clase 3

Somos aproximadamente los dos tercios de agua.

J = -DA ∆C / ∆DJ = VELOCIDAD NETA DE DIFUSIÓND = COEFICIENTE DE DIFUSIONA = SUPERFICIE

Transporte por la membranaTransporte por la membranacelularcelular

• Transporte pasivo o difusión

• Transporte Activo

DifusiDifusióónn•Difusión Simple:

– A través de la bicapa lipídica: Oxigeno,CO2, Nitrógeno.

– Canales proteicos: Aquaporinas, canalesde Na, K, Cl, Mg, Ca.

•Difusión Facilitada:

– Por transportadores

– Glucosa y aminoacidos mediados por laInsulina

Transporte ActivoTransporte Activo

Transporte activo primario

Transporte activo secundario

Transporte activo primarioTransporte activo primario

• Bomba de Na / K

• Bomba de Ca

• Bomba de protones

Transporte activo secundarioTransporte activo secundario

• Cotransporte de glucosa y aminoacidoscon los iones de sodio

• Contratransporte de iones de calcio ehidrógeno con sodio

IONIC CONCENTRATIONS IN LIVINGIONIC CONCENTRATIONS IN LIVINGCELLSCELLS

X Ym

K+Cl-

Prot-

K+Cl-

Efecto Donnan

EfectoDonnan: Situación inicial

Efecto Donnan: En el equilibrio

Si pasa suficiente tiempo, tanto el K como el Cl llegarán al equilibrio.En el equilibrio, los potenciales químicos llegarán a ser cero. Así:

Δμ K = RT ln [K]x/[K]y + F(Ex – Ey) =0Δμ Cl = RT ln [Cl]x/[Cl]y - F(Ex – Ey) =0

Sumando ambas ecuaciones y dividiendo el resultado por RT queda:

ln [K]x/[K]y + ln [Cl]x/[Cl]y = 0ln [K]x/[K]y = - ln [Cl]x/[Cl]y = ln [Cl]y/[Cl]x

[K]x/[K]y = [Cl]y/[Cl]x lo que multiplicando cruzado queda:

[K]x [Cl]x = [K]y [Cl]y

Lo anterior es llamado la ecuación de Gibbs-Donnan y es válida paracualquier par de cationes y un anión en equilibrio entre los dos compartimientos.

Características del equilibrio Gibbs-Donnan

El lado con los aniones fijos (correspondiente alcitosol) tiene:

• Mayor concentración de cationes móviles

• Menor concentración de aniones móviles

• Potencial de membrana negativo

• Mayor presión osmótica, (la cual es compensadaa fin de que la célula no se hinche y explote por lasalida de Na vía la bomba N-K-ATPasa)

FISIOLOGÍACELULAR

EQUILIBRIO IÓNICO

Entender qué significa que un iónesté en equilibrio es la base

para comprender los fenómenosbioeléctricos

¿En que dirección va a fluir un ión en forma espontánea?

En la situación 1: El Na+ tenderá a difundir de A a B por unGradiente de Concentración (GC) y por un Gradiente Eléctrico (GE).

En la situación 2: El Na+ tenderá a difundir de A a B por un GC y deB a A por un GE.

1

2

El gradiente electroquímico surge de lacomparación de estas dos fuerzas

Los fenLos fenóómenos bioelmenos bioelééctricos son elctricos son elfundamento de procesos talesfundamento de procesos tales

como el movimiento, lacomo el movimiento, latransmisitransmisióón de informacin de informacióónn

nerviosa y la secrecinerviosa y la secrecióón glandularn glandular

Potencial de reposoPotencial de reposo

• Es la diferencia de potencial eléctrico que seestablece entre la cara interna y la externa de lamembrana celular. Tiene como sustratofuncional la:

• Desigual distribución iónica a ambos lados de lamembrana producida y mantenida por:

• a) Equilibrio de Gibbs-Donnan

• b) Bomba de Na y K

• c) Difusión pasiva del K

• La ecuación de Nernst nos dice como debería ser elpotencial de membrana para que un ión esté en equilibrio

