Transporte de sustancias a través de la membrana celular

Dra. Karina Soto OrtizCirujana OftalmólogaCórnea y Cirugía Refractiva

Imagenología Corneal

Papel de la membrana celular

• Bicapa lipídica como barrera• Excepto algunas sustancias liposolubles

• Proteínas transportadoras• Proteínas de los canales o poros

Transporte de sustancias

• Difusión• Movimiento molecular aleatorio de las

sustancias a través de espacios intermoleculares de la membrana, o a través de un poro proteico.

• O en combinación con una proteína transportadora.

• La energía que se usa es la del movimiento cinético normal de la materia.

Transporte de sustancias

• Transporte activo

• Movimiento de iones u otras sustancias en combinación con una proteína transportadora contra un gradiente de energía, desde un estado de baja concentración a un estado de alta concentración.

• Necesita energía adicional.

Vías de transporte de la membrana celular y mecanismos básicos de transporte

DIFUSION

• Todas las moléculas e iones de los líquidos corporales están en continuo movimiento (“Calor”). Cuanto mayor sea el movimiento, mayor es la temperatura.

• Cuando una molécula A se acerca a una molécula estacionaria B, hay fuerzas que rechazan a la molécula B transfiriéndole energía de movimiento y la molécula A se enlentece.

Difusión de una molécula de un fluido durante una milésima de segundo

Difusión

• Difusión simple

• Sin interacción de proteínas transportadoras.• La velocidad depende de

• La sustancia disponible• La velocidad del movimiento cinético• Número y tamaño de las aberturas de la

membrana

Difusión simple

• Dos rutas• A través de los intersticios de la bicapa lipídica

(sustancias liposolubles)• Óxígeno, nitrógeno, alcoholes, anhídrido

carbónico• A través de canales acuosos que forman las

proteínas transportadoras.• Agua, urea.

Difusión

• Difusión facilitada

• Necesita una proteína transportadora• Las moléculas o los iones se unen a ella, y la

proteína se desplaza a través de la membrana.

Mecanismo propuesto para la difusión facilitada

DIFUSIÓN FACILITADA

• Canales proteicos• Permeables selectivos

• Diámetro, forma, carga eléctrica, enlaces químicos.• Se abren o cierran por compuertas

Transporte de sodio y potasio a través de canales proteicos

Cambios conformaciones para abrir o cerrar las “compuertas” que recubren los canales

Activación de los canales proteicos

• La activación proporciona un medio para controlar la permeabilidad iónica de los canales.

• Para abrir y cerrar las “compuertas” se lleva a cabo un cambio conformacional de la proteína.

• Activación por voltaje• Activación química (por ligando)

Activación por voltaje

• La conformación molecular de la compuerta o de sus enlaces químicos responde al potencial eléctrico.• Carga negativa en el interior de la

membrana celular – compuertas externas de canales de sodio cerradas

• Si se pierde carga negativa se abren las compuertas y permiten la entrada de sodio.

(Potencial de acción nervioso)

Activación por voltaje

• Canales de potasio se abren cuando el interior de la membrana celular adquiere carga positiva, lo que finaliza el potencial de acción.

Canal de potasio cerrado y abierto

Activación química

• Las compuertas se abren por la unión de un ligando a la proteína, lo que produce un cambio conformacional.

• Por ejemplo: canal de acetilcolina

Difusión simple vs facilitada

• Difusión simple• La velocidad de la difusión a través de un canal

abierto aumenta de manera proporcional a la concentración de la sustancia que difunde.

• Difusión facilitada• La velocidad de difusión se acerca a un máximo

(Vmax) a medida que aumenta la concentración de la sustancia que difunde.

Efecto de la concentración de una sustancia sobre la velocidad de difusión a través de una membrana

• Glucosa y aminoácidos• La molécula transportadora de la glucosa puede aumentar

su velocidad hasta 10-20 veces gracias a la insulina.

Difusión facilitada

Factores que influyen en la velocidad neta de difusión

1. Concentración de la sustancia

• La velocidad a la que una sustancia difunde hacia dentro es proporcional a la concentración de las moléculas en el exterior y viceversa.

Efecto de la diferencia de concentraciones

Factores que influyen en la velocidad neta de difusión

2. Potencial eléctrico

• Gradiente eléctrico: la carga positiva atrae iones negativos y viceversa, independientemente de la concentración.

Efecto de la diferencia de potencial eléctrico

Factores que influyen en la velocidad neta de difusión

3. Diferencia de presión

• Por ejemplo, en la membrana capilar la presión es aproximadamente 20mmHg mayor en el interior que en el exterior del capilar.

• La presión significa la suma de todas las fuerzas de las diferentes moléculas que chocan contra una superficie en un momento dado.

