EXAMEN DE BIOLOGIA CELULAR (7)

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• La membrana plasmática posee una permeabilidad selectiva que permite
que la célula mantenga un medio interno constante.
• El transporte de iones, sustancias hidrosolubles (glucosa, aminoácidos,
etc.) está mediado por PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS presentes
en la membrana celular.
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Transporte a través de las membranas celulares
• Difusión de moléculas pequeñas  Transporte Pasivo
• Uniportadores  Difusión Facilitada
• Bombas impulsadas por ATP  Transporte Activo
• Cotransporte y contratransporte
Proteínas
transportadoras
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DIFUSIÓN SIMPLE A TRAVÉS DE LA BICAPA FOSFOLIPÍDICA
Difusión Pasiva (o Simple):
• A favor del gradiente de
concentración
• No requiere energía
• No específica
Coeficiente de partición
Velocidad de difusión
aq
m
C
C
K 
 aqaq CC
x
KD
A
dt
dn
21 
Los gases y algunas moléculas pequeñas
sin carga entran y salen de la célula por
Difusión Pasiva
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PROTEÍNAS DE MEMBRANA TRANSPORTADORAS
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UNIPORTADORES
• Transporte de aminoácidos,
nucleósidos, monosacáridos y
otras moléculas pequeñas
• Aceleración de una reacción con
∆G negativo
Difusión facilitada vs. Difusión simple.
1. La velocidad de transporte por los uniportadores es mucho mayor que la
pronosticada para la difusión pasiva (K es despreciable)
2. Transporte específico.
3. Transporte ocurre a través de un número limitado de transportadores en lugar
de por toda la bicapa fosfolipídica
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GLUT1
Cinética del movimiento de la glucosa catalizado por GLUT1
C
Km
V
v máx


1
Km (D-glucosa) = 1.5 mM
Km: L-glucosa 3000 mM, D- manosa 20
mM, D-galactosa 30 mM
Mecanismo de uniporte de GLUT1
(eritrocitos)
(hígado)
BOMBAS IMPULSADAS POR ATP. TRANSPORTE ACTIVO
Clasificación:
• clase P (H+, Na+, K+, Ca2+ )
• clase F (H+)
• clase V (H+)
• Superfamilia ABC, ATP-
binding cassette (iones y
moléculas pequeñas)
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BOMBAS IÓNICAS DE CLASE P
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BOMBAS IÓNICAS DE CLASE P. ATPasa de Ca2+
• Exportan iones Ca2+ hacia afuera de la célula en contra de su gradiente electroquímico
• Contribuyen en el mantenimiento de concentraciones bajas de Ca2+ libre e el citosol
• Contienen además calmodulina, una proteína reguladora que une Ca2+
• Transportan dos iones por cada molécula de ATP hidrolizada
La ATPasa de Ca2+ de las células musculares bombea iones desde el citosol
hacia el retículo sarcoplasmático (SR) (Bomba de calcio muscular)
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BOMBAS IÓNICAS DE CLASE P. ATPasa de Ca2+
Modelo estructural para la subunidad α catalítica
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BOMBAS IÓNICAS DE CLASE P. ATPasa de Na+/K+
• Tetrámero α2β2
• Exporta tres iones Na+ e introduce dos iones K+ por cada molécula de ATP hidrolizada
• Responsable del movimiento acoplado de Na+ y K+ hacia afuera y dentro de la célula,
respectivamente
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BOMBAS IÓNICAS DE CLASE V (ATPasas de H+)
citosol
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BOMBAS IÓNICAS DE CLASE V (ATPasas de H+)
citosol
Acidifican la luz de lisosomas,
endosomas y vacuolas
vegetales
Poseen dos dominios bien
definidos:
V1: hidrofílico (mira al citosol)
Vo: transmembrana
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BOMBAS IÓNICAS DE CLASE F (ATPasas de H+)
citosol
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BOMBAS DE PROTONES (ATPasas de H+)
• No se fosforilan y de-fosforilan durante el transporte de H+
• No pueden acidificar la luz de las organelas o el espacio extracelular por sí
mismas.
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BOMBAS DE PROTONES (ATPasas de H+)
• No se fosforilan y de-fosforilan durante el transporte de H+
• No pueden acidificar la luz de las organelas o el espacio extracelular por sí
mismas.
