TRANSPORTE DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CELULAR Fisiología 1

INTRODUCCIÓN • La membrana celular esta compuesta por una bicapa lipídica con gran

número de moléculas proteicas insertadas en los lípidos, no es miscible con el liquido Extra e Intracelular.

• Las moléculas proteicas tienen propiedades totalmente diferentes para transportar sustancias llamadas proteínas transportadoras.

• Otras tiene canales acuosos permitiendo el movimiento libre de agua, iones o moléculas seleccionadas, llamadas proteínas de los canales.

• Ambas son selectivas para los tipos de

moléculas o iones que pueden atravesar

la membrana.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL LIC Y LEC

• Estas diferencias son muy importantes para la vida de la célula

• Los mecanismos de transporte

producen estas diferencias

DIFUSIÓN FRENTE A TRANSPORTE ACTIVO

• El transporte a través de la membrana celular, ya sea a través de la membrana lipídica o de las proteínas se produce mediante uno de los procesos básicos:

• Difusión

• Transporte Activo

DIFUSIÓN

• Es el movimiento continuo de las moléculas entre sí en los líquidos o los gases.

• Existen dos clases de difusión:

- Difusión Simple, indica que el movimiento cinético de las moléculas ode los iones se produce a través de una abertura de la membrana o através de espacios intermoleculares sin ninguna interacción con lasproteínas transportadoras.

- Difusión facilitada, precisa la interacción de una proteína transportadora que ayude al paso de las moléculas o los iones a través de la membrana mediante su unión química

DIFUSIÓN DE SUSTANCIAS LIPOSOLUBLES A TRAVÉS DE LA

BICAPA LIPÍDICA

• Un factor que determina la rapidez con la que una sustsancia difunde a través de la bicapa lipídica es la liposolubilidad.

• De esta manera se puede transportar cantidades especialmente grandes de oxigeno, por tanto, se puede liberar oxígeno en el interior de la célula casi como si no existirá la membrana celular

DIFUSIÓN DE AGUA Y OTRAS MOLÉCULAS INSOLUBLES

• EL agua es insoluble en los lípidos de la membrana, sin embargo atraviesa fácilmente a través de los canales de las moléculas proteicas.

• Muchas de las membranas celulares del cuerpo contienen poros proteicos denominados acuaporinas que permiten selectivamente el rápido paso del agua a través de la membrana celular.

• Existen al menos 13 tipos diferentes de acuaporinas

• Ejemplo: eritrocitos, úrea.

DIFUSIÓN A TRAVÉS DE POROS Y CANALES PROTEICOS

• Los poros están compuestos por proteínas integrales que forman tubos abiertos a través de la membrana.

• Los canales proteicos presentan:

- Permeabilidad selectiva para el transporte de una o varias moléculas específicas.

- Muchos canales pueden abrir o cerrar por compuertas reguladas por señales eléctricas o sustancias químicas que se unen a las proteínas de los canales

PERMEABILIDAD SELECTIVA DE LOS CANALES PROTEICOS

• Muchos canales proteicos son muy selectivos para el transporte de uno o mas iones o moléculas proteicas especificas debido a las características del propio canal como:

- Su diámetro

- Su Forma

- La naturaleza de las cargas eléctricas y enlaces químicos

. Ejemplo el canal de Sodio

ACTIVACIÓN DE LOS CANALES PROTÉICOS

• Proporciona un medio para controlar la permeabilidad iónica de los canales

• La apertura y cierre de las compuertas están controlados de dos maneras:

- Activación por voltaje

- Activación química por ligando

ACTIVACIÓN POR VOLTAJE

• En este caso la conformación molecular de la compuerta o de sus enlaces químicos responde al potencial eléctrico que se establece a través de la membrana celular.

