BIOFÍSICA 8 Memb Celular-Transporte PASIVO-ACTIVO

Vista previa del material en texto

1 
 
Lic. Bioq. Yoelys Gómez Rodríguez 
SUMARIO 
Unidad IV: “Las barreras biológicas” 
 Barreras biológicas: Membranas celulares, epiteliales o 
endoteliales. 
 Membrana Celular. Estructura. Composición bioquímica. 
Funciones. 
 Mecanismos de pasaje de sustancias a través de la M. Celular: 
transporte pasivo y transporte activo. Características. 
Clasificación. 
 
Bibliografía: 
 Temas de Biofísica. Parisi, Mario (2004). Ed. McGraw-Hill/Interamericana Editores. 
Cap. 4. “Las barreras biológicas.” pp. 67-78 
 
 Física Médica y Biológica. Biofísica para Ciencias de la Salud. Micó, Guillermo A. (2014). 
Ed. Arandurã. Cap.3 “Biofísica de la membrana celular” pp. 23-27 
 
 2 
3 
Organismo humano está constituido por una serie de COMPARTIMIENTOS 
limitados por BARRERAS BIOLÓGICAS 
BARRERAS BIOLÓGICAS que dividen los compartimientos 
4 
Membranas celulares Membranas Epiteliales (Epitelios) 
5 
 
Agregados de lípidos anfipáticos que se forman en el agua 
6 
Agregados de lípidos anfipáticos que se forman en el agua 
Modelo de “mosaico fluido” de la Membrana celular 
(Singer y Nicolson, 1972) 
7 
LIPIDOS: 
1. Fosfolípidos 
2. Glucolípidos 
3. Colesterol 
 
PROTEÍNAS: 
1. Integrales 
2. Periféricas 
8 
Fosfolípidos: 
•cabeza polar de fosfato está, 
por lo general, cargada 
eléctricamente 
• tamaño de AG y número de 
enlaces saturados afectan la 
fluidez de la membrana 
plasmática 
 
 
 
 
 
 
Glucolípidos: (5%) 
dispuestos asimétricamente 
↓ 
 azúcares hacia cara externa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Colesterol: 
• mantiene estabilidad de la 
memb. y disminuye fluidez de 
memb. 
•dismiuye permeabilidad de la 
memb. a pequeñas moléculas 
solubles en agua (p.ej. 
Iones:Na+, K+, HCO3
-, Cl-). 
Funciones de la Membrana Celular 
9 
Mecanismos de Transporte de Sustancias 
(IONES y moléculas pequeñas) a través de M. Celular 
10 
• Es el movimiento de 
sustancias a través de 
las membrana 
citoplasmática. 
• Puede ser 
directamente 
atravesando la bicapa 
lipídica o a través de 
proteínas presentes 
en la membrana. 
• Se produce por uno 
de dos procesos 
básicos: 
1. T. Pasivo 
2. T. Activo 
TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA 
(iones y moléculas pequeñas) 
PASIVO ACTIVO 
Difusión 
simple 
Difusión 
facilitada 
Proteínas 
canales 
Proteínas 
transportadoras 
puede ser 
A favor del gradiente En contra del gradiente 
con movimiento 
de tipo 
Paso directo 
por bicapa 
mediante 
con movimiento 
Activo Primario: 
Bombas 
iónicas/ATPasas 
Activo 
Secundario 
Proteínas 
Canales 
Iónicos 
AQP 
 
- 
- 
- 
TRANSPORTE PASIVO o DIFUSIÓN 
13 
Características 
1. Es a favor (en el mismo sentido) del 
gradiente de la sustancia. 
 No electrolito→ grad.qco (∆C) 
 Electrolito → grad. Electroqco (μ) 
 
2. Es espontáneo (∆G<0). 
 
3. Libera energía (química) (exergónico) 
• Es el pasaje de moléculas a través de la membrana plasmática debido a un 
gradiente químico/electroquímico de las moléculas/iones a ambos lados de la 
membrana. 
• Existirá Jneto en la misma dirección de su gradiente. 
2º Pcpio .Termodinámica 
Q W biológico útil ? 
14 
DIFUSIÓN SIMPLE: 
• Fuerza impulsora: agitación térmica de partículas. 
• A través de los espacios de la bicapa lipídica, atravesando directamente la 
membrana citoplasmática. 
•Difusión de sustancias liposolubles a través de la doble capa lipídica 
•1ª Ley de Fick: 
15 
DIFUSIÓN SIMPLE: 
 
Moleculas apolares 
• Gases: O2, CO2, N2. 
 
