FISIOLOGIA I TEMA NUMERO 5 Mecanismos de transporte de iones y solutos a través de membranas...

FISIOLOGIA IFISIOLOGIA I

TEMA NUMERO 5TEMA NUMERO 5

Mecanismos de transporte deMecanismos de transporte de

iones y solutos a través deiones y solutos a través de

membranas biológicasmembranas biológicas

PROFESORPROFESOR: Gregorio Tiskow, Ph.Sc.: Gregorio Tiskow, Ph.Sc.

E-mail: [email protected]: [email protected]

U.C.L.A. Barquisimeto, VenezuelaU.C.L.A. Barquisimeto, Venezuela

Membrana plasmática Membrana plasmática celularcelular

Célula como modelo de Célula como modelo de sistema abiertosistema abierto

¿Cómo atraviesan los ¿Cómo atraviesan los solutos y iones la solutos y iones la

membrana?membrana? Lipofílicas no cargadasLipofílicas no cargadas::

Atraviezan la capa lipídica (alcoholes Atraviezan la capa lipídica (alcoholes diversos, Odiversos, O22, N, N2, 2, COCO2 2 ) ya que son muy ) ya que son muy liposolubles.liposolubles.

Polares pequeñas:Polares pequeñas: por poros por poros intermoleculares (Hintermoleculares (H22O: a través de O: a través de aquoporinas)aquoporinas)

Hidrofílicas o polares grandesHidrofílicas o polares grandes: a través : a través de un transportador (glucosa, aminoacidos) de un transportador (glucosa, aminoacidos) o un canal (caso de los iones)o un canal (caso de los iones)

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

SOLUBILIDAD EN LÍPIDOS DE MOLECULAS

O2

CO2

Lípidos

LEC

LIC

Cortesía del Dr. Oscar Fuentes

Tipos de TransporteTipos de Transporte

PASIVOPASIVO

TRANSPORTETRANSPORTE

ACTIVOACTIVO


TRANSPORTE PASIVOTRANSPORTE PASIVO DIFUSION DIFUSION SIMPLESIMPLE


PRIMARIOPRIMARIO

TRANSPORTE ACTIVOTRANSPORTE ACTIVO

SECUNDARIOSECUNDARIO

Tipos de transporteTipos de transporte

Formas de DifusiónFormas de Difusión

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

DIFUSIÓN POR CANALES

LEC

LIC

Cortesía del Dr. Oscar Fuentes

Tipos de canalesTipos de canales

Transporte a través de Transporte a través de canalescanales

Características básicasCaracterísticas básicas::

SELECTIVO (Permeabilidad selectiva)SELECTIVO (Permeabilidad selectiva)

ES PASIVOES PASIVO

NO SATURABLENO SATURABLE

NATURALEZA PROTEÍCANATURALEZA PROTEÍCA

INHIBIBLESINHIBIBLES


Tipos de canales según los mecanismos de Tipos de canales según los mecanismos de

activaciónactivación::· Dependientes de voltaje· Dependientes de voltaje

· De rectificación interna· De rectificación interna

· Operados por ligando· Operados por ligando

· Controlados por segundos mensajeros· Controlados por segundos mensajeros

· Operados mecánicamente· Operados mecánicamente

· Regulados a nivel de la expresión en la · Regulados a nivel de la expresión en la membranamembrana


Acuaporinas (canales para agua)Acuaporinas (canales para agua)

Peter Agre


CANALES IONICOSCANALES IONICOS:: Son vías celulares con filtros de Son vías celulares con filtros de

selectividad y con compuertas que los selectividad y con compuertas que los ponen en estados conformacionales ponen en estados conformacionales funcionales diferentes:funcionales diferentes: REPOSOREPOSO: : cerradocerrado, pero disponible para , pero disponible para

su apertura por estímulos su apertura por estímulos químicos o químicos o eléctricoseléctricos..

ACTIVADOACTIVADO: : abiertoabierto, permite el paso de , permite el paso de una corriente iónica.una corriente iónica.

