Diapositiva 1

Transcripción

Diapositiva 1

TRANSPORTE A TRAVÉS DE
MEMBRANA
FUNCIONES DE LAS
MEMBRANAS
•
•
•
•
Producci
ón de ATP
Producción
Transporte selectivo
Especificidad celular
Fijaci
ón de agentes
Fijación
reguladores
• Transmisi
ón de
Transmisión
impulsos el
éctricos
eléctricos
• Transducci
ón de
Transducción
se
ñales
señales
• Lugar para
reacciones
enzim
áticas
enzimáticas
• Protecci
ón de la
Protección
celula
• LLímite
ímite entre
organelos
• Comunicaci
ón
Comunicación
intercelular
MEMBRANAS BIOLÓGICAS
Las membranas celulares no son paredes rígidas, sino estructuras complejas y
dinámicas compuestas por moléculas que poseen características especiales. Ello hace
posible la existencia de interacciones selectivas, como la regulación del transporte de
moléculas hacia adentro y afuera de la célula, la transmisión de señales e información
entre el medio y el interior de la célula, la capacidad de actuar como sistema de
transferencia y almacenamiento de energía y el reconocimiento del entorno celular.
Modelo del “mosaico fluido”
Singer y Nicholson, 1972
Bicapa Lipídica: Autoensamble y Autosellado
Su forma le permite
asociarse con el agua en
forma de una estructura de
doble capa (bicapa lipídica)
que tiende a cerrarse sobre
sí misma formando
compartimientos herméticos,
eliminando los bordes libres
en los que las colas
hidrofóbicas podrían estar en
contacto con el agua. Los
compartimientos formados
por bicapas lipídicas tienden
a cerrarse de nuevo después
de haber sido rotos
(autoensamblaje y
autosellado)
Tipos de fosfolípidos
fosfatidilcolina (lecitina)
fosfatidiletanolamina (cefalina)
fosfatidilserina
fosfatidilinositol
esfingosina
Esfingomielina
Bicapa Lipídica
Las dos cadenas de ácidos grasos son hidrófobas y tienen longitud variable (14 a 24
C). Una de estas cadenas presenta enlaces cis (es insaturada) y la otra no tiene dobles
enlaces (es saturada). Las diferencias en longitud y grado de instauración afectan la
capacidad de las moléculas de fosfolípidos para empaquetarse, modificando su fluidez.
El tercer C del glicerol está unido por un grupo fosfato a una molécula orgánica
hidrofílica, que generalmente contiene un átomo de nitrógeno o un hidrato de carbono.
Las moléculas con una región hidrofóbica y otra hidrofílica, se denominan anfipáticas.
Bicapa Lipídica: Asimetría
Las moléculas lipídicas que tienen colina en su grupo cabeza (fosfatidilcolina y
esfingomielina) se encuentran en la mitad exterior de la bicapa, mientras que las
que contienen un grupo amino (fosfatidiletanolamina y fosfatidilserina) se hallan
en la mitad interior. La pérdida de la asimetría es una señal de muerte celular
(apoptosis o muerter programada), ya que la exposición de fosfatidilserina en la
capa externa favorece la fagocitosis de estas células por macrófagos
Bicapa Lipídica: Asimetría
Bicapa Lipídica: Fluidez
A mayor cantidad de
colesterol menor fluidez
A mayor temperatura
mayor fluidez
Transporte Biológico
El transporte biológico involucra paso o movimiento de iones y
moléculas a través de la membrana celular, independientemente
de su tamaño y del mecanismo mediante el cual la atraviesa.
Debido a su interior hidrofóbico, la bicapa lipídica es una barrera
altamente impermeable al flujo de la mayoría de las moleculas
polares, con lo cual se evita la pérdida de éstas desde el interior
celular, pero es permeable al agua.
Esta función de barrera es importante ya que la combinación de
permeabilidades selectiva y transporte activo a través de la
membrana crea grandes diferencias en la composición iónica
entre el LIC y el LEC, lo que permite a la membrana celular
almacenar energía potencial en la forma de gradientes iónicos que
pueden usarse para el transporte, conducción de señales
eléctricas, etc.
