QUÉ PUEDE INGRESAR Y SALIR DE LA CÉLULA?

Transcripción

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2 QUÉ PUEDE INGRESAR Y SALIR DE LA CÉLULA? Permeabilidad pasiva -Gradiente de concentración -Gradiente eléctrico Transporte Activo -Bomba sodio ATPasa -Proteínas de transporte. Temas que faltan: -Diferenciaciones de la membrana -Cubiertas de membrana y reconocimiento -Inhibición por contacto y células cancerosas

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4 La membrana es permeable, permite el paso de sustancias? El medio extracelular tiene una composición previa Solubilidad en los lípidos: Las sustancias que se disuelven en los lípidos (moléculas hidrófobas, no polares) penetran con facilidad en la membrana dado que esta está compuesta en su mayor parte por fosfolípidos. Tamaño: la mayor parte de las moléculas de gran tamaño no pasan a través de la membrana. Sólo un pequeño número de moléculas no polares de pequeño tamaño pueden atravesar la capa de fosfolípidos. Carga: Las moléculas cargadas y los iones no pueden pasar, en condiciones normales, a través de la membrana. Sin embargo, algunas cargadas pueden pasar por los canales proteícos o con la ayuda de una proteína transportadora. En la membrana la naturaleza de las proteínas rigen el traspaso selectivo: Canales: algunas proteínas forman canales llenos de agua por donde pueden pasar sustancias polares o cargadas eléctricamente que no atraviesan la capa de fosfolípidos. Transportadoras: otras proteínas se unen a la sustancia de un lado de la membrana y la llevan del otro lado donde la liberan.

5 PERMEABILIDAD (PASIVA(P) VERSUS ACTIVA(A)) -MECANISMOS QUE IMPIDEN O PERMITEN EL PASAJE DE MOLÉCULAS HIDROSOLUBLES A TRAVÉS DE LA MEMBRANA- (P) Sólo obedece a las leyes de la física (difusión) (A) Requiere gasto de energía.

6 SIGLO XIX OVERTON (SUSTANCIA LIPOSOLUBLE) PASAN CON MAYOR FACILIDAD Si colocamos en agua una solución concentrada de una sustancia soluble (azúcar), se producirá un movimiento del soluto siguiendo el gradiente de concentración (desde el lugar de mayor al lugar de menor concentración)

7 K se calcula mezclando el soluto en una mezcla de aceite y agua, cuando se separan las fases se determina el soluto en cada fase. La relación de equilibrio de la concentración en ambas fases es lo deseable. Definimos que A igual tamaño, las moléculas QUE penetran más rápido SON las que mayor solubilidad en los lípidos posee. Si las moléculas comparadas tienen la misma solubilidad, SERAN las más pequeñas que pasen más rápido. Cual pasará más rápido? Diacetina P= 0.02 mol/hora/litro K=0,1 D= MRD >30 (expresado como refracción molecular) t= 104 nm Glicerol K=0,0001 D= MRD <15 t= 104 nm P= 1,44-5 mol/hora/litro

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9 PERMEABILIDAD PASIVA POR GRADIENTE ELÉCTRICO La concentración iónica del interior celular es diferente al exterior (GRAN VERDAD CHAN! ) Entonces existe un potencial eléctrico. Si lo medimos dentro de la célula (c/ microelectrodo de 1 um el potencial en reposo) e en el interior siempre es negativo (varían entre -20 y -100 mv).

10 Cationes Líquido intersticial Na K Aniones Cl ,8 CO 3 H A- y otros Líquido Intracelular 0-90 mv El líquido intersticial tiene una elevada concentración de Na y Cl, mientras que el líquido intracelular tiene una alta de K y aniones orgánicos. Si colocamos una célula en KCl, el K+ será arrastrado hacia el interior por los gradientes de concentración y eléctrico, pero el Cl- lo será sólo por gradiente de concentración así mismo que repelido por el gradiente eléctrico

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13 Ultrafiltración (CONCEPTO) En este proceso de transporte pasivo, el agua y algunos solutos pasan a través de una membrana por efecto de una presión hidrostática. El movimiento es siempre desde el área de mayor presión al de menos presión. La ultrafiltración tiene lugar en el cuerpo humano en los riñones y es debida a la presión arterial generada por el corazón. Esta presión hace que el agua y algunas moléculas pequeñas (como la urea, la creatinina, sales, etc) pasen a través de las membranas de los capilares microscópicos de los glomérulos para ser eliminadas en la orina. Las proteínas y grandes moléculas como hormonas, vitaminas, etc., no pasan a través de las membranas de los capilares y son retenidas en la sangre.

