Transporte a Través de Membranas: mecanismos y permeabilidad celular

Permeabilidad de las Membranas Celulares

TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANAS: las membranas forman BARRERAS SELECTIVAMENTE PERMEABLES, regulando el intercambio de sustancias entre el exterior y el interior celular.

Moléculas que atraviesan la membrana

Moléculas covalentes N2 CO2 Glicerol Urea O2 H,O Esteroides lones Glucosa Aminoácidos Nucleotidos

• polares sin carga neta y pequeñas como el agua, urea, glicerol.
• Moléculas no polares como el O2 y el CO2.
• Moléculas liposolubles (esteroides).
• Iones , moléculas polares grandes como la glucosa y los aminoácidos, nucleótidos.

MECANISMOS DE TRANSPORTE TRANSMEMBRANA

proteína de canal proteína transportadora I Gradiente electroquímico ATP Difusión mediada por canal Difusión mediada por transportador Difusión Simple Difusión facilitada Transporte pasivo Transporte activo

TIPOS DE TRANSPORTE

Transporte Pasivo

• Se da a favor de gradiente de concentración.
• No requiere gasto energético salvo la energía proporcionada por el propio gradiente. Son:

1. Difusión simple
2. Ósmosis
3. Difusión facilitada

Transporte Activo

• Se da en contra del gradiente de concentración.
• Requiere gasto de energía metabólica. Mediado por vesículas (con gasto de ATP). Son: Endocitosis y exocitosis

CONCENTRACIÓN Y GRADIENTES

• La concentración de una sustancia se define como la cantidad de soluto en una cantidad dada del disolvente. Por ejemplo, la concentración de la solución de azúcar es una medida del número de moléculas de azúcar contenidas en un volumen dado de la solución.
• Un gradiente es una diferencia en propiedades como la temperatura, presión, carga eléctrica o CONCENTRACIÓN DE UNA SUSTANCIA EN UN FLUIDO ENTRE DOS ESPACIOS CONTIGUOS. Se requiere energía para formar gradientes.
• Los GRADIENTES DE CONCENTRACION hacen que se muevan iones o moléculas de una region a otra en el sentido en que se equilibra la diferencia. Las células utilizan energía y las propiedades únicas de la membrana para generar gradientes de concentración de varias moléculas y iones disueltos en su citosol en relación con el entorno acuoso.

DIFUSIÓN

Se define como "desplazamiento de partículas desde una zona de mayor concentración a otra de menor concentración sin gasto de energía". No requiere de otra energía adicional que no sea el movimiento de las moléculas, desplazándose éstas a favor de su gradiente de concentración (es decir, desde lo más concentrado a lo menos concentrado).

1. Se pone una gota de tinte en agua
2. Las moléculas del tinte se difunden en el agua; las moléculas de agua se difunden en el tinte
3. Las moléculas del tinte y del agua se dispersan uniformemente gota de tinte molécula de agua

TRANSPORTE PASIVO: 1. DIFUSIÓN SIMPLE

• Difusión de un soluto entre compartimientos separados por una membrana permeable a ese soluto.
• No requiere gasto de ATP, ya que es un fenómeno espontáneo.
• Las moléculas que se movilizan por difusión simple a través de la membrana son las no polares y pequeñas, las liposolubles y las polares pequeñas, pero sin carga eléctrica neta, como el H2O.

Gradiente de concentración en difusión simple

Gradiente de concentración: Diferencia en la concentración de una sustancia entre ambos lados de una membrana. A favor de su gradiente Espacio extracelular Mayor concentración Bicapa lípida (membrana celular) Menor concentración Espacio intracelular TIEMPO Difusión simple

TRANSPORTE PASIVO: 2. ÓSMOSIS

• En el caso particular del HO, la difusión simple se denomina ÓSMOSIS. Su pasaje permite igualar la presión osmótica intra y extra celular.
• El agua se moviliza desde una zona de baja concentración de soluto a una zona de alta concentración de soluto , hasta llegar al equilibrio de las concentraciones.

