canales y transportadores
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Canales y
transportadores Erick Joel Loor Domo
Carmen Liliana Mendoza Intriago
Lesly Hugo Snchez Rogel
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La generacin de seales elctricas en las neuronas
requiere que las membranas plasmticas establezcan
gradientes de concentracin de iones especficos y que
estas membranas sufran cambios rpidos y selectivos en su
permeabilidad a estos iones.
Transportadores de
membrana
Canales inicos
Las protenas de la membrana
que crean y mantiene los
gradientes inicos.
Son protenas que dan origen a
cambios selectivos en la
permeabilidad a los iones.
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Desde la perspectiva de la
sealizacin elctrica, los
transportadores activos y los
canales inicos son
complementarios:
Los trasportadores crean los
gradientes de concentracin
que ayudan a impulsar flujos
inicos a travs de los canales
inicos abiertos, generando as
seales elctricas.
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Se propuso la idea de que las membranas de las
clulas nerviosas contienen canales que permiten el
pasaje selectivo de los iones de un lado al otro.
Sobre la base de las conductancias y las corrientes
inicas medidas en experimentos de pinzamiento de
voltaje, los canales postulados deban tener varias
propiedades.
PROPIEDADES
Los canales inicos son protenas integrales que controlan el paso
selectivo de iones a travs de las membranas celulares y, en
consecuencia, el gradiente electroqumico. Los canales inicos
tiene sistemas de compuertas que, en funcin de los estmulos
externos, se abren o se cierran.
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Los canales deban ser capaces de permitir que los iones
atravesaran las membranas con velocidades altas.
Como las corrientes inicas dependen del gradiente
electroqumico a travs de la membrana, los canales
deberan utilizar estos gradiantes.
Dado que el NA+ y el K+ fluyen a travs de la membrana en
forma independiente uno del otro, los diferentes tipos de
canales deberan ser capaces de discriminar entre NA+ y K+.
Dado que las conductancias son dependientes del voltaje,
los canales deberan ser capaces de censar el voltaje a
travs de membrana y abrirse slo cuando el voltaje alcanza
niveles apropiados.
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La primera prueba directa de la presencia de canales
selectivos para iones y sensibles al voltaje en las membranas de
las clulas nerviosas provino de mediciones de las corrientes
inicas que fluyen a travs de canales inicos individuales.
Se utiliza una pipeta de vidrio con un orificio muy pequeo
para lograr un contacto estrecho con un rea pequea, o
zona, de membrana neuronal.
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Despus de succionar suavidad a travs
de la pipeta, la conexin entre la
pipeta y la membrana se torna tan
fuerte que ningn ion puede filtrarse
entre ambas.
Por lo tanto, todos los iones que fluyen
cuando se abre un nico canal inico
deben ingresar a la pipeta.
La corriente elctrica resultante,
aunque pequea, puede medirse con
un amplificador electrnico ultrasensible
conectado a la pipeta.
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El poder de resolucin del aparto de pinzamiento de voltaje
slo alcanzaba para medir la corriente agregada, mientras
con el Pinzamiento zonal de membrana, proporcion el
medio para evaluar directamente las hiptesis efectuadas
acerca de las caractersticas de los canales inicos.
Los estudios de canal nico muestran que la membrana del
axn del calamar contiene por menos dos tipos de canales:
uno selectivamente permeable al NA+ y otro selectivamente
permeable al K+.
Los dos tipos de canales
tienen una compuerta de
voltaje, lo que indica que su
apertura est condicionada
por el potencial de
membrana.
En ambos, la
despolarizacin aumenta la
probabilidad de apertura
del canal, mientras que la
hiperpolarizacin los cierra.
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Las molculas apolares y pequeas, como el oxgeno, el
dixido de carbono y los cidos grasos, entre otros, se
difunden libremente a travs de la membrana. Por el
contrario, las molculas polares, como los carbohidratos,
los aminocidos, los iones y las protenas, necesitan utilizar
mecanismos especializados de transporte, como los
canales inicos y las protenas transportadoras.
Por los tanto, ambos tipos de canales deben tener un sensor de
voltaje que detecte el potencial a travs de la membrana.
