UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMACCARRERA PROFESIONAL DECARRERA PROFESIONAL DE

MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA

TRANSPORTE DE IONES Y MOLÉCULAS A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS CELULARES

MSc. NILTON CESAR GOMEZ URVIOLA

FUNCIONES DE LA MEMBRANA

1) Estructural. Aísla a la célula del medio extracelular. Delimita

l f d l él l P it d f i l ála forma de la célula. Permite deformaciones, que algunas serán

pasajeras como los pseudópodos y otras permanentes como las

microvellosidades, cilios y flagelos. Posee estructuras de

adhesión que une unas células con otras.

2) Intercambio de sustancias.

3) Formación e intercambio de vesículas.

4) Transferencia de información. La comunicación celular es

necesaria para la relación de la célula, se realiza a través de

moléculas que actúan como mensajeros, que son reconocidos

por receptores específicos de membrana.

5) Adhesión celular. Varios tipos de proteínas transmembrana

como el colágeno (integrina), unen físicamente los componentes

del citoesqueleto con las moléculas de las matrices

extracelulares.

6) Identidad celular. La membrana posee proteínas de

histocompatibilidad, que explican los fenómenos de afinidad o

rechazo de transplante de órganos y transfusiones de sangre etc.,

que reconocen en la superficie de la célula a moléculasq p

propias o extrañas. Los oligosacáridos del glucocáliz, actúan

en el reconocimiento celular y son responsables de la unión a

virus toxinas etcvirus, toxinas, etc.

COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA BICAPA LIPÍDICA

DESCRIPCION DE LA SUPERFICIE CELULAR

1) Microvellosidades o microvilli. Son evaginaciones digitidiformes de la

membrana plasmática. Revisten la superficie de algunas células incrementando

su capacidad de absorción como es el caso del epitelio intestinal. Una sola

célula del epitelio del intestino delgado tiene varios miles de ellas. La forma sep g

mantiene gracias a un haz de filamentos de actina que forma el eje central.

MICROVELLOSIDADES INTESTINALES

2) Pliegues vaso-laterales o interdigitaciones. Son invaginaciones profundas

de la superficie basal o lateral de las células Las podemos encontrar en lasde la superficie basal o lateral de las células. Las podemos encontrar en las

células tubulares renales, células de glándulas secretoras.

3) Cilios. Proyecciones móviles superficiales que participan en el transporte de

sustancias o moléculas por la superficie.

PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LAS MEMBRANAS

Diversos mecanismos permiten la transferencia de cargas eléctricas,

principalmente iones, a través de la membrana, haciendo posible no sólo la

comunicación entre ambos espacios sino la generación de determinadascomunicación entre ambos espacios, sino la generación de determinadas

señales biológicas. Todas las células poseen una diferencia de potencial entre

el interior y el exterior celular que se denomina potencial de membrana y que

se debe a la existencia de gradientes de concentración iónica a ambos lados

de la membrana y a diferencias en la permeabilidad relativa de la membrana

celular a las distintas especies iónicas presentes.

EL IMPULSO NERVIOSO

MECANISMOS DE TRANSPORTE CELULAR

La membrana celular separa el líquido intracelular del líquido extracelular y a

través de ella se realiza el transporte de sustancias conservándose las distintas

concentraciones entre ambos líquidos.

Lí id t l l l lí id i t ti i l lí id b ñ l él lLíquido extracelular: plasma, líquido intersticial, líquido que baña a la célula.

En biología celular se denomina transporte de membrana al

conjunto de mecanismos que regulan el paso de

solutos, como iones y pequeñas moléculas, a través de

membranas biológicas, esto es, bicapas lipídicas que

poseen proteínas embebidas en ellas.posee p ote as e beb das e e as

Una característica de las

membranas biológicas,

l f lt d d iti les la facultad de permitir la

permeabilidad de ciertas

sustancias pero no de otras

(SEMIPERMEABILIDAD)(SEMIPERMEABILIDAD)

REQUISITOS PARA EL PASO DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA

Presión

A TRAVÉS DE LA MEMBRANA

ConcentraciónTemperaturap

Solubilidad

Para que el paso de sustancias a través de la membranaPara que el paso de sustancias a través de la membrana

se produzca, es necesario la existencia de una fuerza

i l t b l d d l b l limpulsora entre ambos lados de la membrana, la cual

puede ser de diferente naturaleza: diferencia de

presión, diferencia de concentración, potencial

eléctrico, etc. Una vez establecido el flujo, el diferente

grado de paso de unas sustancias respecto de otras se

produce por criterios físicos (tales como el tamañop p (

del poro) o químicos (como la solubilidad y difusión

en la membrana etc )en la membrana, etc.).

La termodinámica, estudia la

circulación de la energía ycirculación de la energía y

cómo la energía infunde

i i t F t lmovimiento. Factores como la

temperatura, presión, pH,

entre otros, pueden producir

cambios en el uso de energía

metabólica.

• Las células requieren nutrientes del exterior y deben eliminar sustancias dedesecho procedentes del metabolismo y mantener su medio interno estable.p y

• La membrana presenta una permeabilidad selectiva, ya que permite el pasode DETERMINADAS pequeñas moléculas.

