Fisiología Celular: Membrana, gradientes y contracción muscular

FISIOLOGÍA CELULAR

FLUIDEZ DE LA MEMBRANA

La fluidez de la membrana depende del número de enlaces dobles entre las colas de los ácidos grasos de los lípidos y de la cantidad de colesterol. Otorga equilibrio, forma, permite movimiento, interacción entre células, crecimiento y división celular. Evita que la célula explote, por ejemplo, al introducir una aguja.

Cadenas de carbohidratos 0000 Proteína globular Colesterol Fosfolipido

PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA

La membrana citoplasmática posibilita el pasaje de algunas sustancias con mayor facilidad que otras debido a la permeabilidad selectiva.

Permeable a:

• Moléculas no polares sin carga
• Moléculas polares pequeñas sin carga (H2O y urea)

Impermeable a:

• Iones
• Moléculas polares grandes sin carga Si nos fijamos, nunca deja pasar sustancias con carga. La permeabilidad de la membrana aumenta gracias a las proteínas transmembrana que actúan como canales y transportadoras.

Moléculas polares grandes sin carga Glucosa Aminoácidos Iones Cl" Na+ K+ Moléculas polares sin carga, pequeñas H O, Urea Moléculas no polares pequeñas 0, CO,

GRADIENTE DE MEMBRANA

La permeabilidad de las membranas permite a la célula mantener diferentes concentraciones de sustancias a cada lado de la membrana.

• GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN: diferencia de concentraciones de una sustancia química entre dos sitios.

Porción externa A FAVOR DEL GRADIENTE Membrana celular Porción interna

• GRADIENTE ELÉCTRICO: diferencia en la distribución de iones con carga+ y carga- 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 ion.

TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA

molécula transportada espacio extracelular proteina transportadora bicapa lipidica gradiente electroquímico 000 citoplasma ergi mediada por canal mediada por transportador difusión simple difusión facilitada TRANSPORTE PASIVO TRANSPORTE ACTIVO

El transporte pasivo no hay consumo de energía porque las moléculas viajan a favor de gradiente. El transporte activo hay consumo de energía porque las moléculas viajan en contra de gradiente.

TRANSPORTE PASIVO

DIFUSIÓN

La difusión es un proceso pasivo que consiste en la mezcla de las partículas de una solución. Factores que influyen sobre la velocidad de difusión

• Gradiente de concentración
• Temperatura (mayor temperatura, más rápido)
• Masa de la sustancia que difunde (cuando más grande la sustancia, más lento)
• Superficie (cuando más superficie, más velocidad)
• Distancia (a mayor distancia, más rápido)

Existen tres formas de difusión

• Difusión simple
• Difusión facilitada
• Osmosis

SIMPLE (pasivo)

Se movilizan moléculas del compartimento más concentrado al menos concentrado (a favor de gradiente => no se gasta ATP). No hay mecanismos que lo faciliten, es decir, proteínas trasportadoras => las moléculas pasan libremente por la membrana. Ejemplo: moléculas hidrófobas no polares O2, CO2, N2, ácidos grasos y vitaminas liposolubles (A, D, E y K). Moléculas polares pequeñas como el agua, alcoholes y urea.

Espacio extracelular Bicapa de lípidos (membrana celular) Espacio Intracelular Tiempo Difusión simple Difusión simple

FACILITADA

Se puede facilitar por un canal o por una proteína trasportadora (sin consumo de ATP). Es el caso del sodio, tiene carga y no puede pasar por la membrana; pero con un canal iónico permite movilizar los iones al interior donde la concentración es menor que en el exterior (a favor de gradiente). Se satura => llega un punto que los canales iónicos no son capaces de trasportar a la vez las moléculas. Los solutos polares o con q que no pueden atravesar la membrana por difusión simple cruzan la membrana por difusión facilitada

Espacio extracelular Medida por canales Espacio extracelular O Proteína 0 de canal membrana celular Proteína transportadora O Espacio intracelular Espacio intracelular transportadores Medida por

OSMOSIS

La osmosis es un tipo de difusión caracterizado por el movimiento neto de un solvente a través de una membrana con permeabilidad selectiva (no se mueve el soluto, solo el líquido) La presión osmótica es la presión necesaria para reestablecer las condiciones iniciales (detener la osmosis). El líquido pasa a la parte más concentrada para diluirla.