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En la actualidad se han identificado y clonado algunos genes que codifican los canales de Na+ y del K+, y muchos otros tipos de canales; Un hecho sorprendente que ha surgido a partir de estos estudios moleculares es la diversidad de genes que codifican para canales inicos. (100 genes de canales inicos.)
Los canales pueden ser expresados selectivamente en sistemas experimentales bien definidos, como en clulas cultivadas u ovocitos de ranas, y luego estudiados con pinzamiento zonal de membrana y otras tcnicas fisiolgicas.
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Estos estudios han observado muchos canales con
puertas de voltaje que responden al potencial de
membrana de forma muy similar a los canales del
Na+ y del K+, que subyacen al potencial de accin.
Sin embargo otros canales estn regulados por
seales qumicas que se unen a dominios
extracelulares o intracelulares sobre estas protenas y
no son sensibles al voltaje de la membrana.
Para aumentar esta diversidad de los canales inicos
hay algunos mecanismos que pueden producir tipos
funcionalmente diferentes de canales inicos a partir
de un solo gen .
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Las protenas de los canales tambin pueden sufrir
modificaciones postraduccionales, como la
fosforilacin por proteincinasas lo que puede
modificar mas sus caractersticas funcionales; por lo
tanto aunque las seales elctricas bsicas del
sistema nervioso son relativamente estereotipadas
las protenas responsables de generar estas seales
son notablemente diversas y confieren propiedades
de sealizacin especializada a muchos de los tipos
de las clulas neuronales que pueblan el sistema
nervioso. Estos canales tambin participan en una
amplia gama de enfermedades neurolgicas.
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Todos estos genes de los canales del Na+(llamados genes del SNC) producen protenas que difieren en su estructura, funcin y distribucin en tejidos especficos. Por ejemplo adems de los canales del Na+ de inactivacin rpida descubiertos por Hodgkin y Huxley en el axn del calamar, se ha identificado un canal del Na+ sensible al voltaje que no se inactiva en axones de mamferos; Como podra esperarse, este canal da origen a potenciales de accin de larga duracin y es un punto diana de los anestsicos locales como la benzocana y la lidocana.
En otras neuronas los canales del Ca2+ controlan la forma de los potenciales de accin generados fundamentalmente por cambios en la conducta al Na+; Tal vez el proceso mas importante regulado por los canales del Ca2+ sensibles al voltaje sea la liberacin de neurotransmisores en la sinapsis.
En consecuencia los frmacos que bloquean los canales de Ca2+ con puerta de voltaje son especialmente tiles en el tratamiento de distintos trastornos que varan desde la cardiopata hasta los trastornos de la ansiedad.
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Pero por lejos, la clase mas grande y diversa de canales inicos con puerta
de voltaje son los canales del K+; Se conocen actualmente casi 100 genes
de los canales del K+, y pertenecen a varios grupos distintos que difieren
principalmente en sus propiedades de activacin, apertura e inactivacin;
Tal vez la funcin mas importante de los canales del K+ es el rol que
desempean en la generacin del potencial de membrana de reposo.
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Muchos tipos de canales inicos responden a seales qumicas (ligando) mas que a cambios en el potencial de membrana. El mas importante de estos canales inicos con puerta de ligando en el sistema nervioso es la clase activada por la fijacin de neurotransmisores; Estos canales son esenciales para la transmisin sinptica y otras formas de fenmenos de sealamiento.
Otros canales con puerta de ligando son sensibles a las seales qumicas que se originan en el citoplasma de las neuronas y pueden ser selectivos para iones especficos como K+ o CI o permeables a todos los canales fisiolgicos.
La principal funcin de estos canales es convertir las seales qumicas intracelulares en informacin elctrica. Este proceso es particularmente importante en la transduccin sensitiva en donde los canales regulados por nucletidos cclicos convierten los olores y la luz, por ejemplo, en seales elctricas. Aunque muchos de estos canales inicos con puerta de ligando se localizan en la membrana de la superficie celular, otros estn en membranas de las organelas intracelulares como mitocondria o el retculo endoplasmatico.
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Otros canales inicos responden al calor o a la
deformacin de la membrana. Los canales inicos
activados por el calor, como algunos miembros de la
familia de genes potenciales de receptores
transitorios, contribuyen a las sensaciones del dolor y
temperatura y ayudan a mediar la inflamacin. Una
forma especializada de estos canales hace posible la
audicin al permitir que las clulas ciliadas auditivas
respondan a las ondas sonoras.
