas.La subunidad delta: una isoforma.La subunidad epsilon: dos isoformas

.

Unión a GABA-B presináptico: Disminuye la entrada de calcio y disminuye la

liberación de glutamato.Unión a GABA-B postsináptico: Produce la salid de Potasio al espacio extracelular

RECEPTORES DE GLUTAMATO

• Las neuronas glutaminérgicas poseen tres tipos distintos de receptores ionotrópicos de glutamato que se unen liberada por las neuronas presinápticas.

• Los receptores se denominan según sus agonistas específicos:– AMPA (propionato de alfa amino 3-

hidroxi-5-metil-4-isoxazol.– NMDA (N-metil-D-aspartato).– Kainat (kainato).

El glutamato es el neurotransmisor excitatorio principal

RECEPTOR AMPA • Activados por amino-hidroxi-5-metil-isoxazol-propionil y por glutamato.• Permeables a Na+ y K+, y un poco permeables a Ca++.• Consisten en heterotetrámeros que constan de dímeros de GluR2 y

dímeros de cualquiera de las GluR1 GluR3 o GluR4• Se encuentran en la mayoría de las neuronas postsinápticas excitatorias

en el que median excitación rápida (se abre y cierra rápido).• La subunidad GluR2 controla la permeabilidad del canal.

Glu-R1, Glu-R3 y Glu-R4 que

permiten la entrada de Na+ y Ca+

Glu-R2 sólo deja pasar Na+ y no deja pasar Ca++

RECEPTOR NMDA

5 Subunidades• NMDAR1:

dónde se une la glicina.

• NMDAR2A–NMDAR2D: sitio de unión del glutamato.

Activación• Se activan

mediante la unión simultánea de glutamato y glicina

• activados por N-metil-D-aspartato y por glutamato,

• Permeables a Na+ y K+, que son bloqueados por Mg+ El Mg+ bloquea el canal

hasta que haya despolarización parcial de

la membrana porque desplaza los iones.

Cada subunidad

tiene 4 segmentos

RECEPTOR DE KAINATOSubunidad

GluR5

Subunidad

GluR6

Subunidad

GluR7KA1 KA2

Una importante función en la regulación de la liberación de la neurotransmisor inhibitorio

GABA ya que se encuetran en las sinapsis presinápticas.

El exceso de excitación de los receptores de glutamato ha sido asociada con la fisiopatología de la lesión hipóxico, hipoglucemia, accidente cerebrovascular y la epilepsia

TRANSPORTE DE GLUCOSA

PROTEÍNAS DE MEMBRANA IMPLICADA CON EL TRANSPORTE DE GLUCOSA

Transportadora de sodio y glucosa (SGLUT)

Transportadores de glucosa (GLUT)

En células absorbentes del intestino delgado y células de la reabsorción en el túbulo contorneado

proximal

SGLTFormados por 14 dominios transmembranales con orientación de hélica alfa

Estos se diferencian en1) la afinidad por la glucosa y el

sodio; 2) El grado de inhibición frente

a la florizina; 3) La capacidad para

transportar glucosa o galactosa

4) La ubicación tisular

SGLT1 •Alta afinidad por la glucosa.•Transporta dos moléculas de sodio por una de glucosa o galactosa.•Se expresa en el intestino delgado y en el segmento S3 de la nefrona proximal.

SGLT2 •Transporta una molécula de sodio por una de glucosa•Se expresa en el riñón, en los segmentos S1 y S2, pero no en el intestino.•Es el encargado de reabsorber el 90% de la glucosa filtrada por el riñón.

SGLT3 •Transporta dos moléculas de sodio por una de glucosa• No hay estudios funcionales del SGLT 3 en humanos.

GLUT La glucosa ingresa a la célula en cuatro etapas: • Se une al transportador en la cara externa de la Membrana.• El transportador cambia de conformación y la glucosa y su sitio de unión quedan

localizados en la cara interna de la membrana.• El transportador libera la glucosa al citoplasma.• El transportador libre cambia nuevamente de conformación, expone el sitio de

unión a la glucosa en la cara externa y retorna a su estado inicial.

GLUTCon 12 dominios transmembranales con hélice alfa.

En las membranas basolaterales de la porción contorneada y recta es para reabosorcion de glucosa y el

resto es para nutrición

Poca afinidad con glucosa. Es muy sensible al aumento de glucosa. Se expresa en células B pancreáticas.

En el tejido cerebral funciona en secuencia con el GLUT 1 (ubicado en la barrera hematoencefálica), lo que permite un transporte de la sangre hasta la neurona

Se expresa en los tejidos donde el transporte de glucosa es dependiente de insulina: el músculo (cardíaco y esquelético) y el tejido adiposo

Vesículas unidas a aminopeptidasa, sinaptobrevina y

proteina GTP

Estímulos para exocitosis:La presencia de insulina, la contracción muscular, la estimulación

eléctrica y la hipoxia

IMPORTANTE: Estudios demuestran que elejercicio además de incrementar el efecto de la insulina, también incrementa el

número de GLUT 4 en la membrana plasmática y en los túbulos transversos

El gen del GLUT 10 se ha relacionado con susceptibilidad para presentar

diabetes mellitus no insulinodependiente

Se considera un segundo sistema de transporte de glucosa dependiente de insulina