Transporte a Través de la Membrana Celular

Biofísica

Facultad de Enfermería

(Material de uso Interno)

Estructura básicaComposición química:

-Lípidos-Proteínas (intrínsecas y

extrínsecas) -Glúcidos

≠ proporciones

Propiedades:

-Liposolubilidad-Fluidez: varía: -temperatura

-características de los lípidos-asimetría estructural y funcional (cara interna y externa)

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� Transporte activo de iones y metabolitos

� Límite físico (compartimentación)

� Entrada de nutrientes

� Salida de metabolitos

� Comunicación intercelular

� Formación de canales iónicos

� Generación de segundos mensajeros dedistintas vías metabólicas

� Transducción de energía

� Reconocimiento celular

Funciones de la Membrana Celular

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Barrera al pasaje de iones y solutos cargados

La facilidad con que los solutos atraviesan lasmembranas biológicas depende de diversosfactores, algunos de ellos son:

� Tamaño

� Solubilidad en lípidos (solutos polares vs nopolares)

� Densidad de carga

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Es la capacidad que posee una membrana (sea éstanatural o artificial), de permitir el pasaje de unasustancia a través de ella.

Permeabilidad

� Impermeables

� Semipermeables (permiten el paso selectivo de sustancias a

través de difusión, ej: agua)

� De permeabilidad selectiva (algunos solutos cruzan la

membr libremente, algunos la cruzan con asistencia y otros nopueden cruzar)

� Sin selectividad5

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� Se considera a las membranas biológicas comode permeabilidad selectiva.

� Deben existir por tanto, mecanismos capacesde disminuir la barrera de energía quepresenta la bicapa lipídica para que existapasaje apreciable de moléculas cargadas através de ella.

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Clasificación de Transporte

Difusión simple

Transporte PASIVOTransporte Facilitado

- transportadores- canales

Transporte ACTIVO

Primario

Secundariocotransporte

contratransporte8

� Para estudiar el pasaje de sustancias a través dela membrana celular, primero debemosexpresarlo en forma cuantitativa.

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Flujo

Densidad de Flujo

Cantidad de sustancia (moles o gramos) que atraviesa una determinada sección perpendicular a la dirección del

desplazamiento por unidad de tiempo.

Flujo que atraviesa la sección por unidad de área

M =J

A A . Δt

Δn= (mol/seg.cm2)

Definiciones Básicas

J = Δn

Δt(mol/seg)

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Transporte Pasivo

Producido por la diferencia de potencial electroquímico dela especie transportada.

Incluye: a) Difusión simpleb) Transporte facilitado

a) Difusión Simple

� El desplazamiento de una especie química de donde haymayor concentración a otra de menor.

� En términos termodinámicos, produce una liberación deenergía libre.

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Cuando la diferencia de concentración es única causa deldesplazamiento de la especie química y ésta cae en formalineal, la densidad de flujo entre dos puntos será proporcional ala diferencia de concentración (∆C) e inversamente proporcionala la distancia (∆x).

M = - D. ∆C ∆x

Ley de Fick

∆C/∆x: gradiente de concentraciónD: coeficiente de difusión (depende de la solución y de la temperatura)

Se puede calcular el flujo neto de una sustancia, siendo la suma de flujos unidireccionales.

La ley de Fick es aplicable en un medio homogéneo, (D = cte)12

En un recipiente, en un determinado instante se mide laconcentración de soluto a diferentes distancias de la pareddel recipiente:

-indique el sentido de los flujos a XA, XB, XC y XD.

-a qué estado llegará el sistema luego de un largo períodode tiempo? 13

Flujo a través de la membrana

Dm se supone cte y las concentraciones en el espesor de la membrana hacia cada lado.

De acuerdo con Ley de Fick: M = Dm C1- C2 a

a = espesor de membranaA = superficie de la membrana

Cm1 = k.C1

Cm2 = k.C2

k = Clip

Ca

Coeficiente de partición (k): razón de concentraciones entrela bicapa y la fase acuosa. Indica cuan fácil se “disuelve” unasustancia química en un hidrocarburo.

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Para una membrana y un soluto determinados, k, a yDm son ctes:

P = k . Dm P (coeficiente de permeabilidadde la membrana)

- composición, estructura demembrana- espesor de membrana- especie química que difunde

M = P (C1- C2)

a

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M = Dm . k (C1-C2)

a

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Resumiendo

En la membrana celular, la difusión simple se produce a través de la bicapa lipídica y obedece a la expresión:

M = P (C1 –C2)

que deriva de la primera ley de Fick.

M

ΔC

Difunden según esta ecuación sustanciasliposolubles. k desempeña un papel importante

Transporte de iones a través de la membranapor difusión simple es despreciable

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b) Transporte facilitado

Permite el transporte pasivo de iones y sustanciashidrosolubles.Se da por sitios específicos: - canales

- transportadores

Los 2 mecanismos no son excluyentes:

� Un canal con múltiples estados conformacionales puedeaproximarse al comportamiento cinético de untransportador

� Disminuyen la barrera de energía para que exista un flujoapreciable de moléculas cargadas o polares

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TransportadoresEstructuras proteicas con uno o más sitios de unión, queexponen alternativamente uno o varios sitios de unión a unlado y otro de la membrana

Etapas:

1- atrapar ión y despojarlo de las moléculas de hidratación

2- cruzar el soluto mediante cambios conformacionales

3- liberarlo y rehidratarlo en la otra orilla

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Canales

Importancia: participan en diversos procesos celulares. (Excitabilidad)

Definición:

Son proteínas transmembrana que poseen un poro cuyaapertura es controlada por voltaje, ligando, mecánicamente, ypermite el flujo de iones a través de la membrana.

Presentes en tejidos excitables y no excitables, involucrados en procesos de señalización.

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Canales:

� Na+ y K+: participan en la generación del potencial deacción.

� Ca++: transmisión de señales. Acoplamiento excitación-contracción.

� Acetilcolina: placa neuromotora.

Flujo por canales y transportadores tiene unacinética de saturación

J = Jmáx .[S]K+[S]

[S]

J

J máx

1/2 J máx

K

[A] + [S] [AS]K

K: cte de equilibrioA: sitio de uniónS: ligando

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Transporte Activo

Incluye todos los mecanismos de transporte que no sonproducidos por la diferencia de potencial electroquímico.

La energía libre para el transporte puede provenir deprocesos metabólicos directamente, o del transporte deotra especie a favor de su gradiente.

T Activo

Primario: bomba de Na+/K+, con importantefunción electrogénica

Secundario

Cotransporte (mismo sentido)

Contratransporte24

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Bibliografía

• Fisiología Humana de Houssay. Capítulos 1, 2 y 3.

• Frumento, “Biofísica”. 3ra Edición. Capítulos 5, 6 y 7.

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