clase 3
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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