14 Difusión facilitada Algunas moléculas son demasiado grandes como para difundir a través de los canales de la membrana y demasiado insolubles en lípidos como para poder difundir a través de la capa de fosfolípidos. Tal es el caso de la glucosa y algunos otros monosacáridos. Esta sustancias, pueden sin embargo cruzar la membrana plasmática mediante el proceso de difusión facilitada, con la ayuda de una proteína transportadora. En el primer paso, la glucosa se une a la proteína transportadora, y esta cambia de forma, permitiendo el paso del azúcar. Tan pronto como la glucosa llega al citoplasma, una kinasa (enzima que añade un grupo fosfato a un azúcar) transforma la glucosa en glucosa-6-fosfato. De esta forma, las concentraciones de glucosa en el interior de la célula son siempre muy bajas, y el gradiente de concentración exterior --> interior favorece la difusión de la glucosa.

15 Difusión facilitada La difusión facilitada es mucho más rápida que la difusión simple y depende: Del gradiente de concentración de la sustancia a ambos lados de la membrana Del número de proteínas transportadoras existentes en la membrana De la rapidez con que estas proteínas hacen su trabajo La insulina, una hormona producida por el páncreas, facilita la difusión de la glucosa hacia el interior de las células, disminuyendo su concentración en la sangre. Esto explica el porque la ausencia o disminución de la insulina en la diabetes mellitus aumenta los niveles de glucosa en sangre al mismo tiempo que obliga a las células a utilizar una fuente de energía diferente de este monosacárido

16 DIFUSIÓN SIMPLE La difusión tiene lugar hasta que la concentración se iguala en todas las partes y será tanto más rápida cuanto mayor sea energía cinética (que depende de la temperatura) y el gradiente de concentración y cuanto menor sea el tamaño de las moléculas. Algunas mezclas moleculares como el agua, el oxígeno, dióxido de carbono, esteroides, vitaminas liposolubles, urea, glicerina, alcoholes de pequeño peso molecular,atraviesan la membrana celular por difusión, disolviéndose en la capa de fosfolípidos. Algunas iónicas también pueden cruzar la membrana plasmática por difusión, pero empleando los canales constituidos por proteínas integrales llenas de agua. Algunos ejemplos notables son el Na+, K+, HCO3, Ca++, etc. Debido al pequeño tamaño de los canales, la difusión a través de estos es mucho más lenta que a través de la bicapa fosfolipídica

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18 TRANSPORTE ACTIVO Ahora requerimos energía. El ATP requerido se ha obtenido por medio de la fosforilación oxidativa (respiración celular). Cuando un ión es transportado contra gradiente eléctrico se consume mucha energía (10% del metabolismo en el músculo de rana en reposo para el ión sodio, puede ir hasta 50 si se estimula el músculo). Si privamos de oxígeno al animal se bloquea el transporte activo. Hay pérdida de K+ y el potencial se reduce a 0. Los iones K+ del interior, deben pasar contra gradiente al exterior.

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20 Esta enzima permite sacar Na+ del citoplasma. Esta firmemente unida a la membrana D (5.000 moléculas eritrocito) puede sacar 20 iones de Na+ por segundo. Tras la hidrólisis de un ATP se proporciona la energía para enviar 2 iones de K+ hacia el interior y sacar tres iones Na+ hacia afuera. A veces la bomba se vuelve elctrogénica la salida de Na+ -no es compensada por la entrada de K+- Este potencial puede actuar para impulsar otros solutos (glucosa, aminoácidos)

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22 PROTEÍNAS DE TRANSPORTE

23 HIPÓTESIS CARRIER TRASLOCADOR / PORO FIJO El primero supone una molécula que rota sobre sí misma desde el exterior donde toma la molécula hacia el interior donde la suelta. El segundo nos hace pensar sobre un canal que va desde el exterior hacia el interior con una capa hidrofílica en su interior.

