Transporte a través de las membranas celulares, Universidad Peruana Cayetano Heredia

Transporte a través de las membranas

SPIRITUS UB ULT SPIRAT UNIVERSIDAD PERUANA CAYETANO HEREDIA

Periplasma Canal de

Transportador secundario

CO2 O2

Agua O2 CO2

Na+ Leu Membrana

ATP ADP Citoplasma

Maltosa.

Agua Na+

Transportador primario

• acuaporina
• Permeabilidad de las membranas
• Transporte de moléculas pequeñas Transportadores Mecanismos: Transporte pasivo Transporte activo
• Transporte de macromoléculas Poro nuclear Translocador del retículo endoplasmático Transporte en masa a través de vesículas
• Transporte de agua, ósmosis y volumen celular.

Transporte de moléculas pequeñas a través de la membrana

Barrera semi-permeable Alta permeabilidad O2 CO2 10° Difusión simple N2 hormonas esteroides 102 MOLÉCULAS POLARES NO CARGADAS- - - urea- H2O 10 4 glicerol PEQUEÑAS I 1 10 6 / 1 MOLÉCULAS POLARES NO CARGADAS GRANDES glucosa sacarosa Soluto hidratado 1 10 8 Energéticamente desfavorable 10 10 1 1 IONES H+, Na+ HCO 3K+ Ca2+, CI" Mg2+ Energéticamente favorable 10 12 Baja permeabilidad J bicapa lipídica sintética Compuertas selectivas Transportador Figure 11-1 Mole Molecular Biology of the Cell (@ Garland Science 2008) Escala de permeabilidad (cm/seg) / Difusión facilitada 1 1 I GASES MOLÉCULAS HIDROFÓBICAS

Estructura de la membrana y permeabilidad selectiva

La estructura de la membrana trae como consecuencia una permeabilidad selectiva Proteína receptora Glicoproteína O2 O2 Proteína Carbohidrato O2 X Fosfolipido Cabeza hidrófila Cola hidrófoba 02 02 02 02 02 Citoesqueleto Colesterol Proteína transportadora Líquido extracelular Citoplasma

Concentraciones iónicas en células de mamífero

Tabla 11-1 Comparación de las concentraciones iónicas en el interior y el exterior de una célula de mamífero Componente Concentración intracelular (mM) Concentración extracelular (mM) Cationes Na+ 5-15 145 K+ 140 5 Mg2+ 0,5 1-2 Ca2+ 10-4 1-2 H+ 7 x 10-5 (10-7,2 M o pH 7,2) 4 × 10-5 (10-7,4 M o pH 7,4) Aniones* CI- 5-15 110 * Puesto que la célula debe tener la misma cantidad de cargas + que - (es decir, ha de ser eléctri- camente neutra), además de Cl- la célula contiene muchos otros aniones que no se presentan en esta tabla; de hecho, la mayoría de los constituyenes celulares están cargados negativamente (HCO3, PO,3-, proteínas, ácidos nucleicos, metabolitos que contienen grupos fosfato y carboxilo, etc.). Las concentraciones dadas para Ca2+ y Mg2+ corresponden a las de los iones libres. En las células, hay un total de aproximadamente 20 mM Mg2+ y 1-2 mM Ca2+ pero en su mayor parte ambos cationes están unidos a proteínas y a otras substancias; en el caso del Ca2+, una elevada cantidad se encuentra almacenada en varios orgánulos.

Mecanismos de transporte de moléculas pequeñas

Mecanismos de transporte de moléculas pequeñas a través de la membrana molécula transportada canal proteico transportador 1 bicapa lipidica - gradiente de concentración ENERGÍA DIFUSIÓN SIMPLE mediada por canal mediada por transportador DIFUSIÓN FACILITADA TRANSPORTE ACTIVO TRANSPORTE PASIVO

Difusión facilitada

La difusión facilitada es transporte pasivo ayudado por proteínas. soluto Estado A Estado B EXTERIOR bicapa lipídica gradiente de concentración Proteínas tipo transportador (o carrier) INTERIOR transportador mediando transporte pasivo sitio de unión del soluto CERRADO ABIERTO bicapa lipídica M Proteínas tipo canal filtro de selectividad en poro acuoso

Proteínas transportadoras (carrier)

Proteínas transportadoras (carrier), se unen a las moléculas y cambian de forma para transportarlas a través de la membrana. Una proteína transportadora es específica para la sustancia que moviliza. glucosa sitio de unión externo de la glucosa sitio de unión interno de la glucosa glucosa unida Glucosa Exterior membrana plasmática 1 Citosol 1 2 3 4 5 Modelo del mecanismo de transporte uniporte de glucosa por GLUT1, el cual presenta dos estados conformacionales: con el sitio de unión externo y sitio de unión interno.