Sustancias liposolubles: 
• Hormonas esteroideas 
(aldosterona, cortisol, 
hormonas sexuales femeninas 
y masculinas), 
• vitaminas liposolubles (A, 
D, E, K). 
 
Moléculas polares pequeñas: 
• agua, 
• etanol, 
• glicerol 
Difusión Facilitada o Mediada: 
16 
• Sustancia a ser transportada es Poco Permeable o Impermeable (σ = 1) en 
la bicapa lipídica, pero 
• en la membrana hay una estructura que “facilita” o ”media” su pasaje 
una proteína integral de membrana: 
Poros: “Acuaporinas 
(AQ)” 
↓ 
H2O 
CANALES IÓNICOS 
↓ 
Electrolitos pequeños: 
•Na+, K+, Ca2+, H+, Cl- 
•Sust. Hidrosolubles: 
Glucosa, aminoácidos (aa), 
lactato,piruvato 
CANALES PROTEICOS TRANSPORTADORES 
↓ 
1. CANALES IÓNICOS: 
 Permeabilidad iónica (Pi) de la membrana es muy 
baja por la presencia de fosfolípidos cargados (-). 
 Hay canales iónicos en TODAS las membranas 
celulares. 
 
1. Canales iónicos son selectivos en menor o mayor 
medida: 
 * Canal de Na+…….deja entrar Sodio 
 * Canal de K+……deja salir Potasio 
 * Canal de Ca2+…..deja entrar calcio 
2. No se unen al ión que se transporta 
3. Pasan de un “Estado Cerrado” a un “Estado 
Abierto” 
 
 
 Al abrirse el Canal el ión pasa por dentro de él a favor de su 
gradiente de POTENCIAL ELECTROQUÍMICO, 
controlando así la Permeabilidad de la Membrana a ese ión. 
 
17 
Al abrirse el Canal el ión pasa por dentro de él a favor de su gradiente de 
POTENCIAL ELECTROQUÍMICO, controlando así la Permeabilidad de la 
Membrana a ese ión. 
Factores de Activación de los Canales Iónicos 
• Tienen una “compuerta” que puede activarse (probabilidad de 
abrirse o cerrarse) 
• ) mediante: 
 
 
 
 
 
1. Canal ligando dependiente → Activación química (ligando) : Canal se abre 
cuando una sustancia química específica se une al canal. Ej: canal de Na+ 
dependiente de Acetilcolina (Ach, GABA, Rianodina, ác nicotínico, etc.) 
2. Canal voltaje dependiente → Activación por Voltaje: Cambian su probabilidad 
de permanecer más tiempo abiertos en respuesta a cambios en el Potencial 
Eléctrico de la Membrana citoplasmástica 
3. Canal sensibles a presión → Activación por presión o deformación mecánica: 
Canal se abre o cierra ante un estímulo mecánico que deforma a la Membrana 
celular. 
 