Transporte Biológico
La velocidad a la cual difunde una molécula o partícula depende:
1.- tamaño de la molécula
2.- carga
3.- solubilidad en lípidos (Coeficiente de partición lípido/H20)
4.- gradiente de concentración y eléctrico
5.- área
6.- fluidez
Bicapa Lipídica: Permeabilidad
Debido a su interior hidrofóbico, la bicapa lipídica constituye una barrera
altamente impermeable a la mayoría de las moléculas polares. Esta función de
barrera es de especial importancia, ya que permite a una célula mantener en su
citosol ciertos solutos a concentraciones diferentes a las que están en el
fluido extracelular y en cada uno de los compartimientos intracelulares
Proteínas de membrana
Aunque la estructura básica es provista por los fosfolípidos, la mayoría de las funciones
específicas de la membrana son llevadas a cabo por proteínas. En promedio, hay un 50% de
lípidos y otro tanto de proteínas, pero como las proteínas son mucho más grandes, la relación
numérica es de alrededor de 50 moléculas de fosfolípidos por cada molécula de proteína
Las proteínas integrales poseen algunas regiones insertadas en las regiones hidrófobas. Pueden
atravesar una sola vez la membrana (1) o muchas veces (2), estar solubles en el citosol pero ancladas a
la cara interna por un resto acilo o prenilo (3), o estar unidas a un resto de glicosilfosfatidilinositol, que
las ancla a la cara externa de la membrana (4)
Las proteínas periféricas se unen a regiones expuestas de proteínas integrales y usualmente unidas no
covalentemente a proteínas integrales y pueden ubicarse hacia adentro (5) o fuera (6) de la membrana
Mecanismos de transportes a través de la
membranas celulares
De acuerdo a sus características, los transportes biológicos se les puede
clasificar de la siguiente manera:
a.- Si requieren o no energía:
a.1.- Transporte pasivo
a.2.- Transporte activo
a.1.- Transporte Pasivo: no requiere energía metabólica. Ej.
a.1.a.- Difusión simple
a.1.b.- Difusión facilitada
a.2.- Transporte Activo: requiere de energía metabólica. Ej.
a.2.a.- Primario
a.2.b.- Secundario
Mecanismos de transportes a través de la membranas
celulares
b.- Si participan o no proteínas carriers.
b.1.- Transporte Mediado: participan proteínas carriers. Ej.
b.1.a.- Transporte Activo
b.1.b.- difusión Facilitada
b.2.- Transporte No Mediado: no participan proteínas carriers. Ej
b.2.a.- Difusión simple
b.2.b.- Osmosis
1. Difusión simple
Gradiente de concentración
2. Difusión facilitada
(transportador)
Lehninger. Principios de Bioquímica.
© 2006 Ed. Omega. 4/e
Tasa de transporte
Concentración
Cinética del transporte por difusión simple
Transporte pasivo
2
© 2006 Ed. Omega. 4/e
AQUAPORINA
Transporte Mediado
La característica distintiva de los procesos de transporte mediado es el
requerimiento de la interacción específica del soluto transportado con un
componente especializado de la membrana celular.A causa de ello, estos
procesos presentan propiedades cinéticas comunes, entre ellas tenemos:
a.- Cinética de saturación
b.- Especificidad (estereoespecificidad)
c.- Competencia
d.- Alto coeficiente térmico
La cinética de saturación se basa en el hecho de que las proteínas
transportadoras tienen un número limitado de sitios de unión para el
soluto, por lo tanto, la velocidad o flujo de un soluto no varía en forma
directa con la concentración del soluto, alcanzandose, a una
determinada concentración, el transporte máximo.
Transporte Mediado
Efecto de la concentración de soluto sobre su flujo a través de un sistema de
transporte mediado. La velocidad de paso del soluto a través de la membrana
en función de su concentración es una curva de pendiente decreciente hasta
que alcanza un valor máximo, a partir del cual el flujo no se modifica al
aumentar la concentración de la sustancia transportada