Medios hipotónico e hipertónico

Medio hipotónico HO 2 Medio hipertónico BAJA CONCENTRACIÓN DE SOLUTO ALTA CONCENTRACIÓN DE SOLUTO

Ósmosis del H2O

En el caso particular del H2O, su difusión se denomina OSMOSIS. Espacio extracelular Espacio intracelular 0 OK AGUA o 0 SOLUTO O D O O O 0 Medio Isotónico Medio Isotónico Dos medios isotónicos, o sea, la concentración a ambos lados de la membrana será la misma.

Medio extracelular hipotónico

hipotónico extracelular hipertónico intracelular 0 HO 0 0 0 C Medio extracelular = Medio Hipotónico El HO difundira desde el compartimiento de menor concentración de solutos o medio hipotónico, al de mayor concentración de solutos o medio hipertónico, de modo tal de igualar las concentraciones en ambos compartimientos.

Medio extracelular hipertónico

hipertónico extracelular hipotónico intracelular C 0 H2O 0 D 0 D Medio extracelular = Medio hipertónico El H2O difundirá desde el compartimiento de menor concentración de solutos o medio hipotónico, al de mayor concentración de solutos o medio hipertónico, de modo tal de igualar las concentraciones en ambos compartimientos.

COMPORTAMIENTO DE CÉLULAS ANIMALES (SIN PARED) Y CÉLULAS VEGETALES, EN DISTINTOS MEDIOS

Exterior celular: Hipertónico Isotónico Hipotónico Interior celular Exterior celular Interior celular Exterior celular Interior celular Exterior celular HO H2O H,O H2O Célula animal (glóbulo rojo) - lisado crenado normal Célula vegetal fláccida H2O Vacuola H2O turgente plasmolizada LIFE: THE SCIENCE OF BIOLOGY, Seventh Edition, Figure 5.8 Osmosis Modifies the Shapes of Cells 6.200 Sinacar Abincionek, Inc. and / H. Freeman & Cn: COMPORTAMIENTO DE DISTINTOS TIPOS CELULARES EN DISTINTOS MEDIOS

TRANSPORTE PASIVO: 3. DIFUSIÓN FACILITADA

Las moléculas que no pueden atravesar facilmente las membranas por difusión simple debido a su polaridad y/o a su tamaño (por ej. glucosa, aminoácidos, iones, etc.), podrán hacerlo si están presentes sus respectivos transportadores. Dichos transportadores son proteínas integrales de membrana y se los puede agrupar del siguiente modo:

• A. Proteínas canal o canales iónicos
• B. Proteínas "carrier" o permeasas
• C. Acuaporinas Se define como " el paso se sustancias A FAVOR DEL GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN UTILIZANDO UNA PROTEÍNA TRANSPORTADORA y SIN GASTO DE ENERGÍA".

TRANSPORTE PASIVO: 3. DIFUSIÓN FACILITADA

A. CANALES IÓNICOS

• Existen canales iónicos en todas las células, tanto en la membrana plasmática como en las membranas de los organoides.
• Son altamente selectivos, porque cada canal sólo puede transportar un tipo de ion K+, Na+, etc.
• La mayoría de los canales no permanecen abiertos permanentemente, sino que se abren en respuesta a estímulos.
• Estos estímulos (excitabilidad) pueden ser tanto la presencia de una sustancia inductora como una modificación de la carga eléctrica de la membrana.

Tipos de canales iónicos

Canales iónicos, algunos dependen de estímulos para abrirse Canal dependiente de voltaje Canal dependiente de ligando (extracelular) Canal dependiente de ligando (intracelular) Canal dependientes de cambios físicos (mecánicos) + CERRADO ABIERTO +

TRANSPORTE PASIVO: 3. DIFUSIÓN FACILITADA

B. PROTEÍNAS CARRIERS, TRANSPORTADORAS O PERMEASAS

Estas proteínas fijan la molécula de sustrato y a continuación sufren un cambio conformacional reversible que les permite transportar el soluto de un lado al otro de la membrana. No se requiere gasto de ATP, ya que es el propio gradiente el que impulsa el pasaje a través de los transportadores.