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25 UNITRANSPORTADORAS (a favor de gradientes concentración y electroquímico) (difusión facilitada) Es especifico de cada molécula o de un grupo reducido de ellas, y estas sustancias se transportan a una velocidad proporcional a la concentración de sustancia, difunde hasta alcanzar una velocidad máxima. Esta proteína transportadora presenta un receptor de unión en el interior del transportador proteico, la molécula que se va a transportar entra en el poro y queda unida (activación química o por ligando). proteína transportadora con un receptor de unión

26 Después, en una fracción de segundo se produce un cambio conformacional o químico en la proteína transportadora, de modo que, el poro ahora se abre en el lado opuesto de la membrana. Como la fuerza de unión del receptor es débil, el movimiento térmico de la molécula unida hace que se separe y que se libere en el lado opuesto de la membrana. La velocidad a la que se pueden transportar moléculas por este mecanismo nunca puede ser mayor que la velocidad a la que la molécula proteica transportadora puede experimentar el cambio en un sentido y en otro entre sus dos estados. Este mecanismo permite que la molécula transportada se mueva o difunda en ambas direcciones a través de la membrana. Una característica muy importante de este tipo de transportador es que las sustancias transportadas son transportadas de una en una y siempre en una misma dirección cada vez y dado que no pertenece al transporte activo, siempre se producen las difusiones a favor de gradiente ya sea un gradiente osmótico o eléctrico en función de si lo que se transporta son sustancias como la glucosa o aminoácidos o si se trata de iones ya sean cationes o aniones.

27 Los transportadores más estudiados de este tipo son los que se encargan de transportar aminoácidos (la mayor parte de ellos) y glucosa. En el caso de la glucosa se ha descubierto la molécula transportadora (GLUT), que tiene un peso molecular de aproximadamente D y que además tiene la capacidad de transportar otros monosacáridos que tienen estructuras similares a la glucosa, como es la galactosa. Sustancias como la insulina entre otras pueden actuar sobre estos transportadores modificando la velocidad de difusión, la insulina puede aumentar entre 10 y 20 veces la velocidad de difusión de la glucosa, el cual es el principal mecanismo de control de la utilización de la glucosa por el cuerpo por parte de la insulina.

28 COTRANSPORTADOR Son proteínas pertenecientes al transporte activo secundario acopladas a gradientes. Por ejemplo, en una célula, debido a la bomba sodio-potasio del transporte activo primario, se transportan hacia el exterior iones sodio y se establece un gran gradiente de concentración de iones sodio a través de la membrana celular, con una concentración elevada fuera de la célula y una concentración muy baja en su interior. Este gradiente o diferencia de concentración entre los dos lados de la membrana celular representa un almacén de energía porque el exceso de sodio en el exterior de la membrana celular siempre intenta difundir hacia el interior. En condiciones adecuadas esta energía de difusión del sodio puede arrastrar otras sustancias junto con el sodio a través de la membrana celular. Para que el sodio arrastre otra sustancia con él es necesario un mecanismo de acoplamiento que se consigue por medio de otra proteína transportadora de la membrana celular. El transportador o cotransportador en este caso actúa como punto de unión tanto para el ion sodio como para la sustancia que va a ser cotransportada. El gradiente de energía del ion sodio hace que este ion y la sustancia cotransportada sean transportados juntos hacia el interior de la célula.

29 Las sustancias habitualmente cotransportadas mediante este sistema en las células son la glucosa y muchos aminoácidos que son transportados hacia el interior de la célula contra grandes gradientes de concentración mediante este mecanismo. La proteína transportadora tiene dos puntos de unión en su cara externa que es donde se unen las dos sustancias que van a ser transportadas hacia el interior de la célula, estos sitios de unión son uno para el sodio y otro para la glucosa o bien para un aminoácido por ejemplo. La energía suministrada para el transporte la aporta la sustancia que va a favor de gradiente y es utilizada para que la sustancia en contra de gradiente atraviese la membrana celular. Cuando ambas sustancias se unen, se produce automáticamente el cambio conformacional y ambas sustancias son transportadas al mismo tiempo. El mecanismo de cotransporte es siempre el mismo sean cuales sean las sustancias transportadas, al tratarse de proteínas transportadoras, estas son especificas de las sustancias que transportan. Los más estudiados son los transportadores de sodio-glucosa y sodio-aminoácidos, en éste último se conocen cinco proteínas transportadoras de aminoácidos, cada una de las cuales se encarga de transportar un grupo de aminoácidos con características moleculares específicas. Este cotransporte con sodio de la glucosa y de los aminoácidos se produce especialmente a través de las células epiteliales del tubo digestivo y de los túbulos renales para favorecer la absorción de estas sustancias hacia la sangre

