Transporte a travs de las membranasLa membrana plasmtica es permeable a pequeas molculas en grado diverso y perfectamente impermeables a los iones minerales u orgnicos. As, las bicapas de fosfolpidos para permitir un transporte eficaz posee mecanismos especficos, de hecho, estos son protenas transportadoras o canales proteicos. Todos los sistemas de transporte estn constituidos por protenas intrnsecas, transmembranarias que atraviesan la membrana mltiples veces formando una va continua a travs de la bicapa

Transporte a travs de las membranasTrminos comunes en relacin con las modalidades de transporte.- Cuando se transporta un solo compuesto, se habla de uniporte - Cuando 2 solutos (o ms) son transportados simultneamente se hace

referencia a cotransporte.- Cuando el transporte de 2 solutos se realiza en el mismo sentido se

habla de simporte, cuando se realiza en sentidos opuestos antiporte

Transporte a travs de las membranasDifusin proceso que da en molculas sin carga, es un movimiento espontneoque no necesita aporte de energa exterior y se realiza desde un compartimento ms concentrado al ms diluido, en donde el movimiento se realiza en el sentido del gradiente de concentracin. Las clulas tambin son capaces de transportar iones o molculas contracorrriente del desplazamiento relacionado con el simple gradiente de concentracin gracias a un mecanismo que se denomina bombeo Desde este punto de vista se puede distinguir: Los mecanismos de transporte pasivo, o espontneos. Los mecanismos de transporte activo, que necesariamente requieren de una fuente de energa.

Transporte a travs de las membranasTransporte pasivo por difusin simple. Este transporte tiene su origen en la diferencia de concentraciones de sustancias disueltas sin carga entre 2 puntos dados. As, se distinguen dos tipos de transporte por difusin simple. - La difusin lipoflica, la que experimentan un nmero limitado de molculas capaces de disolverse en la capa de lpidos de la membrana plasmtica y por lo tanto atravesarla con facilidad como los gases N2, O2, CO2, hormonas y esteroides y hormonas tiroides relativamente hidrofobas. - Difusin de agua a travs de los poros (ejemplo aquaporinas)

Transporte a travs de las membranas

Transporte a travs de las membranasTransporte pasivo por Difusin facilitada: Permeasas Existe una familia de transportadores proteicos que actan acelerando la difusin de diversos compuestos a travs de la bicapa de lpidos, en este caso se habla de difusin facilitada y de permeasas.

Transporte a travs de las membranas

Transporte a travs de las membranasCanales Inicos. Constituyen una amplia categora de protenas transportadoras que funcionan segn el principio de un canal acuoso simple y presentan una alta selectividad. Se genera a travs de un transporte pasivo y se lleva a cabo en el sentido de un gradiente de concentracin y gradiente de cargas elctricas preexistentes. Los canales inicos presentan una caracterstica fundamental se comportan como puertas cerradas de apertura breve y regulada por una seal exterior.

Transporte a travs de las membranas

Transporte a travs de las membranasHay diversos tipos de canales.1)

Canales que se abre por accin de la modificacin del campo elctrico transmembranario (canales regulados por el potencial de membrana) Canales sensibles a la fijacin de un ligando que puede ser un in, un neurotransmisor, o inclusive una protena (canales regulados por un ligando). Canales sensibles a fenmenos mecnicos (canales regulados mecnicamente)

2)

3)

Transporte activo primarioEste transporte es efectuado por complejos proteicos denominados bombas, que en general utilizan la energa del ATP para impulsar nicamente iones a travs de la membrana contra su gradiente de concentracin. Son abundantes y de tipos distintos y transportan uno o varios iones, ejemplos: Bombas Na+/K+ Bombas Na2+ Bombas protones

Bombas Na+/K+ de clulas animales La concentracin de iones K+ es aproximadamente 30 veces mas alta en el interior de las clulas que en el exterior, mientras que para los iones Na+ ocurre lo contrario con un factor de 10a 15. El origen de estos desequilibrios inicos se debe a la presencia de la bomba Na+/K+ ubicada en la membrana plasmtica, que deja a los iones Na+ en el exterior y concentra simultneamente los iones K en el hialoplasma, oponindose sin cesar a los gradientes de concentracin de dichos iones.

Bombas Na+/K+ de clulas animalesLa bomba consiste es una ATPasa (enzima hidrolizante del ATP) que permite: 1) Las transferencia Na+ y K+ estn acopladas de manera obligatoria a la hidrlisis del ATP. 2) Para que se inicien los intercambios es indispensable la presencia simultnea de iones K+ en el exterior de las clulas y de iones Na+ en el interior. 3) La ouabana acta como inhibidor en el exterior de las clulas, donde se encuentra en competencia con el K+ a nivel de un sitio de enlace comn. 4) Por cada ATP que se hidroliza, se intercambian 3 Na+ y 2 K+, este transporte es un mecanismo activo de 6 etapas.