• Los mecanismos de transporte pueden verse en el siguiente esquema:

Difusión facilitada(a favor de un gradiente electroquímico)

Difusión simple(compuestos no polares, a

f d di d

TEelectroquímico)

Transporte activo primario(en contra de un gradiente

favor de gradiente de concentración)

NSP

OR

T electroquímico)

E TR

AN Transporte de iones

mediado por un ionóforo

(a favor de gradiente electroquímico)

POS

DE q )

TIP

Canal iónico(a favor de

gradienteTransporte activo secundario

gradiente electroquímico)

(en contra del gradiente electroquímico, dirigido por un ión que se mueve a favor de su gradiente)

TRANSPORTE PASIVO

A favor del gradiente electrogradiente electro

químico

TRANSPORTE ACTIVO

Transporte en contra del gradiente electro

químico

1. TRANSPORTE PASIVO. Siempre sucede a favor del gradiente de

concentración, es decir, de la zona de mayor concentración a la de menorco ce t ac ó , es dec , de a o a de ayo co ce t ac ó a a de e o

concentración. Ocurre espontáneamente y sin gasto de energía, con el fin de

igualar las distintas concentraciones, cargas eléctricas y presiones, cesando

cuando la diferencia del flujo es igual a 0.

Tipos de transporte pasivo:

Difusión Osmosis

OSMOSIS. Es el flujo de agua a través de una membrana semipermeable

(sabiendo que deja pasar el agua pero no el soluto ó moléculas) que va a ir de

un compartimento donde la concentración de soluto es menor hacia otro

donde la concentración es mayor.

Presión osmótica, es la fuerza que va a impulsar el paso de las moléculas de

agua desde los compartimentos más diluidos hacia los mas concentradosagua desde los compartimentos más diluidos hacia los mas concentrados.

Depende del número de partículas disueltas por unidad de volumen.

1 Soluciones isoosmóticas igual presión osmótica1. Soluciones isoosmóticas, igual presión osmótica.

2. Solución hiperosmótica, mayor presión osmótica.

3. Solución hipoosmótica, menor presión osmótica.p , p

Respuestas de células animales y vegetales a cambios en la osmolaridad del medio

Lodish et al. 2004

DIFUSION. Se debe a la tendencia de algunas sustancias en solución a

distribuirse uniformemente por todo el espacio disponible, depende de 3 factores:

1. De la diferencia de concentración o diferencia de gradiente eléctrico.

2 De la capacidad que tenga esa molécula para atravesar la membrana2. De la capacidad que tenga esa molécula para atravesar la membrana.

3. De la cantidad de superficie de membrana que tengamos disponible para que

esa partícula pueda pasar.

A) Difusión simple (ó difusión de moléculas liposolubles): la molécula pasa por

sí misma a través de la bicapa lipídica, por ej. El O2, CO2, urea, el benceno,

otros. Se difunden más rápido cuanto menor es la molécula y mayor su

liposolubilidad (naturaleza no polar – hidrofóbica). Las moléculas hidrofílicas

también pueden difundirse, pero requieren no estar cargadas eléctricamente y

t ñ ñ ( t l t l l li l) El dposeer un tamaño pequeño (metanol, etanol y el glicerol). El agua puede

atravesar la bicapa.

B) Difusión facilitada: Cuando se requiere el pasaje de iones, aminoácidos,

monosacáridos, y otras moléculas de mayor tamaño y cargadas eléctricamente,

tiene que ser mediante una proteína o carrier que atraviese la membrana, en

general son proteínas de paso múltiple, vale decir que la cadena polipeptídica

recorre el espesor de la membrana varias veces.

Las proteínas transportadoras son específicas, en el sentido de que transporta

un solo tipo de molécula, y es capaz de discriminar incluso diferentes tipos de

aminoácidos o de monosacáridos entre sí.

La difusión facilitada se hace siempre a favor del gradiente electroquímico.

Los transportadores movilizan diversos iones y moléculas a través de las

membranas cel lares Se han identificado tres tipos de transportadoresmembranas celulares. Se han identificado tres tipos de transportadores:

uniportadores, antiportadores y simportadores.

A B y C

Transportan un únicotipo de moléculas afavor del gradiente de

Acoplan el movimiento de un ion o molécula encontra de su gradiente de concentración con elmovimiento de uno o más iones diferentes aa o de g ad e e de

concentraciónmediante difusiónfacilitada. Ejm. El pasode glucosa y

o e o de u o o ás o es d e e es afavor de su gradiente de concentración. Estasproteínas a menudo son llamadascotransportadoras, en alusión a su capacidadpara transportar dos solutos diferentesde glucosa y

aminoácidos.para transportar dos solutos diferentessimultáneamente.