INACTIVADOINACTIVADO: : cerradocerrado, y no disponible , y no disponible para su apertura para su apertura

Canales IónicosCanales Iónicos

De SodioDe Sodio Dependientes de voltajeDependientes de voltaje Epiteliales (ENaC) Epiteliales (ENaC) (sensible a amilorida)(sensible a amilorida)

Los canales voltaje-dependientes están Los canales voltaje-dependientes están presentes en las células excitables y son los presentes en las células excitables y son los responsables de la generación y propagación responsables de la generación y propagación de los potenciales de acción en estas células.de los potenciales de acción en estas células.

Se activan por voltaje.Se activan por voltaje. Se inactivan muy rápidamente.Se inactivan muy rápidamente. Canales selectivos para iones sodio.Canales selectivos para iones sodio.

Canal de sodioCanal de sodio

Canales IónicosCanales Iónicos

De PotasioDe Potasio:: Dependientes de voltajeDependientes de voltaje Dependientes de calcioDependientes de calcio De rectificación interna (Kir)De rectificación interna (Kir) Operados por ligandoOperados por ligando Sensibles al ATPSensibles al ATP

Canales de PotasioCanales de Potasio

Contribuyen al control del Contribuyen al control del volumen celularvolumen celular

Generan el potencial de Generan el potencial de membrana en reposomembrana en reposo

Participan en la excitabilidad Participan en la excitabilidad neuronalneuronal

Intervienen en los procesos de Intervienen en los procesos de secreción (sales, hormonas, secreción (sales, hormonas, neurotransmisores)neurotransmisores)


Potassium Voltage Channel

Canal de K+ tipo KirCanal de K+ tipo Kir

Canal de K+ tipo KirCanal de K+ tipo Kir

Tienen dos roles fundamentales:Tienen dos roles fundamentales:

Mediar el transporte iónico a través de la Mediar el transporte iónico a través de la membrana celularmembrana celular

Estabilizar el potencial de membrana en Estabilizar el potencial de membrana en reposo, muy cercano al potencial de equilibrio reposo, muy cercano al potencial de equilibrio del K+del K+

Conducen más corriente cuando la membrana Conducen más corriente cuando la membrana está hiperpolarizadaestá hiperpolarizada

Estructura tetraméricaEstructura tetramérica

Canales de CloruroCanales de Cloruro

Canales de CloruroCanales de Cloruro

Participan en la regulación del volumen Participan en la regulación del volumen celular, secreción, proceso de contracción celular, secreción, proceso de contracción muscular, estabilizan el potencial de muscular, estabilizan el potencial de membrana y modulan la transmisión de membrana y modulan la transmisión de señales neuronales.señales neuronales.

Canales de CalcioCanales de Calcio

Canales de calcio Tipo TCanales de calcio Tipo T::

Descritos originalmente en neuronas Descritos originalmente en neuronas sensoriales de vertebrados, los canales de Casensoriales de vertebrados, los canales de Ca2+2+ tipo T han sido encontrados en una gran tipo T han sido encontrados en una gran variedad de células excitables y no excitables variedad de células excitables y no excitables (neuronas, músculo cardíaco, músculo liso, (neuronas, músculo cardíaco, músculo liso, músculo esquelético durante el desarrollo, músculo esquelético durante el desarrollo, fibrobastos, osteoblastos, astrocitos, fibrobastos, osteoblastos, astrocitos, pituitaria, etc.) y se encuentran ausentes en pituitaria, etc.) y se encuentran ausentes en células cromafines y en neuronas simpáticas. células cromafines y en neuronas simpáticas. Su función está relacionada principalmente con Su función está relacionada principalmente con la actividad rítmica (marcapasos) y la entrada la actividad rítmica (marcapasos) y la entrada de Cade Ca2+2+ a potenciales negativos. a potenciales negativos.


