FISIOLOGIA DE LA MEMBRANA

TRANSPORTE DE SUSTANCIAS A TRAVES DE LA MEMBRANA CELULAR

Las diferencias de concentración de las

distintas sustancias entre el LIC y el LEC son muy importantes para la vida de la célula y, la membrana celular es la responsables de que se mantengan estas diferencias.

TRANSPORTE SUSTANCIAS A TRAVES DE LA MEMBRANA CELULAR

COMPOSICION QUIMICA DE LOS LIQUIDOS INTRA Y

EXTRACELULAR

LEC LIC Na 142 mEq/l 10 mEq/l K 4 mEq/l 140 mEq/l Ca 2,4 mEq/ l 0,0001 mEq/l Mg 1,2 mEq/l 58 mEq/l Cl 03 mEq/l 4 mEq l HCO3 28 mEq/l 75 mEq/l SO4 1 mEq/l 2 mEq/ l Glucosa 90 mg/dl 0 a 20 mg/ dl Aminoácidos 30 mg/dl 200 mg dl Colesterol Fosfolípidos. 0,5 g/dl 2 a 95 g/ dl ? Grasa neutra+ PO2 35 mmHg 20 mmHg? PCO2 46 mmHg 50 mmHg? pH 7,4 7 Proteínas 2 g/dl 16 g/ dl (5 mEq/l) (40 mEq/ l)

MEMBRANA CELULAR

Está formada casi totalmente por una bicapa lipídica con un gran número de moléculas proteicas insertadas

Esta capa no es miscible con LEC ni con el LIC; sin embargo es permeable para las sustancias liposolubles

Las moléculas proteicas constituyen una ruta

alternativa para las sustancias hidrosolubles.

Por tanto estas proteínas pueden actuar como proteínas transportadoras o proteínas de canal.

Las proteínas transportadoras se unen a moléculas o iones que se van a transportar, sufren cambios conformacionales y las desplazan hacia el otro lado de la membrana.

MOLECULAS PROTEICAS DE LA MEMBRANA CELULAR

Las proteínas de canal tienen espacios

acuosos en todo el trayecto del interior de la molécula que permiten el movimiento libre de agua y de moléculas e iones seleccionados.

Tanto las proteínas de canal como las proteínas transportadoras son muy selectivas.

El transporte a través de la membrana ya sea

por la capa lipídica o a través de las proteínas se produce mediante uno de los dos procesos básicos:

Difusión Transporte Activo

TRANSPORTE A TRAVES DE LA MEMBRANA

Es el movimiento molecular aleatorio de las

sustancias a través de espacios intermoleculares o en combinación con una proteína transportadora, utilizando como energía la del movimiento, es decir una energía cinética.

La difusión se divide en dos tipos: Difusión simple Difusión facilitada

DIFUSION

Significa que el movimiento cinético de las moléculas

o de los iones se produce a través de dos rutas: Una abertura de la membrana (canales acuosos) A través de espacios intermoleculares (sustancias

liposolubles)

La velocidad de difusión viene determinada por: La cantidad de sustancia disponible La velocidad del movimiento cinético El número y tamaño de las aberturas

DIFUSION SIMPLE

Un factor que determina la rapidez con la que

una sustancia difunde a través de la bicapa lipídica es la liposolubilidad de la sustancia.

Tal es el caso del oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono y alcoholes

DIFUSION DE SUSTANCIAS LIPOSOLUBLES

Los canales proteicos se distinguen por dos

características importantes:

Selectividad a ciertas sustancias Presencia de compuertas

DIFUSION A TRAVES DE CANALES PROTEICOS

SELECTIVIDAD

DiámetroForma

Cargas eléctricasEnlaces químicos

COMPUERTAS

POR VOLTAJEGenera

potenciales de acción

POR LIGANDOTransmisión nerviosa o

neuromuscular

CARACTERISTICAS DE LOS CANALES PROTEICOS

ACTIVACION POR VOLTAJE

En este caso la conformación molecular de la compuerta o de sus enlaces químicos responde al potencial eléctrico que se establece a través de la membrana celular.