Efecto de la diferencia de presión

Ósmosis a través de membranas con permeabilidad selectiva

• Aunque el agua difunde en ambas direcciones 100 veces el volumen del eritrocito en 1 segundo, hay un movimiento neto cero, por tanto el volumen permanece constante.

• En ciertas condiciones se produce una diferencia de concentración del agua (u otras sustancias) haciendo que la célula se hinche o se deshidrate.

Ósmosis

• Es el proceso de movimiento neto de agua que se debe a una diferencia de la concentración de agua.

Ósmosis en una membrana celular

Presión osmótica

• La cantidad exacta de presión para detener la ósmosis.

• La presión osmótica que ejercen las partículas de una solución (iones o moléculas) está determinada por su número: concentración molar.

Presión osmótica en una membrana semipermeable

No se puede desatar un nudo sin saber cómo está hecho.

Aristóteles

Transporte activo

• Transporte de sustancias contra gradiente de concentración, eléctrico o de presión. La proteína transportadora imparte energía a la sustancia transportada.• Transporte activo primario

• La energía procede de la escisión del ATP• Transporte activo secundario

• La energía procede secundariamente de la energía que se ha almacenado en forma de diferencias de concentración iónica entre los dos lados de una membrana celular originado del transporte activo primario.

Transporte activo primario

• Bomba sodio-potasio

• Bombea iones sodio hacia afuera y iones potasio hacia adentro de la membrana celular.

• Responsable de mantener las diferencias de concentración de sodio y potasio y de establecer un voltaje eléctrico negativo en el interior de las células (base de la función nerviosa)

Bomba sodio-potasio

• Proteína transportadora• 2 proteínas globulares

• Subunidad a• 3 receptores para Na hacia el interior• 2 receptores para K hacia el exterior• Actividad ATP-asa

• Subunidad b• Ancla el complejo proteico a la membrana

Mecanismo propuesto de la bomba Na-K-ATPasa

Bomba Na-K-ATPasa

1. Se unen 2 iones K al exterior y 3 iones Na al interior,

2. se activa la ATPasa y se escinde en ADP liberando un enlace de energía de fosfato

3. Hay un cambio químico y conformacional en la molécula transportadora

4. Entran 2 iones K y salen 3 iones Na.

• Las concentraciones relativas de ATP, ADV y fosfato, asi como los gradientes electroquímicos de Na y K determinan la dirección de la reacción enzimática.

Función de la bomba Na-K

• Controla el volumen celular• Dentro de la célula hay proteínas y moléculas que

dan carga negativa y atraen K, Na y otros iones positivos.

• Desplaza 1 carga positiva neta hacia el interior, generando • Positividad fuera de la célula• Negatividad dentro de la célula

Esto genera un potencial eléctrico a través de la membrana (bomba electrógena)

Transporte activo primario de calcio

• La concentración de calcio es baja dentro de la célula (100,000 veces menos que extracelular)

• Bomba en la membrana celular• Saca calcio de la célula

• Bomba en organelos vesiculares (retículo sarcoplásmico muscular, mitocondrias)• Bombea calcio hacia los organelos.

Transporte activo primario de hidrógeno

• Estómago y riñones• Glándulas gástricas

• Formación de ácido clorhídrico• Túbulos renales

• Eliminan a través de la orina el exceso de iones hidrógeno.

Transporte activo secundario

• Cotransporte• La energía de difusión del sodio arrastra consigo

otras sustancias.• Se necesita el acoplamiento por medio de una

proteína transportadora.• Contratransporte

• La sustancia se transporta al exterior, mientras el sodio entra.

• Los puntos de unión están dentro y fuera de la membrana celular.

Cotransporte de glucosa y aminoácidos + sodio

Tubo digestivo y túbulos renales

• La glucosa y los aminoácidos entran a la célula contra grandes gradientes de concentración.

• La proteína transportadora de sodio no cambiará su conformación hasta que se una también una molécula de glucosa.

• Hay un grupo de proteínas específicas para cada grupo de aminoácidos.

Mecanismo propuesto para el cotransporte de glucosa con sodio

Contratransporte de calcio e hidrógeno + sodio

• Contratransporte sodio-calcio se produce en casi todas las membranas celulares• Entra sodio, sale calcio.

• Contratransporte sodio-hidrógeno en los riñones• Entra sodio a la célula, sale hidrógeno hacia la luz

tubular.

Transporte activo a través de capas celulares

• Epitelio intestinal• Epitelio de los túbulos renales• Epitelio de las glándulas exócrinas• Epitelio de la vesícula biliar• Membrana del plexo coroideo

1. Transporte activo a través de la membrana celular

2. Difusión simple o facilitada a través de la membrana celular en el polo opuesto.

Difusión del sodio y el agua de la luz hacia la célula:1. En las membranas basales y laterales, el sodio es transportado activamente hacia el líquido extracelular2. El elevado gradiente de concentración del sodio produce la ósmosis del agua.