Bombas Na+/K+ de clulas animales

Bombas Na+/K+ de clulas animales El intercambio de iones conduce a un desequilibrio entre las 2 caras de la membrana y componente del potencial elctrico que caracteriza a la membrana plasmtica de toda clula viva. Para impedir la tendencia de los iones Na+ a entrar a la clula, la bomba Na+/k+ tambin se encarga de abatir la presin osmtica interna y asegura un volumen constante del hialoplasma

Bomba de Ca2+En ecuariotes la concentracin de Ca2+ en el hialoplasma es muy baja (10-7 M) mientras que en el medio externo es 104 veces mas alta. El gradiente de Ca2+ se mantiene gracias a una bomba dependiente del ATP ubicada en la membrana citoplasmtica y cuya actividad es capturar el Ca2+ libre intracelular. Esta bomba tambin se observa en la membrana de un compartimento vesicular interno del tipo retculo endoplasmtico liso, llamado compartimento de retencin de Ca2+, presente en todas la clulas, pero bien desarrollado en las clulas musculares estriadas (retculo sarcoplsmico) Las bombas de Ca2+ dependientes del ATP tienen la funcin de secuestrar y acumular iones de Ca2+ en vesculas especializadas. El inters de mantener concentraciones bajas de Ca2+ se debe a este Ion es un mensajero secundario y toda seal que conduce a su afluencia en el hialoplasma implica una serie de acontecimientos y a la activacin de mecanismos fisiolgicos.

Bomba de Protones.Estos transportadores se encuentran en la membrana plasmtica de clulas vegetales, hongos y algunas bacterias y permiten expulsar iones H+ debido a la energa de hidrlisis del ATP. Su papel fisiolgico es mantener un gradiente inico transmembranario. Se observa tambin esta bomba en el comportamiento vacuolar en vegetales y endosmico en animales. En el caso de estos ltimos, las bombas funcionan acumulando H+ en el lumen de las vesculas. Esto provoca y conlleva la activacin de hidrolasas cidas que se liberan del compartimento endosomal.

Transporte activo secundarioEste tipo de transporte no utiliza la hidrlisis del ATP como fuente directa de energa. Sin embargo se consideran activos por que transportan a los iones de molculas orgnicas en contra de un gradiente de concentracin; esto se efecta mediante el apareamiento de de este transportador con otro compuesto, el cual se desplaza espontneamente en el sentido de su gradiente, por lo general este acta como motor, generalmente un in sometido a un fuerte gradiente de concentracin que es producido por las bombas que utilizan ATP o por reacciones de oxidoreduccin. As la fuente de energa utilizada es energa potencial almacenada en forma de gradiente.

Transporte activo secundario Este tipo de sistema implica un cotransporte y la protena que lo efecta debe contener 2 sitios de reconocimiento 1 para el in motor y otro para el soluto que transportar. En esta forma la unin del in motor a a su sitio induce un transicin alostrica de la protena, que favorece a la fijacin del soluto sobre su sitio correspondiente. El gradiente determina el sentido del transporte, as este puede ser reversible.

Transporte activo secundario

Transporte activo secundario Este tipo de transporte permite que se transporten simultneamente un ion y una molcula orgnica, o bien 2 iones. Es conveniente distinguir 2 casos segn sea el transporte: antiporte y simporte, ejemplos: Simporte Na+/glucosa Transportador bacteriano de lactosa Intercambiadores regulados por el gradiente de iones H+ Antiporte Na+/H+ Intercambiador de aniones HCO3-/Cl-

Transporte activo secundario

Expresin de tipos de protenasy La membrana celular expresa el mismo tipo de proteinas en todas las clulas?? y NO, de acuerdo a la funciny Neuronas: ms canales de Na+ y Msculo liso: menos canales de Na+

MEMBRANA BIOLOGICADifusin simple (compuestos no polares, a favor de gradiente de concentracin) Difusin facilitada (a favor de un gradiente electroqumico)

Transporte activo primario (en contra de un gradiente electroqumico)

Transporte de iones mediado por un ionforo (a favor de gradiente electroqumico)

Canal inico (a favor de gradiente electroqumico)

Transporte activo secundario (en contra de gradiente electroqumico, dirigido por un in que se mueve a favor de su gradiente)

COMPOSICIN DEL PLASMAPlasma } Lq. IntersticialNo electrolitos H2CO3 HCO327 Na + 152 Cl 113 HPO 3-2 4 c. Org. 6 Prot 16 K+ 157

ClulaH2CO3 HCO3-

PO 4-3 152

K+ 5 Ca +2 5 Mg+2 3

Na + 14 Mg+2 26

Prot 74

Equilibrio Gibbs-DonnanSituacin: e i Se encuentran aniones y cationes + difusibles en interior y exterior de la + - clula Se encuentran aniones no difusibles en el interior de la clula Todos los iones en el equilibrio se distribuirn segn: C+i A-i = C+e A-e Para lograr la electroneutralidad se deber observar: C+i= A-i + P-i , C+e= A-e