Transporte Mediado
Especificidad
El transporte mediado muestra una selectividad muy elevada ya que
sustancias químicamente muy parecidas a las transportadas no pueden
atravesar la membrana ocupando este transporte. Los sitios de unión de
las proteínas carrier son estereoespecíficos. Por ej., el transportador de
glucosa de los eritrocitos transporta más eficientemente los isómeros de
D-glucosa que los L-glucosa
Competencia
Aunque los sitios de unión para los solutos transportados son muy
específicos, pueden reconocer, unirse e incluso transportar solutos
químicamente relacionados y su presencia produce una inhibición del
flujo del soluto específico. Por ej., el transportador de la glucosa es
específico para la D-glucosa, pero también reconoce y transporta la Dgalactosa, en consecuencia, la presencia de ésta última inhibe el
transporte de D-glucosa.
Transporte Mediado
La inhibición puede ser competitiva, en el caso que se compita por el
mismo sitio de unión y por lo tanto se altera la Ks, ej. D-glucosa – DGalactosa; o puede ser no-competitiva, el soluto se une en un sitio
diferente alterando la estructura del carrier y en esta caso se altera la
Vmáx.
Coeficiente Térmico (Q10)
Estos sistemas tienen un Q10 de 2 – 3, lo que significa que el flujo de
soluto aumenta 2 a 3 veces por cada 10o que aumente la temperatura.
Ej. de transporte mediado:
a.- Difusión facilitada
b.- Transporte activo primario
c.- Transporte activo secundario
Difusión Facilitada
Transporte pasivo mediado por carriers que se genera cuando la fuerza
impulsora es el gradiente electroquímico del soluto. El carrier actúa acelerando
la transferencia del soluto. Ej. Transporte de D-glucosa hacia la célula muscular
esquelética. La D-galactosa y la floridcina son inhibidores competitivos
Modelo hipotético que muestra como los cambios conformacionales del carrier
median la difusión facilitada del soluto A.Algunos pueden ser modificados por
hormonas, ej., la insulina estimula el transporte de glucosa en el músculo
esquelético
Transportes pasivos a través de la membrana plasmática cuya fuerza
impulsora es el gradiente electroquímico. Tienden a igualar las
concentraciones. Son reversibles y simétricos ya que pueden
funcionar en ambas direcciones dependiendo del gradiente.
Transporte Activo
Ocurre cuando se demuestra que hubo una transferencia neta de soluto
desde un compartimiento cuyo potencial electroquímico es menor hasta
otro compartimiento donde el potencial electroquímico es mayor.
Mientras la difusión simple y la facilitada ocurren espontáneamente, el
transporte activo requiere de energía metabólica
Bomba de Sodio-Potasio o ATP-asa Sodio-Potasio
(ATPasa de Tipo P)
Se les denomina de tipo P porque forman un intermediario fosforilado clave
a)
Unión de tres Na+ a sus sitios activos
b)
Fosforilación de la cara citoplasmática de la bomba
que induce a un cambio de conformación en la
proteína. Esta fosforilación se produce por la
transferencia del grupo terminal del ATP a un
residuo de ácido aspártico de la proteína
c)
El cambio de conformación hace que el Na+ sea
liberado al exterior
d)
Una vez liberado el Na+, se unen dos moléculas de
K+ a sus respectivos sitios de unión de la cara
extracelular de la proteína
e)
La proteína se desfosforila produciéndose un
cambio conformacional de esta, lo que produce
una transferencia de los iones de K+ al citosol
Modelo que explica el funcionamiento de la ATP-asa Na+ -K+
Bomba de Sodio-Potasio o ATP-asa
Sodio-Potasio (ATPasa de Tipo P)
© 2006 Ed. Omega. 4/e
(ATPasa de Tipo P)
Mantenimiento de la osmolaridad y del volumen celular
La bomba de Na+/K+ juega un papel muy importante en el
mantenimiento del volumen celular. Entre el interior y el exterior de la