Ej.: Cuando hay una carga negativa intensa en el interior de la membrana celular las compuertas de sodio del exterior permanecen firmemente cerradas y cuando el interior de la membrana pierde su carga negativa estas compuertas se abren.

Este es el mecanismo básico para generar los potenciales de acción nerviosos responsables de las señales nerviosas

ACTIVACION QUIMICA (POR LIGANDO)

Las compuertas de algunos canales proteicos se abren por la unión de una sustancia química (un ligando) a la proteína; esto produce un cambio conformacional o un cambio de los enlaces químicos de la molécula de la proteína que abre o cierra la compuerta, (activación química o activación por ligando)

Ej.: acetilcolina sobre el canal de la acetilcolina

Esta compuerta es importante para la transmisión de la señal nerviosa de una célula nerviosa a otra o desde una célula nerviosa a una muscular para la contracción muscular

Denominada también difusión mediada por

un transportador, porque una sustancia que se transporta de esta manera difunde a través de la membrana utilizando una proteína transportadora específica.

La glucosa y los aminoácidos utilizan este tipo de transporte.

DIFUSION FACILITADA

1.- DIFERENCIA DE CONCENTRACIÓN.- La velocidad a la que una sustancia difunde

hacia adentro es proporcional a la concentración de las moléculas en el exterior. Por el contrario, la velocidad con la que las sustancias difunden hacia afuera es proporcional a la concentración en su interior

Por tanto: Difusión neta ∞ (Ce - Ci)

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD NETA DE DIFUSION

Cuando se aplica un potencial eléctrico a través

de la membrana las cargas eléctricas de los iones hacen que se muevan a través de ella aún cuando no haya diferencia de concentración que la produzca.

De este modo se crea una diferencia de concentración en el un lado de la membrana y una diferencia eléctrica en el otro lado que empiezan a mover cargas hasta que los dos efectos se contrarrestan entre sí.

2.- POTENCIAL DE NERNST (POTENCIAL ELECTRICO )

La presión significa la suma de todas la s fuerzas

de las diferentes moléculas que chocan contra una superficie en un momento dado. La consecuencia es que se dispone de mayores cantidades de energía para producir el movimiento neto de moléculas desde el lado de presión elevada hacia el lado de presión baja.

Esta diferencia de presión se observa en la membrana capilar de todos los tejidos del cuerpo.

3.- DIFERENCIA DE PRESION

Es el movimiento neto del agua que se debe a la producción de

una diferencia de concentración.

La sustancia que difunde más abundantemente a través de la membrana celular es el agua, sin embargo otras sustancias también pueden hacerlo.

Normalmente la cantidad que difunde en ambas direcciones está equilibrada de manera tan precisa que se produce un movimiento neto cero del agua, con lo cual el volumen celular permanece constante

La cantidad exacta de presión necesaria para detener la ósmosis se denomina presión osmótica

OSMOSIS

Cuando una membrana celular transporta

moléculas o iones ¨ contra corriente ¨ , contra un gradiente de concentración, o contra un gradiente eléctrico o de presión, el proceso se denomina transporte activo

Así se transportan sustancias como: sodio, potasio, calcio, hierro, hidrógeno, cloruro, yoduro, urato, diversos azúcares y la mayor parte de aminoácidos.

TRANSPORTE ACTIVO

TRANSPORTE

ACTIVO

SECUNDARIOPRIMARIO

TIPOS DE TRANSPORTE ACTIVO SEGÚN LA ENERGIA

COTRANSPORTE

CONTRATRANSPORTE

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIOBOMBA SODIO - POTASIO

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO BOMBA SODIO-POTASIO

Se encuentra en todas las células del cuerpo y se encarga de mantener las diferencias de concentración del sodio y el potasio a uno y otro lado de la membrana celular, así como crear un potencial eléctrico negativo en el interior de las células

COMO ACTUA?

La proteína transportadora fija tres iones de sodio dentro de la célula y dos iones de potasio fuera de ella

La proteína posee actividad ATPasa y esa función enzimática se activa después de unirse la proteína a los iones

Entonces se separa una molécula de ATP y se escinde para formar ADP y liberar un enlace de fosfato de alta energía

Con lo cual los iones sodio salen fuera de la célula y los iones potasio entran en ella

Las funciones más importantes de la bomba sodio

- potasio son: Controlar el volumen de todas las células,

para lo cual la bomba debe sacar 3 iones sodio y con ello el agua.