Canales de calcio tipo LCanales de calcio tipo L::

Los canales de CaLos canales de Ca2+2+ de tipo L son los mejores de tipo L son los mejores estudiados y se encuentran ampliamente estudiados y se encuentran ampliamente distribuidos en todas las células excitables y distribuidos en todas las células excitables y en la mayorías de las células no excitables. en la mayorías de las células no excitables. Constituyen la principal vía de entrada de Constituyen la principal vía de entrada de iones Caiones Ca2+2+ en las células de los músculos en las células de los músculos cardíaco, esquelético y liso, y, contribuyen de cardíaco, esquelético y liso, y, contribuyen de forma significativa a controlar la secreción de forma significativa a controlar la secreción de neurotransmisores y los mecanismos de neurotransmisores y los mecanismos de acoplamiento excitación-contracción.acoplamiento excitación-contracción.


Canales de calcio tipo N.Canales de calcio tipo N.

Se describieron por primera vez en neuronas Se describieron por primera vez en neuronas del ganglio dorsal del pollo. Son un grupo del ganglio dorsal del pollo. Son un grupo heterogéneo de canales que precisan grandes heterogéneo de canales que precisan grandes despolarizaciones para su activación. Los despolarizaciones para su activación. Los canales de tipo N, se denominan así porque canales de tipo N, se denominan así porque parecen ser específicos del sistema nervioso parecen ser específicos del sistema nervioso (N) y de tejidos relacionados con éste, puesto (N) y de tejidos relacionados con éste, puesto que sólo se han descrito en células de origen que sólo se han descrito en células de origen neural.neural.

Canal de calcio voltaje Canal de calcio voltaje dependientedependiente

Canal de calcioCanal de calcio

Continuamos con más de Continuamos con más de otros mecanismos de otros mecanismos de

transporte…transporte…

Transporte PasivoTransporte Pasivo

DIFUSION SIMPLEDIFUSION SIMPLE

Referirse al Tema Número 3Referirse al Tema Número 3

de la seriede la serie

Transporte Activo Transporte Activo SecundarioSecundario

DIFUSION FACILITADADIFUSION FACILITADA::

La difusión facilitada utiliza La difusión facilitada utiliza canales o poros (formados por canales o poros (formados por proteínas de membrana) para proteínas de membrana) para permitir que moléculas cargadas permitir que moléculas cargadas o no (que de otra manera no o no (que de otra manera no podrían atravesar la membrana) podrían atravesar la membrana) difundan libremente hacia afuera difundan libremente hacia afuera y adentro de la célula.y adentro de la célula.

DIFUSION FACILITADADIFUSION FACILITADA

Ejemplo clásico: transporte de glucosa acoplado al de sodio

Transporte de Transporte de aminoacidosaminoacidos


Difusión facilitada = Difusión mediada por Difusión facilitada = Difusión mediada por transportador.transportador.

Aporte indirecto de energía metabólica.Aporte indirecto de energía metabólica. Requiere de un transportador (una proteína)Requiere de un transportador (una proteína) Está limitado por la velocidad (según la Está limitado por la velocidad (según la

concentración de sustancia que difunde). concentración de sustancia que difunde). Tiene el transportador una Vmax.Tiene el transportador una Vmax.

Es saturable (saturabilidad)Es saturable (saturabilidad) Es inhibible competitivamente.Es inhibible competitivamente. EstereoespecificidadEstereoespecificidad: Ejemplo: Formas L o D: Ejemplo: Formas L o D


La energía indirecta deriva de la La energía indirecta deriva de la diferencia de concentración diferencia de concentración creada por el transporte activo.creada por el transporte activo.