• La ecuación de Nernst nos da un número teórico

• Frecuentemente, podemos medir el potencial demembrana

• La medición nos da un número real

• La comparación del potencial de Nernst con el potencialde membrana real nos dice importantes cosas

Ecl = FZCl

RT ln[Cle

-][Cli

-]

Donde:Ecl = potencial de equilibrio para el Cl-

R = Constante de los gasesT = Temperatura absolutaF = Constante de Faraday (96.500 coulombs por mol de carga)ZCl = Valencia de Cl- (-1)[Cle

-] = concentración del Cl- en el exterior de la célula[Cli

-] = concentración del Cl- en el interior de la célula

+58

-96

-68

Exterioragua demar

Interioraxón

460

10

540

50

400

40

Na+

K+

Cl-

Potencialdeequilibrio

mV

Concentración

(mmol/L de H2O

Ion

Veamos ahora un ejemplo real de cálculo de potencial demembrana mediante una ecuación que establece que el potencialde membrana es un promedio ponderado de los potenciales deequilibrio de todos los iones a los cuales la membrana espermeable.Usaremos los datos del axón de Jibia:

Vm = (gK/gt) Ek + (gNa/gt) ENa + (gCl/gt) Ecl

gi= es la conductacia de la membrana a un ión en particular.Gt = gK + g Na + gClEi = Potencial de NernstEk = -96 mVENa = +58 mVECl = -68 mVPotencial de reposo calculado = -70 mV

La permeabilidad al agua por difusión es Pf,La permeabilidad al agua por un gradienteosmótico es Pd,

Pf / Pd ~ 1, la mayor parte del agua que

atraviesa la membrana , lo hace por difusiónsimple.En eritrocitos, células epiteliales del túbulo

proximal renal, Pf / Pd > 1Indica que el transporte de agua se realiza através de un poro o canal que facilita el flujode ésta a través de la membrana.

A inicios de la década de 1990, seinformó el hallazgo en eritrocitos deuna proteína de 28 kD, organizada enforma de tetrámeros, que fue llamada

inicialmente CHIP 28 (Channel-likeIntegral Protein of 28 KD), permeable

selectivamente a agua y que explicabala elevada permeabilidad a ésta en las

membranas.

IntroducciIntroduccióónn

• 11 subtipos de acuaporinas

–Divididas en 2 subfamilias

• 1.-Gliceroacuaporinas (3,7,9)

• 2.-Acuaporinas clásicas(0,1,2,4,5,6,8,10)

Muchas enfermedades cuyo origen molecular eradesconocido ha empezado a comprenderse

mejor, Ej: Enfermedades que son secundarias amutaciones puntuales en el gen de una AQP,como cataratas congénitas secundarias a lamutación Glu-134-Gly en AQP067 o diabetes

insípida nefrogénica secundaria a una mutaciónen Arg-187 en AQP268, podrían ser objeto de

terapia génica en el futuro.

Macromoléculas proteicas intramembranosas que permiten elpaso selectivo de iones a su través

“Filtro selectivo”

TIPOS

• Canales no regulables o de goteoMantenimiento del potencial de membrana

• Canales regulables o activos- Canales dependientes de voltaje- Canales operados por receptor- canales operados por segundos mensajeros- canales regulados por estímulos físicos

En 1986 se publicó la secuenciacompleta del ADN que codifica

un canal de sodio.

Mod. Reproduction 129: 251-262, 2005

+ Subunidades

regulatorias

* * * *

*Para canales Na y Ca

Elementos de matriz extracelular

Elementos del citoesqueleto

Organizacion de los canales de calcio activados por potencial

Canales de K: homo o hetero tetrámeros

Mod. Reproduction 129: 251-262, 2005

*

* *

Canales de Ca++ : al menos 10

Canales de K+ : 6TM, 4TM, 2TM….Muuuuchos

Canales de Cl-: al menos 9

“No todos los canales fueron creados iguales”

Canales de Na+ : alrededor de 10

Pharmacol Rev 57:387-395, 2005Sci STKE 253: rel 15, pg 1-17, 2004

Sensor de voltaje

Canales iCanales ióónicos:nicos:regulados por ligandoregulados por ligando