Fisiología Celular: Membrana Plasmática, Transporte y Sinapsis

Fisiología Celular

Membrana Plasmática

La fluidez de la membrana depende del nº de dobles enlaces entre las colas de los ácidos grasos de los lípidos (+ dobles enlaces -> + fluida) y la cantidad de colesterol (+colesterol -> +rígida). Otorga equilibrio, permite movimiento, interacción entre las células, crecimiento y división celular. Es importante para mantener la forma de la célula y que no explote. MÁS TEMPERATURA, MÁS FLUIDEZ. LA FLUIDEZ LE DA FORMA A LA MEMBRANA PLASMÁTICA. TAMIBEN PERMITE LA FECUNDACIÓN INVITRO. LA FLUIDEZ TAMBIÉN PERMITE QUE NO SE ROMPA. Posibilita el pasaje de algunas sustancias con mayor facilidad que otras debido a la permeabilidad selectiva. La permeabilidad aumenta gracias a las proteínas transmembranas que actúan como canales y transportadoras. IMPERMEABLE A IONES Y MOLÉCULAS POLARES GRANDES La permeabilidad permite a la célula mantener diferentes concentraciones de sustancias a cada lado de la membrana.

• GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN/ QUÍMICO: diferencia de concentraciones de una sustancia química entre 2 sitios.
• GRADIENTE ELÉCTRICO: diferencia en la distribución de iones con y sin carga eléctrica entre ambos lados de la membrana. Este gradiente genera el potencial de membrana.
• GRADIENTE ELECTROQUÍMICO: la influencia combinada del gradiente de concentración y el potencial eléctrico sobre el movimiento de un ión.

Transporte Pasivo

TRANSPORTE PASIVO NO CUESTA ATP Es un proceso pasivo que consiste en la movilización de las partículas de una solución. No supone ningún esfuerzo ni requiere energía. Las células pasan a favor de gradiente (del más concentrado al más diluido hasta igualar la concentración). Factores que influyen sobre la velocidad de difusión: + Gradiente de concentración -> + velocidad + Temperatura -> + velocidad + Masa de la sustancia que difunde -> - velocidad (tamaño de la sustancia) + Superficie -> + velocidad (tamaño o longitud de la membrana plasmática) + Distancia -> - velocidad

Difusión Simple

Proceso pasivo basado en el movimiento libre de sustancias a través de la bicapa lipídica sin la ayuda de proteínas transportadoras. Moléculas hidrófobas apolares sin carga (O2, CO2, N2, ácidos grasos y vitaminas liposolubles -> A, D, E, K) y polares pequeñas sin carga (agua, alcohol y urea). Difusión simple Difusión simple WUGLAHTEMA 2: FISIOLOGÍA CELULAR

Difusión Facilitada

❖ DIFUSIÓN FACILITADA Los solutos polares con carga que no pueden atravesar la membrana por difusión simple cruzan la membrana por difusión facilitada -> mediada por canales o por proteinas transportadores.

Ósmosis

❖ OSMOSIS Movimiento neto de un solvente a través de una membrana con permeabilidad selectiva. La presión osmótica es la presión necesaria para restablecer las condiciones iniciales (detener la osmosis). Se mueve el líquido, no el soluto. Diluye el compartimento de manera que la concentración se iguale. Pasa del medio menos concentrado al más concentrado. Espacio Extracelular Canal Proteico "Membrana Celular Proteína Transportadora Espacio intracelular Rama izquierda Rama derecha Presión aplicada = presión osmótica Volúmenes equivalentes Molécula de agua Ósmosis Ósmosis Membrana permeable en forma selectiva (a) Condiciones iniciales Molécula de soluto Movimiento impulsado por la presión hidrostática (b) Equilibrio (c) Restauración de las condiciones iniciales La TONICIDAD es la capacidad de la solución para modificar el volumen de las células mediante la alteración de su contenido en agua. Las células (y las soluciones intravenosas) deben estar en un medio isotónico.