Sub-Tipos:Sub-Tipos:

Cotransporte Cotransporte ContratransporteContratransporte


COTRANSPORTECOTRANSPORTE ( (glucosa, glucosa,

aminoacidosaminoacidos))

Na+

Glu

3Na+

2K+

Glu

Líquido extracelular Líquido intracelular

Transportador de glucosaTransportador de glucosa

Transporte activo Transporte activo secundariosecundario

CONTRATRANSPORTE:CONTRATRANSPORTE:

(3Na(3Na++/2Ca/2Ca++++) Fenómenos de ) Fenómenos de contracción muscularcontracción muscular

(Na(Na++/H/H++) previene la acidificación del ) previene la acidificación del LICLIC

Ca++

3Na+

Na+

H+

Características cinéticas del Características cinéticas del Transporte por difusión facilitadaTransporte por difusión facilitada

SaturabilidadSaturabilidad

Mecanismo propuesto para laMecanismo propuesto para ladifusión facilitadadifusión facilitada

Transporte Activo Transporte Activo PrimarioPrimario

Transporte de moléculas en dirección de su Transporte de moléculas en dirección de su mayor concentración (en contra de gradientes)mayor concentración (en contra de gradientes)

Requiere de aporte directo de energía Requiere de aporte directo de energía metabólica.metabólica.

Requiere de un transportador (una proteína)Requiere de un transportador (una proteína) Está limitado por la velocidad. Tiene el Está limitado por la velocidad. Tiene el

transportador una Vmax. Cinética enzimática es transportador una Vmax. Cinética enzimática es similar a la de Michaelis-Menten.similar a la de Michaelis-Menten.

Es saturable (saturabilidad)Es saturable (saturabilidad) Es inhibible competitivamente.Es inhibible competitivamente. EstereoespecificidadEstereoespecificidad: Depende de la : Depende de la

estereoespecificidad de la molécula a estereoespecificidad de la molécula a transportar. Ejemplo: Formas L o Dtransportar. Ejemplo: Formas L o D

Transporte Activo Transporte Activo PrimarioPrimario

ATPasa o bomba de 3NaATPasa o bomba de 3Na++/2K/2K++

ATPasa o bomba de CaATPasa o bomba de Ca++++::

mantiene baja la [Camantiene baja la [Ca++++] en el LIC (10 ] en el LIC (10 -6-6 M) M)

ATPasa o bomba de HATPasa o bomba de H++/K/K++::

bombea [Hbombea [H++] del LIC a la luz del ] del LIC a la luz del estómago.estómago.

ATPasa de HATPasa de H++

ATPasa de Na-KATPasa de Na-K


Internalización de 2 iones K+ y expulsión de 3 iones Na


Proteína intrínseca (integral) de membrana, presente en todas las células del organismo y que contribuye con un

50% del gasto energético del cuerpo


Ciclo de reacción de la ATPasa Na-K

Ciclo Reacción-SecuenciaCiclo Reacción-Secuencia

a) Unión de tres iones Naa) Unión de tres iones Na++ a sus sitios activos. a sus sitios activos. b) Fosforilación de la cara citoplasmática de la b) Fosforilación de la cara citoplasmática de la

bomba que induce a un cambio de conformación en bomba que induce a un cambio de conformación en la proteína. Esta fosforilación se produce por la la proteína. Esta fosforilación se produce por la transferencia del grupo terminal del ATP a un residuo transferencia del grupo terminal del ATP a un residuo de ácido aspártico de la proteína.de ácido aspártico de la proteína.

c) El cambio de conformación hace que el Nac) El cambio de conformación hace que el Na++ sea sea liberado al exterior.liberado al exterior.

d) Una vez liberado el Nad) Una vez liberado el Na++, se unen dos moléculas de , se unen dos moléculas de KK++ a sus respectivos sitios de unión de la cara a sus respectivos sitios de unión de la cara extracelular de la proteína.extracelular de la proteína.

e) La proteína se desfosforila produciéndose un e) La proteína se desfosforila produciéndose un cambio conformacional de esta, lo que produce una cambio conformacional de esta, lo que produce una transferencia de los iones de Ktransferencia de los iones de K++ al citosol. al citosol.