Lehninger Principios de BioquímicaLehninger. Principios de Bioquímica.© 2006 Ed. Omega. 4/e

CANALES IÓNICOS

Transportan iones inorgánicos

Difieren de transportadores en:

- Mayor velocidad de flujo

- No se saturan

- Responden a una señal celular

Dos tipos:Dos tipos:

a) Dependientes de voltajeNa+

b) D di t d li d

K+

Ca2+

b) Dependientes de ligando

Receptor nicotínico de acetilcolina

a) Canales iónicos dependientes de voltaje

Canal de Na+Canal de Na+

Canal de K+

Stryer. Bioquímica. © 2007 Ed. Reverté. 6/e

b) Canales iónicos dependientes de ligandoENTRA N + SALE K + DESPOLARIZACION ENTRA C 2+ LiberaENTRA Na + y SALE K + = DESPOLARIZACION = ENTRA Ca2+

Neurotransmisor

IONOFOROS

La palabra ionóforo significa "llevar

iones" y se refiere a la acción de

algunos fármacos de ayudar a los

iones, como el sodio y el potasio a

pasar por las membranaspasar por las membranas

celulares. Son pequeñas

moléculas hidrofóbicas que se

disuelven en la bicapa lípidica y

aumenta la permeabilidad de

d i d i Ej Ldeterminados iones. Ejm. La

Monensina, Lasolacida,

Valinomicina, Gramicidina, etc.Valinomicina, Gramicidina, etc.

IONÓFOROSA tibióti b t i f ilit l t t d i i á iAntibióticos bacterianos que facilitan el transporte de iones inorgánicos

Transportador móvil Formador de canalesValinomicina

a spo tado ó o ado de ca a es

K+

Gramicidina A

2. TRANSPORTE ACTIVO. Transporte de sustancias a través de la membrana

en contra del gradiente de concentración, es decir de la región de menos

concentración a mas concentración. Es un transporte “cuesta arriba” que requiere

energía metabólica aportada por el ATP. El paso a través de la membrana es

posible gracias a la acción de una proteína transportadora o carrier, que se une al

sustrato en la parte externa de la membrana celular y lo introduce en la célula.

Tiene iguales características que con el otro carrier de la difusión facilitada, pero

la diferencia es que en esta si hay gasto de energía. Tipos:

a. Primario

b. Secundario

Primario. Cuando el transporte activo tiene lugar acoplado directamente al

gasto de energía por ejemplo la bomba Na+K+ q e acopla el transporte degasto de energía, por ejemplo la bomba Na+K+, que acopla el transporte de

Na+ hacia el exterior con el transporte de K+ hacia el interior, ambos en contra

de su gradiente. El proceso se realiza con consumo de ATP. Las proteínas queg p p q

intervienen se denominan “bombas”, siendo las más importantes las que

transportan los cationes Na y K.

K+ Na+

Secundario. Algunas moléculas como la glucosa ó aminoácidos entran en lag g

célula mediante un transporte acoplado con la entrada de Na+. Son moléculas

que son transportadas en contra de gradiente, aprovechando una situación

creada por el transporte activo primario.

El elemento más importante que motoriza el cotransporte a través de la

membrana plasmática es el sodio, cuyo gradiente favorable, a su vez, produce

gasto de energía. En algunas ocasiones la sustancia (glucosa - enterocitos ó

epitelio renal) es introducida contragradiente junto con el sodio (simportador).

En otras células la entrada de sodio (antiportador) se utiliza para extraer al otro

elemento, como el intercambiador de sodio – calcio de los cardiocitos. Los

glucósidos digitálicos, como la ouabaína, inhiben la bomba de sodio –

potasio.

SIMPORTADOR Ó PARALELO

CapilaresLumen intestinal

GlMonotransporte de GlucosaNa+-glucosa cotransporte unidireccional

Glucosa

Glucosa

)-ATPasaCélula de borde en cepillo

Figura 10-24. Fundamentals of Biochemistry.2/e (Voet)© 2006 John Wiley & Sons

ANTIPORTADOR Ó ANTIPARALELO

Lehninger. Principios de Bioquímica.© 2006 Ed. Omega. 4/e

TRANSPORTE DE MOLECULAS DE ELEVADA MASA MOLECULAR

1. ENDOCITOSIS: Se ingieren partículas en contacto con receptores externos

de la membrana celular, la cual se invagina envolviéndolos. La zona invaginada

se desprende de la superficie interior formando una vacuola que queda en el

citoplasma.

FAGOCITOSIS C d l él l i i tí l dFAGOCITOSIS: Cuando la célula ingiere partículas grandes y se

forman endosomas de mas de 250 nanómetros.

PINOCITOSIS: Cuando se ingieren líquidos y moléculas menores paraPINOCITOSIS: Cuando se ingieren líquidos y moléculas menores para

formar vesículas menores de 30 nanómetros.

2. EXOCITOSIS: Transporte de sustancias o procesos mediante el cualp p

moléculas grandes como proteínas, péptidos, lipoproteínas... son secretadas

por las células. La membrana de la vesícula se fusiona con la membranap

plasmática dejando el contenido fuera y la envoltura celular intacta.

ENDOCITOSIS

EXOCITOSIS

ENDOCITOSIS MEDIADA POR UN ENDOCITOSIS MEDIADA POR UN RECEPTORRECEPTOR

TRANSCITOSISTRANSCITOSIS