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