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Enfermedades causadas por alteracin de los canales
inicos (Canolopatas)
Miotona: Rigidez muscular debida a
una excitabilidad elctrica excesiva.
Parlisis: Debida a excitabilidad
muscular insuficiente
Enfermedades que
afectan las clulas
del msculo
esqueltico.
Canales inicos localizados en el Encfalo
- Ataxia Episdica - Degeneracin espinocerebelosa
- Ceguera nocturna
- Cefaleas migraosas (MHF)
- Epilepsia Generalizada con
convulsiones febriles
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Transportadores Las tareas esenciales de generar y mantener gradientes de
concentracin inica para iones particulares las llevan a cabo
un grupo de protenas de la membrana plasmtica conocidas
como transportadores activos.
Los transportadores activos realizan esta tarea formando
complejos con los iones que est translocando.
El proceso de fijacin y liberacin de los iones para su
transporte requiere tpicamente varios milisegundos.
El transporte activo requiere un gasto de energa en forma de
ATP para transportar la molcula de un lado al otro de la
membrana, el transporte activo es el nico que puede
transportar molculas en contra de un gradiente de
concentracin.
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Tipos de transportadores activos
Aunque las tareas especficas de estos
transportadores difieren, todos deben translocar
iones en contra de sus gradientes electroqumicos.
Los transportadores neuronales pueden ser
clasificados en dos clases sobre la base de sus
fuentes de energa.
BOMBAS ATPasas Intercambiadores
de iones
(Activo Primario) (Activo Secundario)
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BOMBAS ATPasas
Adquieren la energa directamente por la hidrlisis de ATP
(Adenosintrifosfato), entre ellas tenemos la bomba de
Sodio/Potasio y la bomba de Calcio.
- Bomba de Na+/ K+
- Bomba de Ca+2
Mantienen los gradientes de concentracin
transmembrana de Sodio y Potasio.
Proporciona los principales mecanismos para eliminar el
Calcio de las clulas.
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- Bomba de Na+/ K+
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Propiedades funcionales de la
bomba de Na+ /K+ Se estima que la actividad de esta bomba
repersenta el 20-40% del consumo de energa del encfalo, lo que indica su importancia para la funcin enceflica.
Estudios radioactivos afirman: Que las condiciones que interrumpen el aporte de
ATP en el axn, cesan el eflujo de Na+.
El eflujo de Na+ se asocia con el influjo simultneo de K+ ATP dependiente.
Estudios cuantitativos indican que el influjo de K+ es slo de aproximadamente dos tercios el eflujo de Na+, por lo tanto, la bomba transporta aparentemente dos K+ hacia el interior de la clula por cada 3 Na+ extrados.
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Se encarga de mantener
los niveles intracelulares de
calcio a un nivel bajo.
La bomba Ca2+-ATPasa
funciona de una forma muy
parecida a la bomba Na+K:
dos iones de Ca2+ son
transportados fuera del
citosol por cada molcula
de ATP hidrolizado.
La actividad de esta bomba
est regulada de tal forma
que si la concentracin de
Ca2+ aumenta, la velocidad
de bombeo aumenta
- Bomba de Ca+
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No utiliza directamente ATP, sino que depende en cambio de los gradientes electroqumicos de otros iones como fuente de energa.
Este tipo de transportador transporta uno o ms iones en contra de su gradiente de concentracin mientras toma simultneamente otro in a favor de su gradiente.
Si bien el gradiente electroqumico del Na+ es la fuente prxima de energa para los intercambiadores de iones, estos gradientes finalmente dependen de la hidrlisis de ATP por las bombas ATPasas.
INTERCAMBIADORES DE IONES
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Intercambiador
de Na+ /Ca2+
Mantiene baja las
concentraciones
intracelulares de
Ca2+.
Intercambia
dor de Cl-
/HCO3 Regula la
concentracin de
cloro y PH
intracelular.
Intercambiador
de Na+ / H +
Regula la el PH
intracelular y la
concentracin de H +.
Transportadores de
Na+ /
neurotransmisores
En las terminaciones
sinpticas
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Gracias.
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