FISIOLOGÍA DE LA COMUNICACIÓN CELULAR

Azael Paz Aliaga, Ph.DCentro de Investigaciones yDesarrollo Científico (CIDEC)

PREMIO NOBEL DE FISIOLOGÍA y MEDICINA 2008

Francoise Barré-Sinoussei Ph.D

INSTITUTO LUIGI PASTEUR

COMPOSICIÓN DE LA MEMBRANA CELULAR

• FOSFOLÍPIDOS• PROTEÍNAS•

CARBOHIDRATOS

 Bicapa, de 4-5 nm de lípidos anfipáticos

Composición de la Membrana

FOSFOLÍPIDOS (bicapa) Dos grupos alcohólicos glicerol

esterificados con á. grasos (12 – 14 c) (DAG)

Tercer grupo alcohólico esterificado con á. fosfórico – unión con otro alcohol› ·  Colina (fosfatidilcolina)› ·  Etanolamina (fosfatidiletanolamina)› ·  Serina (fosfatidilserina)

Composición de la Membrana

Esfingomielina› Ésteres de lípidos (RS, miocardio y m.

Esquelético)

ENZIMAS DE CLIVAJEFosfolipasa A (ácidos grasos 1,2)

   Ácido Araquidónico A2Fosfolipasa C (entre DAG – azúcar P)

DAG y IP3 del fosfatidilinositol Fosfolipasa D

Ácido fofatídico + alcohol  COLESTEROL 23 %

› Estabilidad (OH – cabeza polar del FL)› Fluidez ( No polar – brazos

hidrocarbonados)

Posición del colesterol en la membrana celular

Composición de la Membrana

PROTEÍNAS› INTREGRALES ( solventes, deterg. o enz.)

Canales Proteínas transportadoras Enzimas (disacaridasas) Proteínas de anclaje

(citoesqueleto)› PERIFÉRICAS ( pH, fuerzas iónicas)

Enzimas Estructural (espectrina,

vinculina, actina)

Composición de la Membrana

CARBOHIDRATOS 3 % Glucoproteínas y glucolípidos:

Cerebrosidos, gangliósidos Forma colas oligosacáridas –

glucocáliz(ácido siálicos, glucosa,

galactosamina,manitol, etc)Potencial Z (carga negativa, ácidoneuramínico)Estabilidad (unión glucocáliz)

Receptores de membrana Características antigénicas (ABD)

ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA

ORGANELAS CELULARES

MICROGRAFÍA ELECTRÓNICA: ESTRUCTURA CELULAR

TRANSPORTE

IntracelularTranscelular Paracelular

Transporte a través de la membrana del RE

TIPO DE TRANSPORTE• Transcelular (TC)• Paracelular (PC)

MODALIDADES DEL TRANSPORTE TRANSCELULARTransporte mediado

• Bombas activas dependientes de ATP• Transporte mediante acarreadores• Difusión facilitada• Difusión a través de canales

Difusión simpleTransporte masivo

• Pinocitosis• Fagocitosis• Transcitosis

Filtración• Ventanas en el citoplasma

TCPC

BOMBAS ACTIVAS DEPENDIENTES DE ATP• Contra la corriente• Requieren de ATP• Necesitan enzima ATPasa específica

1. La bomba de Na/K• Presente en todas las células del organismo• Estequiometría de 3 a 2• Termolabil• Sensible a la ouabaína

2. La bomba de Ca-ATPasa• Membrana plasmática• Retículo sarcoplásmico

3. La bomba H+-ATPasa• La F-ATPasa en las mitocondrias• La H+/K+ ATPasa y• La H+ -ATPasa (vacuolas)

TIPOS DE BOMBAS DE ATP

Clase P tetraméricas ( y )Deben fosforilarse

V y F sin intermediariosfosforilados

ATPasa de Na/K+ en la membrana plasmática

ATPasa de Ca2+ en el músculo (retículo sarcoplásmico)

Subunidad catalítica

BOMBA DE HIDROGENIONES Acidificación del lumen del estómago por las células parietales

Concentración de protones hidrógeno en las vacuolas

Movimiento a través de la membrana

TRANSPORTE MEDIANTE ACARREADORES

Necesitan de una proteína transportadora La energía la toman de una gradiente química

• Unitransporte• Cotransporte• Contratansporte

COTRANSPORTE

CONTRATRANSPORTE

Cotransporte Lactosa/hidrogenión en E. Coli

Contratransporte

CONTRATRANSPORTE

COTRANSPORTE DE IONES POR LA PROTEÍNA DE LA BANDA 3

DIFUSIÓN FACILITADA: Transporte de glucosaGLUT1 En eritrocitos, Km insensible a la insulinaGLUT2 Intestino, hígado, células TCP, Km , insensibleGLUT3 Cerebro, Km , insensible a insulinaGLUT4 Tejido adiposo, m. Esquelético y cardiaco Km únicos sensibles a insulinaGLUT5 A nivel intestinal, transportador de fructuosa

DIFUSIÓN FACILITADA: Transporte de glucosa

Transporte de glucosa desde el lumen intestinal hacia la sangre

Difusión facilitada: su equivalencia con la cinética enzimática

DIFUSIÓN SIMPLE• Permeabilidad a pequeñas moléculas hidrófobas y sin carga

Coeficiente de Partición (B)= Lípido/agua

DIFUSIÓN SIMPLE

B

CANALES IÓNICOS

CANALES IÓNICOS

• Solutos de bajo coeficiente de partición (electrolitos) no forman puentes de hidrógeno con el agua, se rodean de una cubierta de agua (de hidratación) o de solvatación, por interacción electrostática.

