2. transporte de sustancias a través de la membrana
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Transporte de sustancias a través de la membrana celular
Dra. Karina Soto OrtizCirujana OftalmólogaCórnea y Cirugía Refractiva
Imagenología Corneal
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Papel de la membrana celular
• Bicapa lipídica como barrera• Excepto algunas sustancias liposolubles
• Proteínas transportadoras• Proteínas de los canales o poros
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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.
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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.
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Vías de transporte de la membrana celular y mecanismos básicos de transporte
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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.
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Difusión de una molécula de un fluido durante una milésima de segundo
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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
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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.
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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.
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Mecanismo propuesto para la difusión facilitada
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DIFUSIÓN FACILITADA
• Canales proteicos• Permeables selectivos
• Diámetro, forma, carga eléctrica, enlaces químicos.• Se abren o cierran por compuertas
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Transporte de sodio y potasio a través de canales proteicos
Cambios conformaciones para abrir o cerrar las “compuertas” que recubren los canales
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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)
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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)
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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
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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
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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.
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Efecto de la concentración de una sustancia sobre la velocidad de difusión a través de una membrana
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• Glucosa y aminoácidos• La molécula transportadora de la glucosa puede aumentar
su velocidad hasta 10-20 veces gracias a la insulina.
Difusión facilitada
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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.
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Efecto de la diferencia de concentraciones
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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.
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Efecto de la diferencia de potencial eléctrico
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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.
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Efecto de la diferencia de presión
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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.
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Ósmosis
• Es el proceso de movimiento neto de agua que se debe a una diferencia de la concentración de agua.
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Ósmosis en una membrana celular
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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.
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Presión osmótica en una membrana semipermeable
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No se puede desatar un nudo sin saber cómo está hecho.
Aristóteles
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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.
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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)
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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
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Mecanismo propuesto de la bomba Na-K-ATPasa
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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.
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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)
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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.
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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.
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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.
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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.
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Mecanismo propuesto para el cotransporte de glucosa con sodio
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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.
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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.
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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.
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