• MEDIO HIPERTÓNICO: concentración muy alta de soluto. La célula perderá agua para igualar la solución y diluir el medio extracelular (se deshidrata) -> CRENACIÓN
• MEDIO ISOTÓNICO las células viven en un medio isotónico, están en quilibrio
• MEDIO HIPOTÓNICO el medio externo está menos concentrado que la célula, por lo que captará agua para igualar la concentración interna con la del medio externo -> LISIS o HEMOLISIS Hipertónico Isotónico Hipotónico H,O H,O H,O H,O

Transporte Activo

TRANSPORTE ACTIVO CUESTA ATP Solutos que se mueven en contra de gradiente. Es un proceso que requiere energía para que las proteínas transportadoras puedan mover las soluciones a través de las membranas. Este sistema experimenta saturación. Transporta Na+, K+, Ca2+ , I-, Cl-, aminoácidos y monosacáridos. Las fuentes de energía son:

• Hidrólisis del ATP (transporte activo primario).
• Energía almacenada en gradientes de concentración iónica (transporte activo secundario). 2TEMA 2: FISIOLOGÍA CELULAR

Transporte Activo Primario

❖ PRIMARIO -> PROTEÍNAS BOMBAS La [K] es mayor dentro (LIC) y la [Na] es mayor fuera (LEC). Estos se moverán en contra de gradiente. Se consume 1 ATP. Capta 3 iones Na del interior de la célula -> hidrólisis del ATP -> cambio conformacional de la bomba -> libera 3 iones Na al exterior y capta 2 iones K -> liberación de fosfato -> cambia de forma para liberar 2 K al interior. SACA 3Na, ENTRA 2K Y CONSUME 1ATP El cianuro es una sustancia tóxica que impide el correcto funcionamiento de la bomba. Impide la síntesis de ATP (sin ATP las bombas no funcionan correctamente). El cianuro induce la muerte (las bombas no funcionan). Na+ Extracellular fluid gradient Na+/K+ ATPase 3 Na+ expelled 2K+ O O P Cytosol K ATP 2 ADP 3 P 4 2 K imported

Transporte Activo Secundario

SECUNDARIO Se utiliza la energía acumulada en los gradientes de concentración de otros iones. Cuando un ion se mueve a favor de gradiente se acumula cierta energía (energía potencial) en el mismo ion, que se convierte en energía cinética. Cuando un ion se mueve a favor de gradiente se aprovecha para transportar otra cosa. Puede ser CONTRATRANSPORTADOR (en direcciones contrarias) o COTRANSPORTADOR (en la misma dirección). Contratransportadores Ca2+ H+ Na+ gradient Extracellular fluid Na+ Na+ Na+ Cytosol Glucose Na+OF Amino acid Figure 3-9 Principles of Anatomy and Physiology, 1 1/0 2006 John Wiley & Sord

Transporte en Vesículas

TRANSPORTE EN VESÍCULAS Las vesículas son sacos esféricos pequeños con doble capa lipidica que pueden ayudar a transportar diferentes sustancias. Pueden transportar cualquier macromolécula por diferentes mecanismos que consumen energía en forma de ATP (endocitosis y exocitosis).

Endocitosis Mediada por Receptor

❖ ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTOR Es muy selectiva, las vesículas se producen cuando se reconoce el ligando. El LDL contacta con el receptor para el LDL. En la parte interna hay clatrina (proteínas de membrana) que permite que se forme la vesícula mediante invaginación. En la parte externa de la vesícula se encuentran las moléculas de clatrina, y en la parte interna los receptores y el ligando. La clatrina se desprende de la parte externa de la vesícula y vuelve a la parte interna de la membrana plasmática. Los receptores vuelven a la parte externa de la membrana plasmática mediante exocitosis. La vesícula (con solo LDL) se fusiona con el lisosoma y se degrada su contenido. 3 Cotransportadores gradient 1 3 Na+TEMA 2: FISIOLOGÍA CELULAR

Fagocitosis

❖ FAGOCITOSIS Proceso asociado a la degradación y eliminación de patógenos. La membrana plasmática abraza a la bacteria mediante seudópodos. Sus extremos se fusionan y se forma un fagosoma, que se fusiona con el lisosoma formando el fagolisosoma. Las enzimas del lisosoma matan a la bacteria. No todas las células tienen capacidad fagocítica.