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31 CONTRATRANSPORTE Son proteínas pertenecientes al transporte activo secundario acopladas a gradientes. Con el mismo ejemplo que antes, los iones sodio que al estar muy concentrados en el exterior de la célula y muy poco en el interior intentan difundir hacia el interior de la célula debido a su gran gradiente de concentración. A diferencia del ejemplo anterior, la sustancia que se va a transportar junto con el sodio se encuentra en el interior de la célula y se debe transportar hacia el exterior. El ion sodio se une a la proteína transportadora en el punto en el que se proyecta hacia la superficie exterior de la membrana, mientras que la sustancia que se va a contratransportar se une a la proyección interior de la proteína transportadora. Se produce un transporte en una dirección opuesta a la sustancia primaria donde la sustancia primaria que es la que se mueve a favor de gradiente de concentración o iónico es la que suministra la energía necesaria para contratransportar la sustancia secundaria que es la que se transporta en contra de su gradiente de concentración o iónico. Una vez ambas sustancias se han unido a sus respectivos puntos de unión o receptores se produce un cambio conformacional y la energía que libera el ion sodio al ingresar en la célula hace que la otra sustancia se mueva hacia el exterior (RE MARADONA CON EL GOL A LOS INGLESES)

32 CONTRATRANSPORTE Son proteínas pertenecientes al transporte activo secundario acopladas a gradientes. El contratransporte más estudiado es el que se produce con iones sodio e iones calcio e hidrógeno. El contratransporte sodio-calcio se produce a través de todas o casi todas las membranas celulares, de modo que los iones sodio se mueven hacia el interior y los iones calcio hacia el exterior, ambos unidos a la misma proteína transportadora en un modo de contratransporte. El contratransporte sodio-hidrógeno se produce en varios tejidos. Un ejemplo especialmente importante se produce en los túbulos proximales de los riñones, en los que los iones sodio se desplazan desde la luz del túbulo hacia el interior de la célula tubular, mientras que los iones hidrógeno son contratransportados hacia la luz tubular.

33 TRANSPORTE EN MASA Hasta aquí analizamos el modo en el que los iones y las pequeñas moléculas atraviesan la membrana celular. Pero como ingresan o abandonan la célula partículas de mayor tamaño. Esto se realiza por medio del TRANSPORTE EN MASA. Este tipo de transporte involucra siempre gasto de ATP, ya que la célula realiza un movimiento general de su estructura (en particular de la membrana plasmática y del citoesqueleto ) El mecanismo por medio del cual los materiales entran a la célula se denomina endocitosis y aquel por el cual la abandonan, exocitosis.

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35 FUSIÓN DE LAS MEMBRANAS Las membranas tienen una elevada capacidad para fusionarse entre sí. Por ejemplo, cuando una vesícula se aproxima a la membrana plasmática, a una cisterna o, inclusive, a otra vesícula, al entrar en contacto ambas superficies, las dos membranas se fusionan, constituyendo a partir de ese momento una sola membrana. Este fenómeno explica el transito de sustancias desde un compartimiento celular a otro, y desde las endomembranas a la membrana plasmática Este es el principio en el que se basa la administración de fármacos vehiculizadas dentro de liposomas, que son vesículas fosfolipídicas artificiales que contienen alguna droga de interés terapéutico. Cuando el liposoma se aproxima a la célula blanco (o target), la membrana del liposoma se fusiona con la membrana plasmática liberando su contenido directamente en el citoplasma de la célula. Este fenómeno permite que el contenido del liposoma sólo sea captado por ciertos tipos celulares y no por otros. Técnicas basadas en esta propiedad de las membranas se utilizan, por ejemplo, para combatir células tumorales.

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