C A P

C A

Consecuencias: Se genera un potencial de membrana Se genera una diferencia de concentraciones inicas entre el interior y el exterior de la clula

Equilibrio Gibbs-Donnan

Clula

y Na+ superior en exterior de la clula y K+ superior en el interior. y Las cargas + del Ki son contrarestadas por aniones no difusibles, A(protenas)

y La tendencia de K+ ser a salir, creando una carga negativa del interior de la clula respecto al exterior. La salida de K+ hacia el exterior se interrumpe cuando el potencial de membrana alcanza un valor que contrarresta al de escape , es decir cuando las fuerzas de mocin elctrica y qumica se han igualado, o lo que es lo mismo, cuando el potencial electroqumico del K+ es cero. Esta situacin de equilibrio terico en la que no hay un flujo neto de K+ en la membrana de la clula se dice que este in ha alcanzado su POTENCIAL DE EQUILIBRIO

POTENCIAL ELECTRICO DE MEMBRANA CELULAR ECUACIN DE NERST

Sirve para calcular el potencial de equilibrio de un in que est distribuido desigualmente a travs de una membrana, siendo sta permeable a dicho in. E = RT ln [Ci] ZF [Ce] Donde, y E= potencial de equilibrio (mV) y R= constante de los gases y T= temperatura absoluta (Kelvin) y Z= carga del in y F= consante de Faraday y [Ce] y [Ci] son las concentraciones del in a cada lado de la membrana

POTENCIAL DE MEMBRANA CELULAR

. El potencial de membrana resulta de la integracin de lospotenciales de los distintos iones , y K+ que tiene una concentracin intracelular ms alta, y por tanto tiende a salir , y Na+ y Cl- y Ca 2+ que tienen una concentracin mucho ms alta en el exterior que en el interior, y por tanto tendern a entrar en la clula. Ecuacin e Gol an

Potencial de membrana

y Es la diferencia de potencial generada cuando un in se difunde siguiendo su gradiente de concentracin. y No genera cambios en la concentracin del in.

Potencial de equilibrioy Dada una diferencia de concentracin y una membrana semipermeable, se genera una diferencia de potencial (potencial de difusin). y La carga que se transporta a un lado de la membrana retarda y luego detiene la mayor difusin del in.

y

El POTENCIAL DE EQUILIBRIO se opone o equilibra exactamente a la tendencia de la difusin de un in a seguir la diferencia de concentracin.

Potencial de equilibrioy Se calcula mediante la Ecuacin de NERNST

E = -2.3 RT log 10 (Ci) zF (Ce) y 2.3 RT/F = cte. 60 mV a 37 oC y Z = carga del inEn el potencial de equilibrio, el flujo neto de iones a travs de la membrana es cero.

Potencial de membrana en reposo (de -50 a -90 mV)y Es la diferencia de potencial entre el exterior y el

interior de la clula en reposo. y Es el potencial promedio debido a la difusin de todos los iones que pueden atravesar la membrana.

yPorqu es negativo??

Potencial de membrana en reposo

Porqu es negativo??y La membrana en reposo es de 20 a 100 veces ms

permeable al K+ que a los otros iones.y El K+ se mueve del LIC al LEC y deja un exceso de cargas negativas hacia el lado citoplasmtico de la membrana celular.

y La bomba de Na+/K+ genera negatividad adicional

(5 a 20%).

Canales inicosy Son vas celulares con filtros de selectividad y con

compuertas que los ponen en estados conformacionales funcionales diferentes:y REPOSO: cerrado, pero disponible para su apertura por

estmulos qumicos o elctricos. y ACTIVADO: abierto, permite el paso de una corriente inica. y INACTIVADO: cerrado, y NO disponible para su abertura

Cambios en el potencial de membrana. DEFINICIONESy DEPOLARIZACION: el potencial cambia de

-90 mV hacia O mV (menos polarizado) y UMBRAL: nivel de potencial donde suficiente depolarizacin ha ocurrido para generar un potencial de accin. y REPOLARIZACION: el potencial vuelve de O mV hacia -90 mV (se polariza de nuevo) y HIPERPOLARIZACION: el potencial se vuelve ms negativo (se polariza) que el potencial de reposo

Potencial de accin+50 mV 0 depolarizacin repolarizacin umbral

-50

hiperpolarizacin -100 0 1 2 msec

Cambios de Na+ y K+ durante el potencial de accinUn potencial de accin se refiere a la serie de cambios de potencial y DEPOLARIZACION:y Se abren las compuertas m, se activan los canales de

Na+, fluye Na+ hacia el LIC

y REPOLARIZACION:y Se abren las compuertas n, se activan los canales de K+,

fluye K+ hacia el LEC