Pinocitosis

❖ PINOCITOSIS Se introduce una sustancia líquida. La membrana plasmática se invagina, formando una vesícula que se fusiona con el lisosoma, que degrada el contenido de la vesícula. ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTOR FAGOCITOSIS PINOCITOSIS 1 Unión Membrana plasmática - Microorganismo -Receptor Formación de vesícula 1 Depresión cubierta por clairina Invaginación de la membrana plasmática cubierta por clatrina Lisosoma Fagosoma Enzimas digestivas Pérdida de la cubierta Vesicula sin cubierta de Fusión del lisosoma y la vesícula clatrina Fusión del lisosoma con el fagosoma Vesícula de transporte Fusión con el endosoma 5 Reciclado de los receptores hacia la membrana plasmática Digestión por enzimas lisosómicas Endosoma Digestión por enzimas lisosómicas Vesicula de transporte 6 Degradación en los lisosomas Cuerpo residual Enzimas digestivas Lisosoma

Exocitosis

❖ EXOCITOSIS Libera el material fuera de la célula. Todas las células lo realizan. Es un proceso esencial en:

• Células secretoras que liberan enzimas digestivas, hormonas, moco u otras secreciones.
• Las neuronas que liberan neurotransmisores.
• Liberación de desechos.
• Mandar señales a la célula vecina. La vesícula se fusiona con la membrana plasmática y libera su contenido al exterior. Extracellular environment Vesicle Cell membrane Proteins 2 3 Membrana plasmática Seudópodos Complejo receptor-LOL Particula de LDL Receptor Membrana plasmatica Lisosoma Líquido y solutos disueltos en la vesícula 2 Formación de la vesícula Vesicula cubierta con clatrina Solutos digeridos Cytoplasm 4EL POTENCIAL DE MEMBRANA ES LA DIFERENCIA DE VOLTAJE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

Potencial de Membrana

TEMA 2: FISIOLOGÍA CELULAR SE DEBE A LA DISTRIBUCIÓN ASIMÉTRICA DE SUSTANCIAS Y CARGAS ENTRE EL INTERIOR Y EL EXTERIOR DE LA CÉLULA

Potencial de Membrana en Reposo

POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO LOS MÚSCULOS Y LAS NEURONAS SON CAPACES DE MODIFICAR EL POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO Diferencia de potencial (voltaje) entre la superficie interna y externa de la membrana debido a la distribución asimétrica de las cargas. Contribuye a que la distribución de cargas sea más asimétrica. El movimiento de los iones depende del gradiente electroquímico = g.concentración + g.eléctrico. El potencial de membrana se debe a:

• La permeabilidad selectiva de la membrana y la presencia de los canales de fuga.
• La acción de las proteínas transportadoras activas (bomba Na+/K+).
• La presencia de moléculas con carga negativa no difusibles al interior de la célula. En el núcleo de la neurona esta el material genético y proteínas con carga negativa (elementos no difusibles). La célula tiene cargas negativas en el interior y positivas en el exterior. La bomba Na+/K (entra 2K y saca 3Na consumiendo ATP) contribuye a la electronegatividad. K+ P- Na+ Proteínas- Proteínas+ Q neta= - CI Q neta= + Las células tienen canales de fuga que intentan compensar el desequilibrio (canales de fuga para el Na y el K). Desiguala el gradiente eléctrico intentando equilibrar el gradiente de concentración. Para cuando el gradiente eléctrico compensa al gradiente de concentración (ion en equilibrio), sino la célula se quedaría muy positiva o muy negativa. El potencial de membrana de un ion depende de:
• Las diferencias de concentración de los iones entre el interior y el exterior celular.
• La carga del ion.
• La permeabilidad de la membrana del ion (cantidad de canales de fuga). La suma de los potenciales de membrana de todos los iones da como resultado el potencial de membrana en reposo. Si EK+ = - 95mV y ENa+ = 65mV -> EK+ + ENa+ = - 30mV -> ¿Por que el potencial de membrana en reposo de una célula no es -30mV? Porque no solo depende de los canales de fuga, sino también del potencial de equilibrio, la presencia de cargas negativas en el interior de la célula y de la bomba Na+/K+. Potencial eléctrico que presenta una célula cuando no está excitada. Se establece en función de:
• Potencial de difusión iónico.
• Permeabilidad de la membrana -> canales de fuga de Na+ y K+ (mas permeable y similar al del K).
• Naturaleza de las bombas Na+/K+. Glóbulos rojos (-25mV), neuronas (-70mV), fibras musculares (-100mV).