Transportadores tipo canal

Los transportadores tipo canal se activan por diferentes clases de estímulos y son específicos para la sustancia que transportan controlado por voltaje controlado por ligando extracelular controlado por controlado ligando intracelular mecanicamente + + + + + + CERRADO 1 + + ABIERTO CITOSOL Figure 11-21 La activación de los canales iónicos La figura muestra diferentes clases de estímulos que abren los canales iónicos. Los canales disparados mecanicamente con frecuencia tienen extensiones citoplasmaticas que unen el canal al citoesqueleto. (no mostrado)

Acuaporinas

Proteínas tipo canal llamadas acuaporinas facilitan el pasaje del agua. GLICOSILACION GLICOSILACION H2O DOMINIO-2 C189 HỌC2 NPA 8 c EXTRACELULAR A ® MEMBRANA 1 2 3 4 5 6 MEMBRANA D 0000000-HẠN NPA INTRACELULAR HẸN DOMINIO-1 1000 HOOC HOOC- NPA: Secuencia conservada de Asparagina-Prolina-Alanina HO EXTRACELULAR 3 1 2 INTRACELULAR c EXTRACELULAR A INTRACELULAR Tomado de: Echevarría M. y Zardoya R. "Acuaporinas: Los canales de agua celulares" Dic. 2006. Investigación y Ciencia. Pp 60-67

Velocidad de difusión facilitada

La difusión facilitada ocurre a través de proteínas transportadoras específicas que llegan a una velocidad máxima. La difusión facilitada es más rápida que la difusión simple. Velocidad de captación de glucosa (v) Vmax 500 Difusión facilitada (Transporte facilitado) 250 1/2Vmax Difusión simple (Difusión pasiva) 0 112 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Concentración externa de glucosa (mM) Km ¿Cómo podría incrementarse la velocidad máxima Vmax? ¿Una membrana será más permeable a la glucosa si tiene más transportadores específicos para glucosa ?

Transporte activo

Transporte activo: usa energía para mover solutos en contra de su gradiente LUZ gradiente electroquímico P ATP ADP TRANSPORTADOR ACOPLADO BOMBA ACTIVADA POR ATP BOMBA ACTIVADA POR LA LUZ Transporte activo secundario Transporte activo primario Figure 11-7 Molecular Biology of the Cell (@ Garland Science 2008)

Transporte activo primario: Bacteriorrodopsina

Transporte activo primario: Bomba activada por la luz. Ejemplo: Bacteriorrodopsina H* H ambiente H* H* H* H* membrana intems H+ H+ fotón H+ C o ADP+P ; IH+ bacteriorrodopsina citoplasma fotón membrana púrpura 02 sintasa 02 1H+ ADP + Pi ATP 02 H* membrana respiratoria H+ flagelos citoplasma Consumo de PMF Generación de PMF a) flagelos b) Bombeo de iones c) Síntesis de ATP a) Bacteriorrodopsina convierte la luz en PMF b) Cadena respiratoria normal usa oxígeno PMF: Proton Motive Force (fuerza motriz de protones) H+ Balance energético de Halobacterium H+ Na ATP H* ATP pared celular

Transporte activo primario: Bomba de sodio y potasio

Transporte activo primario: Bomba activada por ATP. Ejemplo: Bomba de sodio y potasio 3 Na+ 1 Na+ gradiente electroquímica K+ gradiente electroquímica citosol 2 K+ P · Intracelular: > K ATP ADP · Extracelular: > Na · Gasto de energía: ATP . Regula volumen celular

Transporte activo secundario

Transporte activo secundario (o acoplado) está mediado por el gradiente electroquímico. molécula transportada ion co-transportado - bicapa lipídica UNIPORTE Transporte pasivo SIMPORTE ANTIPORTE Transporte activo secundario (acoplado) Tres tipos de transporte con transportadores proteicos tipo "carrier": uniporte, simporte y antiporte