Ej.: Cuando hay una carga negativa intensa en el interior de la membrana celular las compuertas de sodio del exterior permanecen firmemente cerradas y cuando el interior de la membrana pierde su carga negativa, estas se abren

• Este es el mecanismo básico para generar los potenciales de acción nerviosos responsables de las señales nerviosas

ACTIVACIÓN QUÍMICA (POR LIGANDO)

• Las compuertas de algunos canales proteicos se abren por la unión de una sustancia química (un ligando) a la proteína; esto produce un cambio formacional o un cambio de los enlaces químicos de la molécula de la proteína que abre o cierra la compuerta, (activación química o activación por ligando)

Ej.: Acetilcolina sobre el canal de acetilcolina

• Esta compuerta es importante para la transmisión de la señal nerviosa de una célula nerviosa a otra o desde una célula nerviosa a una muscular para la contracción muscular

DIFUSIÓN FACILITADA

• O difusión mediada por un transportador, pues la sustancia que así difunde lo hace utilizando una proteína transportadora específica, es decir, el transportador facilita la difusión de la sustancia hacia el otro lado.

• La difusión facilitada difiere de la difusión simple en la velocidad; la velocidad de difusión se acerca a un máximo, denominado Vmax a medida que aumenta la concentración de la sustancia que difunde.

OSMOSIS

• Consiste en un movimiento neto del agua causado por las diferencias en su concentración

• El agua es la sustancia mas abundante que difunde a través de la membrana celular. Sin embargo, la cantidad que difunde en ambas direcciones está equilibrada en forma tan precisa que se produce un movimiento neto cero de agua; y por tanto el volumen celular permanece constante

OSMOSIS

• Cuando se produce un movimiento neto del agua a través de la membrana celular, la célula puede hincharse o contraerse; porque se produce una diferencia de concentración del agua

PRESIÓN OSMÓTICA

• Es la cantidad exacta de presión necesaria para detener la ósmosis

• El factor que determina la presión osmótica de una solución no es la masa del soluto, sino la concentración o el número de partículas de la solución

OSMOLALIDAD: EL OSMOL

• El Osmol expresa la concentración de una solución en función del número de partículas.

• Un osmol es 1g de peso molecular de un soluto no disociado

• Ej.: 180g. De glucosa son equivalentes a un osmol de glucosa porque la glucosa no se disocia en iones

• La osmolaridad normal de los LIC y los LEC es de 300 miliosmoles/kg. Y la presión osmótica es de 5500 mmHg.

OSMOLARIDAD

• Es la concentración osmolar expresada en osmoles por litro de solución

• Las diferencias cuantitativas entre osmolaridad y osmolalidad son menores de 1%

TRANSPORTE ACTIVO

• Se denomina cuando una membrana celular transporta moléculas o iones ¨contra corriente¨ contra un gradiente de concentración, o ¨contra corriente¨ contra un gradiente eléctrico o de presión.

• Utilizan este mecanismo sustancias como sodio, potasio, cloruro, calcio hierro, hidrógeno yoduro, urato, diversos azúcares y la mayor parte de aminoácidos

TRANSPORTE ACTIVO

• Según el origen de la enregia se utiliza para producir el transporte:

- Transporte Activo Primario: ATP

- Transporte Activo Secundario: la energía procede secundariamente de la que está almacenada bajo la forma de diferencia de concentración iónica a ambos lados de la membrana y que aparece gracias al transporte activo

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO BOMBA SODIO-POTASIO

• Se encuentra en todas las células del cuerpo y se encarga de:

- Mantener las diferencias de concentración del sodio y el potasio a uno y otro lado de la membrana celular

- Crear un potencial eléctrico negativo en el interior de las células

¿CÓMO ACTÚA?