célula existen diferentes niveles de concentración, siendo mayor la
concentración de solutos dentro que fuera de la célula. Como quiera
que la bomba extrae de la célula más moléculas de las que introduce
tiende a igualar las concentraciones y, consecuentemente, la presión
osmótica. Sin la existencia de la bomba, dado que los solutos
orgánicos intracelulares, a pesar de contribuir en sí mismos poco a la
presión osmótica total, tienen una gran cantidad de solutos inorgánicos
asociados, la concentración intracelular de estos (que generalmente
son iones) es mayor que la extracelular. Por ello, se produciría un
proceso osmótico, consistente en el paso de agua a través de la
membrana plasmática hacia el interior de la célula, que aumentaría de
volumen y diluiría sus componentes. Las consecuencias serían
catastróficas ya que se reduciría la probabilidad de colisión molecular,
e incluso es posible que la célula llegara a reventar (proceso conocido
como lisis).
(ATPasa de Tipo P)
Transporte de nutrientes
El gradiente producido por el Na+ impulsa el transporte acoplado (activo
secundario) de la mayoría de nutrientes al interior de la célula. Lo que quiere
decir que el fuerte gradiente que impulsa al sodio a entrar en la célula (véase
más adelante) es aprovechado por proteínas especiales de membrana para
"arrastrar" otros solutos de interés utilizando la energía que se libera cuando el
sodio se introduce en la célula.
Potencial eléctrico de membrana
Esta bomba es una proteína electrogénica ya que bombea tres iones cargados
positivamente hacia el exterior de la célula e introduce dos iones positivos en el
interior celular. Esto supone el establecimiento de una corriente eléctrica neta a
través de la membrana, lo que contribuye a generar un potencial eléctrico entre
el interior y el exterior de la célula ya que el exterior de la célula está cargado
positivamente con respecto al interior de la célula. Este efecto electrogénico
directo en la célula es mínimo ya que sólo contribuye a un 10% del total del
potencial eléctrico de la membrana celular. No obstante, casi todo el resto del
potencial deriva indirectamente de la acción de la bomba.
(ATPasa de Tipo P)
Flujo de entrada de K+ (mmol/L de célula/hora) en glóbulos rojos humanos con y
sin energía metabólica y a distintas concentraciones de K+ radiactivo en el medio
de incubación a 37 oC.
(ATPasa de Tipo P)
Flujo de entrada activo de K+ en función de la concentración de potasio en el medio de
incubación. Muestra que la velocidad de entrada de K+ crece rápidamente y alcanza la
mitad de su valor máximo a un concentración de K+ de 2 mM.
(ATPasa de Tipo P)
Efecto de la Ouabaína (5x10-5 M) sobre el
flujo de entrada de potasio en glóbulo rojos
humanos. El glicósido ouabaína deriva del
núcleo pentano-perhidro-fenantreno.
C6H11O5 es un resto de deoxiglucosa
Bomba de Calcio o ATP-asa de calcio (ATPasa de Tipo P)
1.- La reacción cíclica se inicia con la enzima en
su forma defosforilada y con dos iones calcio
unidos.
En
esta
conformación
puede
intercambiar iones calcio con el interior
citoplásmico
2.- En esta conformación se puede unir el ATP.
Los dominios N, P y A sufren un fuerte cambio
conformacional a medida que se cierran sobre el
ATP. Los iones calcio están ahora atrapados en
el interior del enzima.
3.- El grupo fosforilo se transfiere ahora del ATP
al Asp 351
4.- Tras la liberación del ADP, el enzima
experimenta un nuevo cambio conformacional
que, esta vez, incluye también al dominio de
membrana.
5.- Se hidroliza el residuo fosfoaspartato y se
libera el grupo fosfato.
6.- Con la liberación del fosfato, se pierden las
interacciones que estabilizaban la conformación
y el enzima revierte a la conformación primera.
TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO
Transporte activo secundario: La bomba de sodio/potasio mantiene
una importante diferencia de concentración de Na+ a través de la
membrana. Por consiguiente, estos iones tienen tendencia a entrar de la
célula a través de los poros y esta energía potencial es aprovechada para
que otras moléculas, como la glucosa y los aminoácidos, puedan cruzar la
membrana en contra de un gradiente de concentración. Cuando la glucosa
cruza la membrana en el mismo sentido que el Na+, el proceso se llama
Symporte o cotransporte ; cuando los hacen en sentido contrario, el
proceso se llama Antiporte o contratransporte
Uniporte
Simporte
Antiporte
Cotransporte
TRANSPORTE SECUNDARIO DE GLUCOSA-SODIO
Transporte activo secundario de glucosa en células intestinales. Este
modelo explica también la reabsorción de glucosa en el túbulo
proximal de la nefrona
Cotransporte y transporte múltiple integrado
La distribución asimétrica de las proteínas transportadoras en la membrana plasmática de una
célula epitelial intestinal da lugar al transporte transcelular de glucosa a través del epitelio intestinal
El cotransportador Na+-Glucosa oscila entre dos estados “ping y pong”. La
unión del sodio a la proteína induce un cambio alostérico que aumenta
grandemente la afinidad del carrier para la glucosa.Se requiere que la gradiente
electroquímica del Na+ se mantenga por medio de la bomba la que
indirectamente está proporcionando la energía para el cotransportador.
La distribución asimétrica de proteínas transportadoras en la membrana
plasmática de una célula intestinal resulta en el transporte transcelular
de glucosa desde el lumen del intestino al fluido extracelular.
TRANSPORTE SECUNDARIO DE LACTOSA-PROTONES
TRANSPORTE SECUNDARIO DE LACTOSA-PROTONES
1.- El ciclo se inicia con las dos mitades orientadas de forma que el bolsillo de unión al azúcar es accesible
desde el exterior de la célula. Un protón procedente del exterior de la célula se une a un residuo de la permeasa,
posiblemente al Glu 269.
2.- En su forma protonada, la permeasa une lactosa del exterior de la célula.
3.- La estructura cambia de conformación
4.- La permeasa libera la lactosa al interior de la célula
5.- La permeasa libera un protón en el interior de la célula
6.- La permeasa vuelve a cambiar de conformación para completar el ciclo
Transporte de grandes moléculas
En la endocitosis la célula incorpora materiales
hacia su interior . En la fagocitosis (literalmente
"ingesta de células"), la célula ingiere partículas
sólidas como bacterias o nutrientes.
En otro tipo de endocitosis, llamada
pinocitosis ("bebido de células"), la
célula incorpora materiales disueltos
A veces también se degradan por este mecanismo organelas con fallas (una mitocondria,
en el ejemplo), envolviendo la organela en una vesícula formada con membranas del
retículo endoplásmico; a este proceso se lo denomina autofagocitosis o autofagia.
Transporte de grandes moléculas
En un tercer tipo de endocitosis, llamado
endocitosis mediada por receptor, algunas
proteínas específicas de determinadas partículas
extracelulares se unen a proteínas receptoras,
localizadas en la membrana plasmática de la
célula.
En la exocitosis una célula expulsa
productos de desecho o productos
específicos de secreción (como
hormonas), mediante la fusión de
una vesícula con la membrana
plasmática de la célula. La exocitosis
consiste en la fusión de la membrana
de la vesícula secretora con la
membrana plasmática. Es también un
mecanismo primario de crecimiento
de la membrana plasmática.

Diapositiva 1

Transcripción

Documentos relacionados

Organelos celulares

BIOQUIMICA: La química de los seres vivos. La palabra "Bioquímica

tema 1 la organización del cuerpo humano: la célula

Funciones de nutrición I Transporte