Ciclo de reacción ATPasa Ciclo de reacción ATPasa Na-KNa-K

ATPasa Na-K: FuncionesATPasa Na-K: Funciones

FuncionesFunciones:: RegulaciRegulación del volumen celularón del volumen celular Mantenimiento de la osmolaridadMantenimiento de la osmolaridad Coadyuvante en el transporte de Coadyuvante en el transporte de

nutrientesnutrientes Mantenimiento de los gradientes de Mantenimiento de los gradientes de

Na+ y K+Na+ y K+

Generación del potencial de acción Generación del potencial de acción celularcelular

Transducción de señales.Transducción de señales.

ATPasa y funciones ATPasa y funciones vitalesvitales

ATPasa Na-K y EstímulosATPasa Na-K y Estímulos

Jean C. SkouJean C. Skou

Ciclo reacción Bomba Na-Ciclo reacción Bomba Na-KK

Otros mecanismos de Otros mecanismos de Transporte en el Transporte en el

organismo...organismo...

Otros mecanismos de Otros mecanismos de transportetransporte

EndocitosisEndocitosis

Es un proceso por el que la célula Es un proceso por el que la célula introduce en su interior moléculas introduce en su interior moléculas grandes o partículas, y lo hace grandes o partículas, y lo hace englobándolas en una invaginación englobándolas en una invaginación de la membrana citoplasmática, de la membrana citoplasmática, formando una vesícula que formando una vesícula que termina por desprenderse e termina por desprenderse e incorporarse al citoplasma.incorporarse al citoplasma.

Wikipedia.org.Wikipedia.org.

EndocitosisEndocitosis

FagocitosisFagocitosis

Es un tipo de endocitosis por el cual algunas Es un tipo de endocitosis por el cual algunas células (neutrófilos y macrófagos) rodean con células (neutrófilos y macrófagos) rodean con su membrana citoplasmática a un antígeno y su membrana citoplasmática a un antígeno y lo introducen al interior celular. Esto se lo introducen al interior celular. Esto se produce gracias a la emisión de pseudópodos produce gracias a la emisión de pseudópodos alrededor de la partícula o microorganismo alrededor de la partícula o microorganismo hasta englobarla completamente y formar hasta englobarla completamente y formar alrededor de él una vesicula, llamada alrededor de él una vesicula, llamada fagosoma, la cual fusionan posteriormente fagosoma, la cual fusionan posteriormente con lisosomas para degradar el antígeno con lisosomas para degradar el antígeno fagocitado.fagocitado.

Wikipedia.orgWikipedia.org


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Secuencia de la Secuencia de la fagocitosisfagocitosis

PinocitosisPinocitosis

Ingestión de líquidos y partículas Ingestión de líquidos y partículas en disolución por pequeñas en disolución por pequeñas vesículas revestidas de clatrinavesículas revestidas de clatrina

TranscitosisTranscitosis

Es el conjunto de fenómenos que permiten a una sustancia atravesar todo el citoplasma celular desde un polo al otro de la célula. Implica el doble proceso endocitosis-exocitosis. Es propio de células endoteliales que constituyen los capilares sanguíneos, transportándose así las sustancias desde el medio sanguíneo hasta los tejidos que rodean los capilares.

ciam.ucol.mx/.../celula/Transporte%20Celular.htm

TranscitosisTranscitosis

Aquí tienes dos animaciones donde puedes ver como se deforma la membrana en los procesos de endocitosis y exocitosis

Endocitosis y ExocitosisEndocitosis y Exocitosis

ExocitosisExocitosis

Mecanismo por el cual las macromoléculas contenidas en vesículas citoplasmáticas son transportadas desde el interior celular hasta la membrana plasmática, para ser vertidas al medio extracelular. Esto requiere que la membrana de la vesícula y la membrana plasmática se fusionen para que pueda ser vertido el contenido de la vesícula al medio. Mediante este mecanismo, las células son capaces de eliminar sustancias sintetizadas por la célula, o bien sustancias de desecho.

ciam.ucol.mx/.../celula/Transporte%20Celular.htm

ExocitosisExocitosis

Endocitosis y ExocitosisEndocitosis y Exocitosis

¿Preguntas?...¿Preguntas?...

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