El movimiento de H+ debe estar
acompañado por:
•El movimiento de igual número de
aniones en la misma dirección
(lisosomas y vacuolas vegetales)
•El movimiento de igual número de
cationes diferentes en la dirección
opuesta (revestimiento gástrico)
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TRANSPORTADORES DE LA SUPERFAMILIA ABC
citosol
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TRANSPORTADORES DE LA SUPERFAMILIA ABC. EJEMPLOS
Permeasas de la membrana plasmática bacteriana:
Transporte de aminoácidos, monosacáridos, vitaminas o péptidos específicos hacia el
interior de la células.
En general son inducibles
Ejemplo: histidina permeasa de E. coli
Proteínas transportadoras MDR (multidrug-resistance) de mamíferos:
MDR1:
mecanismo de acción: “flipasa”
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TRANSPORTE ACTIVO MEDIANTE BOMBAS IMPULSADAS POR ATP:
• Acoplamiento de la hidrólisis de ATP (libera energía) con el transporte de
sustancias en contra de su gradiente de concentración (consume energía)
• Bombas de clase P:
• fosforilación de la subunidad α
• cambios conformacionales.
• Transporte de H+, Na+, K+, Ca2+
• Bombas de clase V y F:
• poseen múltiples subunidades
• no se fosforilan
• transportan solamente H+
• Superfamilia ABC:
• poseen cuatro dominios centrales
Dos transmembrana: movimiento de solutos
Dos citosólicos: unión de ATP
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La velocidad y el grado de transporte
de iones a través de la membrana
plasmática y las membranas de las
organelas están dados por:
•Diferencia de concentración a ambos
lados de la membrana
•Diferencia de potencial eléctrico
Además de las bombas iónicas
existen en las membranas celulares
canales proteicos que permiten que
los principales iones celulares las
atraviesen a favor de sus gradientes de
concentración.
En conjunto estos movimientos de
iones genera una diferencia de cargas a
ambos lados de la membrana, es decir,
una diferencia de voltaje.
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POTENCIAL ELÉCTRICO DE MEMBRANA
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El potencial a través de la membrana plasmática es -70mV (cara citosólica negativa
respecto a la cara exoplasmática)
Membranas celulares: poseen muchos canales de K+ abiertos pero pocos de Na+ o Ca2+.
“Canales de fuga de K+” o “canales de K+ de reposo”
Este flujo de iones K+ es el principal determinante del potencial de membrana negativo
El gradiente de concentración de K+ necesario para mantener esta diferencia de
potencial eléctrico es generado por la ATPasa Na/K (importa iones K+ al citosol y
exporta iones Na+)
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Estructura de la proteína de canal de K+
El potencial de membrana interno negativo es generado:
Células animales: canales K+ de reposo
Células vegetales y hongos: extrusión de H+ mediante una bomba de protones
impulsada por ATP
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Fuerzas que actúan
sobre el movimiento de
los iones Na+ a través de
la membrana plasmática
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Algunos transportadores
aprovechan ingreso de Na+
para el movimiento de otras
moléculas hacia dentro o
fuera de la célula
COTRANSPORTE
Utiliza la energía almacenada en el gradiente electroquímico de los iones Na+ o
H+ para impulsar el movimiento “cuesta arriba” de otra sustancia
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Simportador de 2Na+/1glucosa
Modelo propuesto para el funcionamiento de este simporter
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Antiportador de Na+/Ca2+
Células musculares cardíacas: papel fundamental en el mantenimiento de
concentraciones bajas de Ca2+ en el citosol
  23 dentrofuera CaNa
  23 fueradentro CaNa
Antiportador: disminución de la concentración citosólica de Ca2+ y reduce la fuerza
de la contracción muscular cardíaca.
ATPasa de Na+/K+ genera el gradiente de concentración de Na+ empleado para
impulsar la exportación de iones Ca2+
Antiportador aniónico deCl-/HCO3-: AE1
En eritrocitos.
Transporte de CO2 de desecho, generado en los tejidos periféricos, hacia los
pulmones para su eliminación por la respiración (exhalación)
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Regulación del pH del citosol
• Antiportador de Na+HCO3-/Cl-
• Antiportador de Na+/H+
• Antiportador de Cl-/HCO3-, independiente de Na+
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La actividad de estas proteínas depende del pH  control del pH citosólico
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Acumulación de iones y metabolitos por las vacuolas de las células vegetales
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Transporte a través del epitelio intestinal
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Células parietales: acidifican la luz del estómago y mantienen un pH
citosólico neutro
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Tema: Membranas biológicas II
*Transporte a través de membrana*
Transporte de iones y moléculas. Transporte pasivo: difusión simple y
facilitada. Canales iónicos. Carriers. Porters. Transporte activo.
Bombas impulsadas por ATP. Cotransporte y contratransporte.
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