19 
Canales Iónicos 
20 
Canal de Na+ dependiente de Ach Canal de Na+ dependiente de Voltaje 
CITOPLASMA 
EXTERIOR 
Canal de Na+ dependiente de presión (deformación mecánica) 
21 
Regulación de PERMEABILIDAD IÓNICA (Pi) de la membrana a 
un ión determinado se realiza: 
22 
1. Abriendo o Cerrando canales iónicos 2. Cambiando el número (cantidad) de 
canales iónicos en la membrana 
citoplasmática. 
El control de la permeabilidad de la membrana por 
Canales Iónicos es la base de los fenómenos de 
EXCITABILIDAD. 
23 
CÉLULAS EXCITABLES 
24 
Tratamiento de la fibrosis 
quística 
Uno de los tratamientos 
tradicionales para la fibrosis 
quística es la percusión del 
tórax, o suave golpeteo en 
el pecho, para despejar la 
mucosidad de las vías 
respiratorias obstruidas en 
los pulmones. Esta técnica 
se suele hacer después de la 
terapia con nebulizador, lo 
que afloja la mucosa. 
 Son canales canales, con gran 
selectividad, para AGUA 
 SIEMPRE están abiertos 
 Su distribución (túbulos renales, 
eritrocitos) está relacionada con su 
función …(Parisi Cap. 5; pp. 76-78) 
 AQP1; AQP2; AQP3; AQP4; AQP5; 
AQP6; AQP7; AQP8; AQP9. 
25 
2. CANALES DE AGUA 
(Acuaporinas: AQP): 
3. TRANSPORTADORES o 
PERMEASAS 
 Son proteínas integrales de membrana. 
1. Alta especificidad: Sustancias que se 
transportan SE UNEN a la proteína 
transportadora, 
2. Puede funcionar en ambos sentidos 
(siempre a favor de gradiente 
químico) 
3. Cinética de Saturación 
 Sustancias que se transportan:Glucosa, aminoácidos, piruvato, 
lactato, AG activados, etc. 
 Ejemplos: 
 * transportadores de Glucosa: 
GLUT-1, GLUT-2, etc. 
 * transportadores de aminoácidos. 
 
TRANSPORTE ACTIVO 
PRIMARIO: 
Bombas iónicas/ATPasas 
SECUNDARIO 
(Acoplado) 
1. Es en contra del gradiente qco. / electroqco de la 
sustancia (iones, nutrientes (glucosa, aminoácidos), 
sustancias de desecho). 
2. No es espontáneo. 
3. Gasta energía qca. (metabólica: ATP / gradiente de una 
sust.). 
4. Proteína Integrales de Membrana. 
Clasificación DE TRANSPORTE ACTIVO 
Según si se utiliza directa o indirectamente la 
energía de la hidrólisis del ATP: 
 
 1. TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO: 
 Energía procede directamente de la 
ruptura (hidrólisis) del ATP. 
 A la proteína transportadora se le llama: 
“bomba o ATPasa” 
 
 
 2- TRANSPORTE ACTIVO 
SECUNDARIO (cotransporte): 
 La energía deriva secundariamente de la 
almacenada en forma de diferencias de 
concentración iónica entre los lados de 
una membrana. 
Transporte activo primario 
 Bomba de 3Na-2K+ ATPasa 
 
1. http://www.youtube.com/watch?v=VQpHxn8kSIE 
2. http://www.youtube.com/watch?v=w5uaZ2nV0qgp 
La bomba de 3Na+/2K+ mantiene un 
gradiente electroquímico a través de la 
membrana plasmática 
+ + + + + + + + 
- - - - - - - - 
citosol 
Líquido extracelular 
31 
32 
 Bombas/ ATPasas 
 
1. Bomba de 3Na+/2K+: En memb. 
Plasmáticade todas las células 
conocidas 
 
 
2. Bomba de Ca2+: presentes en 
Retículo Endoplasmático y 
Membrana citopl. 
 
3. Bomba de H+/K+ : glándulas 
intestinales y túbulos colectores 
renales. 
 
4. Bomba de H+: Lisosomas. 
34 
Bomba de H+/K+ 
Clasificación DE TRANSPORTE ACTIVO 
Según si se utiliza directa o indirectamente la 
energía de la hidrólisis del ATP: 
 
 1. TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO: 
 Energía procede directamente de la 
ruptura (hidrólisis) del ATP. 
 A la proteína transportadora se le llama: 
“bomba o ATPasa” 
 