PERMEASA

Tipos de permeasas

Existen tres tipos de permeasas:

• MONOTRANSPORTADORA O UNIPORTE: Transfieren UN solo tipo de soluto de un lado al otro de la membrana. (ej .: transporte de glucosa en la mayoría de las células animales, desde el medio extracelular, la sangre, donde la concentración es mayor, hacia el interior de las mismas donde es menor)
• COTRANSPORTADORA O SIMPORTE: Transfieren DOS tipos de solutos, ambos en el mismo sentido.
• CONTRATRANSPORTADORA O ANTIPORTE: Transfiere DOS tipos distintos de solutos en sentidos contrarios. Es decir, uno ingresa al citoplasma si, y solo si, simultáneamente el otro sale.

Molécula transportada lón cotransportado CONTRATRANSPORTE, el transporte de Cl- y HCO3 en la membrana de los glóbulos rojos. Membrana Permeasa UNIPORTE SIMPORTE ANTIPORTE Transporte acoplado

EJEMPLO: TRANSPORTE DE GLUCOSA MEDIANTE GLUT 1, PROTEÍNA TIPO UNIPORTE

Fuera de la célula Glucosa Alta concentración de glucosa Baja concentración de glucosa Transportador de glucosa (GLUT 1) Citosol

1. La glucosa se une a GLUT 1.
2. GLUT 1 cambia de forma y la glucosa se libera en el interior de la célula.
3. La GLUT 1 regresa a su forma original.

Los uniportes transportan las moléculas a favor de su gradiente de concentración. Como ejemplo podemos citar la glucosa y distintos aminoácidos. En cambio, los simportes y antiportes, acoplan el movimiento de un tipo de ion o molécula a favor de su gradiente de concentración con el de otro tipo de molécula o ion en contra de su gradiente de concentración. O sea lo que hacen es acoplar un transporte energéticamente favorable con otro que no lo es.

EJEMPLO: TRANSPORTE DE GLUCOSA Y SODIO MEDIANTE UNA PROTEÍNA TIPO SIMPORTE

PUNTO CLAVE

Una proteína transportadora mueve los iones de sodio por su gradiente de concentración y utiliza esa energía para cotransportar moléculas de glucosa en contra de su gradiente de concentración. Fuera de la célula Glucosa Na+ + + + + + + + + + + + + + Proteína transpor- tadora + + + + + + + + + + + Bicapa de lípidos Gradiente de concentración de glucosa + + + + Citosol

1. Los iones de sodio y glucosa se unen a la proteína transportadora.
2. La proteína transportadora cambia de forma y libera iones de sodio y glucosa en el interior de la célula.

Un modelo para el cotransporte de iones de glucosa y sodio Observe que esta proteína transportadora es una simportadora. Un ejemplo de COTRANSPORTE sería el transporte de Na+ y glucosa en la membrana plasmática de las células intestinales. +

+

TRANSPORTE PASIVO: 3. DIFUSIÓN FACILITADA

C. ACUAPORINAS

Son canales especiales que permiten el paso selectivo de H20. No son canales iónicos. En ciertas clases de células, por ejemplo en algunas células renales, se requiere un mayor transporte de H20 que el logrado exclusivamente con la difusión simple (osmosis).

Acuaporinas Exterior celular Moléculas de agua Poro selectivo para el agua 1 Bicapa lipídica CITOPLASMA

Tipos de transporte pasivo por la membrana plasmática

CI- fluido extracelular O2 bicapa lipídica proteína de canal (citoplasma) (a) Difusión simple por la bicapa lipídica (b) Difusión facilitada por canales de proteína agua acuaporina (c) Ósmosis por acuaporinas o por la bicapa lipídica glucosa proteína portadora (d) Difusión facilitada por proteínas portadoras