Cotransporte simporte de glucosa

Transporte activo secundario: Cotransporte simporte Glucosa Na+ Exterior Î -> Î Î Citosol Glucosa Figura 15-19. Modelo propuesto para el funcionamiento del simporte de 2 Na+/ 1 glucosa

Cotransporte antiporte en vacuola vegetal

Transporte activo secundario: Cotransporte antiporte bombas de H+ ADP + P ATP (Clase V) 2P PP (pH = 7.5) 2H+ H+ 20 mV + - canales iónicos CI- (pH = 3-6) + NO3 + Na+ Ca2+ sacarosa Membrana de vacuola vegetal H+ H+ H+ transportadores antiporte de protones Figure 15-22. Concentración de iones y sacarosa por la vacuola de la planta

Comparación de mecanismos de transporte

Tabla 11.1 Comparación de diferentes mecanismos de transporte Propiedad Difusión simple Transporte facilitado Transporte activo Requiere proteínas de membrana especiales NO sí sí Altamente selectivo NO sí sí El transporte se satura NO sí sí Transporte en contra del gradiente NO NO sí Requiere energía NO NO sí

Resumen: Transporte de moléculas pequeñas

RESUMIENDO: TRANSPORTE DE MOLÉCULAS PEQUEÑAS A TRAVÉS DE PROTEÍNAS Transportadores Canales iónicos (10 -10° iones/s) 1 cerrado Carriers Canales (Difusión facilitada) abierto Mediados por gradiente electroquímico 2 3 Transportadores Uniporte (Difusión facilitada) activos secundarios . . Simporte Antiporte Transportadores activos primarios Bombas activadas por ATP (100 - 103 iones/s) Exterior Citosol ATP ADP + Pi LUZ · Uniporte Transportadores (102-104 moléculas/s) Bombas activadas por luz

Transporte de macromoléculas

Transporte de macromoléculas a través de la membrana Nucleoplasma Complejo del poro nuclear Membrana interna 4-120 mm-> subunidades ribosomales libres Fibras en cesta Proteina de anclaje Lámina nuclear Subunidad del anila pseudópodo bacteria 3 CITOSOL ARNm péptido señal cortado translocador cerrado Membrana externa peptidasa de señal actina Transportador secuencia señal en la cadena peptidica creciente NH2 Fibra Citoplasma ELIMINACIÓN DEL PÉPTIDO SEÑAL Reticulo Endoplasmático cadena polipeptidica madura Ribosomas COOH NH2 LUMEN RE Poro nuclear Translocador del retículo endoplasmático Endocitosis y exocitosis

Ósmosis

Ósmosis: Es la difusión de agua a través de una membrana selectivamente permeable a ésta Baja concentración de soluto (azúcar) Alta concentración azúcar Igual concentración de azúcar H2O Membrana selectivamente permeable : moléculas de azúcar no pueden pasar a través de poros pero el agua sí puede. Cúmulos de moléculas de agua alrededor de moléculas de azúcar Mayor cantidad de moléculas de agua libres (mayor concentración) - Menor cantidad de moléculas de agua libres (menor concentración) Osmosis Copyright 2005 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Benjamin Cummings. All rights reserved.

Tonicidad y volumen celular

Tonicidad: Es la capacidad de una solución de causar que una célula gane o pierda agua. Se refiere al comportamiento de la célula ante una solución Solución hipotónica (a) Célula animal H2O Lisado (Hemólisis) (b) Célula vegetal H2O Turgente (normal) Solución isotónica H2O H2O Normal H2O H2O Flácido Solución hipertónica H2O Encogido (Crenación) H2O Plasmolizada Osmolaridad < 0.28 osm 0.28 a 0.32 osm > 0.32 osm

Relación entre ósmosis y volumen celular

¿Cuál es la relación entre la ósmosis y el volumen celular? Fuentes de la osmolaridad intracelular + O + + + Macromoléculas Pequeñas moléculas orgánicas + 0 + 0 0 O 0 + D + + ++ + iones El Problema: 0 + - - + 0 + H2O + O + O 1 0 C + + + + 0 0 O O 0 0 + +