• Cruzan las membranas a través de proteínas especializadas denominadas canales que pueden ser específicos o inespecíficos.

• El tamaño de la cubierta de hidratación es directamente proporcional a la densidad de carga del ion e inversamente proporcional a su peso atómico y a su radio cristalino.

CANALES IÓNICOS

• Tendrán menor velocidad de difusión aquellos iones cuyo diámetro hidratado sea mayor

• El Na+, tiene una densidad de carga mayor que el K+ (diámetro del Na+ hidratado es mayor que el del K+ hidratado)

• A pesar que el ion sodio tiene menor radio cristalino 0,09 nm en comparación con el del ion potasio 0,13 nm, pero sus radios hidratados serán 0,34 nm para el Na+ y 0,22 nm para el K+.

CANALES IÓNICOS

• Constituidos por subunidades y estas a su vez, por segmentos que a manera de serpentina atraviesan completamente la bicapa lipídica en varias oportunidades

• Presentan un estrechamiento en alguna región a lo largo del canal (filtro de selectividad iónica), que se encarga de reconocer al ion específico que puede atravesar el canal

• Poseen compuertas que al recibir una señal, adoptan un estado abierto o cerrado.

CANAL DE SODIO

CANALES IÓNICOS

• Los mecanismos que disparan esa señal de apertura pueden ser controlados por voltaje, ligandos, segundos mensajeros u otros factores.

• Responden a una cinética del tipo enzimático• Presentan conductancias variables dependiendo

del tipo de corriente iónica que fluye. (I)• Son sensibles a inhibidores• La energía potencial utilizada es de un solo tipo

(química o eléctrica)

CANALES IÓNICOS

La permeabilidad de un canal depende:• de su tamaño (diámetro)• del grado de hidratación y, • de la densidad de carga del ion.

Clases y regulaciónSegún la selectividad iónica los canales pueden ser:1.de Na+, a nivel epitelial2.de K+, de los cuales hay una gran variedad especialmente a

nivel cardíaco y renal3.de Ca2+, presentes en el músculo cardíaco y en los tejidos

no excitables y4.de Cl-, existentes prácticamente en todos los tejidos.

CANALES IÓNICOS

Desde el punto de vista de su señal de disparo y regulación loscanales iónicos se clasifican en:

• Canales operados por voltaje (VOCs), (voltaje-dependientes) responden a estados de hiperpolarización o despolarización. Se activan un tiempo determinado y luego automáticamente se cierran (por ejemplo el de Na+ = 1 ms).

• Canales operados por receptores (ROCs) (canales ligando-dependientes).

Controlados directamente por agonistas tanto la apertura y cierre.

Entre ellos tenemos : canales activados por GABA, ACh, Glutamato, etc.

CANALES IÓNICOS• Canales regulados por proteínas G. (corazón y cerebro) Canales que son regulados por otros mecanismos también

por proteínas G. Un ejemplo es el canal de Ca2+ tipo L en el corazón el

cual es fosforilado por la proteinaquinasa A a la vez que es modulado por una proteína G.

• Canales operados por segundos mensajeros (SMOCs). (heterogéneo)

Canales activados o inhibidos por Ca2+, H+, proteína quinasa A, C , G, y otros controlados por GMPc o por IP3.

Recientemente canal de Ca2+ que libera al ion de sus almacenes intracelulares gracias a la acción del IP3

• Canales operados metabólicamente. Canales como el de K+ inhibido por ATP presente en las células beta del páncreas y en el corazón entre otros tejidos.

FILTRACIÓN

Movimiento mas predominante

Tanto de agua como solutos

Necesita una fuerza de presión hidrostáticaLIC

IV

Liq. Extracelular

Na+ 10 mEq/l Na+ 155 mEq/l

Reabsorción de H2O obligatoria

CompartimientoLátero-basal

Membranabasal

Reabsorción facultativa de H2O

Activación de las acuaporinas

MOVIMIENTO MASIVO

MOVIMIENTO MASIVO

En toda célula existe un equilibrio entre la exocitosis y la endocitosis, para mantener la membrana plasmática y que quede asegurado el mantenimiento del volumen celular.

MOVIMIENTO MASIVO EXOCITOSIS

clatrina

proteínas receptores

Depresión revestida

Actina y miosina

Clatrina en disolución

PINOCITOSIS