 
 2- TRANSPORTE ACTIVO 
SECUNDARIO (cotransporte): 
 La energía deriva secundariamente de la 
almacenada en forma de diferencias de 
concentración iónica entre los lados de 
una membrana. 
36 
2 3 
Clasificación de Proteínas Transportadoras 
37 
Na+ …… se transporta a favor de su gradiente electroquímico 
 estequiometría: 2 Na+ / 1 Glucosa 
Glucosa: se transporta activamente 
2 
Otra clasificación de los Mecanismos de Transporte 
 Transporte ELECTRONEUTRO: 
No se genera Diferencia de Potencial Eléctrico en el transporte. 
No existe separación de cargas eléctricas a nivel de membrana. 
Ej: a) Si 2 aniones (o 2 cationes) se mueven “simultáneamente” 
en sentido contrario. 
 b) 1 Anión y 1 Catión se mueven simultáneamente en el 
mismo sentido. 
 
 Transporte ELECTROGÉNICO: 
 Se genera un potencial eléctrico. Hay separación de cargas 
eléctricas a nivel de membrana. 
 Ej: a) Si 1 catión en un sentido; 
 b) 2 cationes en sentidos opuestos pero flujos diferentes. 
38 
39 
Transporte ELECTROGÉNICO 
Transporte ELECTRONEUTRO 
- 
+ 
Transporte ELECTRONEUTRO 
Hiperpolarizante Despolarizante 
+ + 
- - 
INTERCAMBIADORES IÓNICOS: Transporte electroneutro. 
40 
- 
+ Intercambiadores: 1. Na+ / H+ 
 
2. Cl- / HCO3
- 
 
 
 
Importancia fisiológica: 
 * Regulación del pH a ambos 
lados de la membrana. 
 
Ej: Eritrocitos 
RESUMEN 
Un canal abierto deja 
pasar entre 106-108 
iones /s, esto es por lo 
menos, 
• 3 órdenes de 
magnitud mayor a lo 
transportado por una 
bomba o un 
transportador 
• ≈11 órdenes de 
magnitud mayor que 
la difusión de iones 
a través de la bicapa 
lipídica 
Transporte de 
Macromoléculas y Partículas 
42 
Transporte de Macromoléculas y Partículas 
43 
1. Transportes estudiados anteriormente a través de la 
membrana citoplasmática es para MOLÉCULAS 
RELATIVAMENTE PEQUEÑAS. 
 
2. MACROMOLÉCULAS: Moléculas relativamente grandes 
penetran a las células……………..Proteínas, 
Polinucleótidos, Polisacáridos. 
 
3. Proteínas Transportadoras no pueden transportar 
macromoléculas. 
 
1. Mecanismos de Membrana relacionados con FUSIÓN DE 
VESÍCULAS. 
 
2. Son Mecanismos ACTIVOS: GASTAN ENERGÍA QUÍMICA. 
TRANSPORTE EN VESICULAS de Macromoléculas y Partículas 
ENDOCITOSIS EXOCITOSIS 
Fagocitosis Pinocitosis Mediada por receptor 
de tipo 
Video 
http://www.mhhe.com/sem/Spani
sh_Animations/sp_endocyt_exoc
yt.swf 
TRANCITOSIS 
Endocitosis 
45 
TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA 
(iones y moléculas pequeñas) 
PASIVO ACTIVO 
Difusión 
simple 
Difusión 
facilitada 
Proteínas 
canales 
Proteínas 
transportadoras 
puede ser 
A favor del gradiente En contra del gradiente 
con movimiento 
de tipo 
Paso directo 
por bicapa 
mediante 
con movimiento 
Activo Primario: 
Bombas 
iónicas/ATPasas 
Activo 
Secundario 
Proteínas 
Canales 
Iónicos 
AQP 
TRANSPORTE EN VESICULAS de Macromoléculas y Partículas 
ENDOCITOSIS EXOCITOSIS 
Fagocitosis Pinocitosis Mediada por receptor 
de tipo 
Video 
http://www.mhhe.com/sem/Spani
sh_Animations/sp_endocyt_exoc
yt.swf 
TRANCITOSIS 
48