• La proteína transportadora fija tres iones de sodio dentro de la célula y dos iones de potasio fuera de ella

• La proteína posee actividad de ATPasa y esa función enzimática se activa después de unirse la proteína a los iones

• Entonces se separa una molécula de ATP y se escinde para formar ADP y liberar un enlace de fosfato de alta energía

• Con lo cual los iones sodio salen fuera de la célula y los iones potasio entran en ella

IMPORTANCIA DE LA BOMBA SODIO-POTASIO

• Controlar el volumen de todas las células

• Sin la función de esta bomba, la mayor parte de las células del cuerpo se hincharían hasta explotar

NATURALEZA ELECTRÓGENA DE LA BOMBA SODIO-POTASIO

• Con la bomba sodio-potasio se desplazan tres iones sodio hacia el exterior por cada dos iones potasio hacia el interior. Esto genera positividad en el exterior y negatividad en el interior

• Por tanto, la bomba sodio-potasio es electrógena porque genera un potencial eléctrico a través de la membrana celular

TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO

• Cuando se produce el transporte activo de sodio hacia afuera de la célula, la energía de difusión del sodio le permite arrastrar otras sustancias junto con él. Este fenómeno se denomina COTRANSPORTE que es una forma de transporte activo secundario

COTRANSPORTE

• Para que el sodio arrastre otra sustancia con él es necesario un mecanismo de acoplamiento, mediante una proteína transportadora.

• El transportador actúa como punto de unión tanto para el sodio como para la sustancia que se va a cotransportar

• Una vez que los dos están unidos, el gradiente de energía del ión sodio hace que este ión y la otra sustancia sean transportados juntos hacia el interior de la célula.

COTRANSPORTE DE GLUCOSA CON EL SODIO

• Cuando el sodio y la glucosa se han unido a la proteína de transporte, se produce automáticamente el cambio de configuración, y tanto el sodio como la glucosa pasan simultáneamente al interior de la célula

COTRANSPORTE DE LOS AMINOÁCIDOS CON EL SODIO

• Se produce de la misma manera que el de la glucosa, con la salvedad de que se emplea una clase distinta de proteínas de transporte

• Se conocen cinco proteínas transportadoras de aminoácidos y cada una de ellas efectúa el transporte de un grupo de aminoácidos que tiene ciertas características moleculares

CONTRATRANSPORTE

• El ión sodio se une a la proteína transportadora en la cara externa de la membrana celular, mientras que la sustancia que va a ser contratransportada se coloca en la cara interna de la membrana

• Conseguido esto, vuelve a producirse un cambio de configuración (mientras la energía del ión sodio se desplaza hacia el interior), lo que da lugar a que la otra sustancia se desplace hacia el exterior de la célula.

CONTRATRANSPORTE DEL CALCIO

• Tiene lugar en la mayoría de las membranas celulares, donde los iones de sodio entran y los de calcio salen de la célula, uniéndose ambos en la misma proteína transportadora

CONTRATRANSPORTE DE HIDRÓGENO

• Se produce especialmente en el túbulo proximal renal, donde los iones de sodio abandonan la luz tubular y pasan al interior de las células tubulares,mientras los hidrogeniones son contratransportados hacia la luz

TRANSPORTE ACTIVO A TRAVÉS DE CAPAS CELULARES

• El mecanismo básico para el transporte de una sustancia a través de una lámina celular es:

1) Transporte activo a través de la membrana celular de un polo de las células

2)Difusión simple o difusión facilitada a través de la membrana del polo opuesto de la célula

TRANSPORTE ACTIVO A TRAVÉS DE LAS CAPAS CELULARES

• A través de este mecanismo:

- Se absorben los nutrientes, iones y otras sustancias hacia la sangre desde el intestino

- Algunas sustancias se reabsorben desde el filtrado glomerular por los túbulos renales

SITIOS DONDE SE PRODUCE

• El transporte de este tipo se produce a través de:

- Epitelio Intestinal

- Epitelio de túbulos renales

- Epitelio de las glándulas exócrinas

- Epitelio de la vesícula biliar

- Membrana del plexo coroideo del cerebro

GRACIAS POR SU ATENCIÓN