Al sacar los iones sodio, en el interior de la célula se crea una electronegatividad capaz de generar un potencial eléctrico a través de la membrana celular, por eso se dice que la bomba sodio - potasio es electrógena

IMPORTANCIA DE LA BOMBA SODIO POTASIO

Los iones calcio normalmente se hallan en una

concentración 10.000 veces menor en el citoplasma que en el LEC , gracias a dos bombas de calcio que funcionan mediante transporte activo primario.

Una está en la membrana celular y bombea calcio hacia el exterior de la célula.

La otra, bombea iones calcio hacia uno o más de los orgánulos intracelulares como el RE de las células musculares y las mitocondrias en todas las células

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO DE CALCIO(BOMBA DE CALCIO)

Tiene importancia a nivel de: Las glándulas gástricas del estómago para

secretar HCl.

En la porción distal de los túbulos distales y en los conductos colectores corticales de los riñones para eliminar de los líquidos corporales el exceso de hidrogeniones

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO DE IONES HIDROGENO

La energía procede secundariamente de la

que está almacenada bajo la forma de diferencia de concentración iónica a ambos lados de la membrana y que aparece gracias al transporte activo primario

TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO

TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO

COTRANSPORTE

GLUCOSA Y AMINOACIDOS JUNTO CON SODIO

CONTRATRANSPORTE

CALCIO E HIDROGENO CON SODIO

TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO

COTRANSPORTE

Cuando se produce el transporte activo de

sodio hacia fuera de la célula, la energía de difusión del sodio le permite arrastrar otras sustancias junto con él. Este fenómeno se denomina cotransporte que es una forma de transporte activo secundario

COTRANSPORTE

Para que el sodio arrastre otra sustancia con él es necesario un mecanismo de acoplamiento, mediante una proteína transportadora

El transportador actúa como punto de unión tanto para el sodio como para la sustancia que se va a cotransportar

Una vez que los dos están unidos el gradiente de energía del ión sodio hace que este ión y la otra sustancia sean transportados juntos hacia el interior de la célula

COTRANSPORTE DE GLUCOSA CON EL SODIO

Cuando el sodio y la glucosa se han unido a la proteína de transporte, se produce automáticamente el cambio de configuración, y tanto el sodio como la glucosa pasan simultáneamente al interior de la célula

COTRANSPORTE DE AMINOACIDOS CON EL SODIO

Se produce de la misma manera que el de la glucosa, con la salvedad de que se emplea una clase distinta de proteína de transporte

Se conocen cinco proteínas transportadoras de aminoácidos, y cada una de ellas efectúa el transporte de un grupo de aminoácidos que tiene ciertas características moleculares

CONTRATRANSPORTE

El ión sodio se une a la proteína transportadora en la cara externa de la membrana celular, mientras que la sustancia que va a ser contratransportada se coloca en la cara interna de la membrana

Conseguido esto, vuelve a producirse un cambio de configuración (mientras la energía del ión sodio se desplaza hacia el interior), lo que da lugar a que la otra sustancia salga fuera de la célula

CONTRATRANSPORTE DEL CALCIO

Tiene lugar en la mayoría de las membranas celulares, donde los iones de sodio entran y los de calcio salen de la célula, uniéndose ambos a la misma proteína transportadora.

CONTRATRANSPORTE DE HIDROGENO

Se produce especialmente en el túbulo proximal renal, donde los iones de sodio abandonan la luz tubular y pasan al interior de las células tubulares, mientras los hidrogeniones son contratransportados hacia la luz

TRANSPORTE ACTIVO A TRAVES DE CAPAS CELULARES

El mecanismo básico es: Transporte activo en el un polo

celular y

Difusión simple o difusión facilitada en el otro polo

Se produce en los epitelios intestinal, túbulos renales, de las glándulas exócrinas, de la vesícula biliar, del plexo coroideo y otras membranas.