Rama izquierda Rama derecha Presión aplicada = presión osmótica Volúmenes equivalentes Molécula de agua Ósmosis Ósmosis Membrana permeable en forma selectiva Molécula de soluto Movimiento impulsado por la presión hidrostática (a) Condiciones iniciales (b) Equilibrio (c) Restauración de las condiciones iniciales

Tonicidad: capacidad de la solución para modificar el volumen de las células mediante la alteración de su contenido en agua. Para un paciente con deshidratación inyectaríamos una solución hipotónica. Para un paciente con un edema inyectaríamos una solución hipertónica.

Hipertónico Isotónico Hipotónico H,O H,O HO H,O

TRANSPORTE ACTIVO

Algunos solutos que se necesitan moverse en contra de gradiente de concentración, lo hacen mediante un transporte activo. Este proceso requiere energía para que las proteínas transportadoras puedan mover las soluciones a través de las membranas. Las fuentes de energía son:

1. Hidrólisis de ATP (Transporte activo primario)
2. La energía almacenada en gradientes de concentración iónica (Transporte activo secundario)

Este sistema también experimenta saturación. Transporta: Na+ , K+ , H+, Ca2+, I -, Cl-, aminoácidos y monosacáridos.

PRIMARIO

Las proteínas que realizan un transporte activo primario se denominan BOMBAS (en contra de gradiente => consume ATP)

Na + gradient Extracellular fluid Na+/K+ ATPase 3 Na+ expelled 2K+ P Cytosol ATP K+ gradient 1 2 ADP 3 P 4 2K+ imported

Bomba de sodio - potasio (se usa ATP porque es en contra de gradiente): 1- La bomba se abre al interior de la célula y capta 3 iones sodio (captación) 2- Una molécula de ATP se hidroliza (catabolismo) en ADP y fosfato => la bomba cambia de forma y libera las moléculas de sodio en el exterior 3- Capta 2 iones de potasio porque está abierta al exterior (aprovecha la energía) y se libera el fosfato 4- Cambia de forma para liberar los iones de potasio al interior de la célula Salen 3 iones de sodio y entran 2 iones de potasio. El cianuro es una sustancia toxica puesto que impide el correcto funcionamiento de la bomba => impide la síntesis de ATP; por tanto, si no hay ATP, las bombas no funcionan.

SECUNDARIO (consume energía no procedente del ATP)

Cuando se inmoviliza un ion (a favor de gradiente), se acumula cierta energía potencial en él. Esta energía se convertirá en energía cinética (movimiento). Nos aprovechamos de mover un ion a favor de gradiente para mover otra sustancia. En función de en qué direcciones se transportan las sustancias encontramos:

• Contratransportador: las sustancias se mueven en direcciones contrarias (una sale y otra entra)
• Cotransportadror: las sustancias se mueven en la misma dirección

3 Na +Contratransportadores O Ca2+ H+ Na+ Extracellular fluid gradient Na+ Na+ Na+ Cytosol Glucose Na+ ON Amino acid Figure 3-9 Principles of Anatomy and Physiology, 11/e Cotransportadores

TRANSPORTE EN VESÍCULAS

Las vesículas son sacos esféricos pequeños (bolsa) que pueden ayudar a transportar diferentes sustancias de cualquier naturaleza (útiles o no útiles). Dichas vesículas presentan una doble capa lipídica puesto que proceden de la membrana plasmática. Las vesículas pueden transportarse por diferentes mecanismos que consumen energía en forma de ATP:

• Endocitosis => la vesícula va hacia dentro de la célula; muy selectiva y mediado por un receptor
• Exocitosis => se libera la vesícula de la célula (se libera)

ENDOCITOSIS:

• Endocitosis mediada por receptor La vesícula introduce de manera muy selectiva una sustancia => el ligando tiene que encajar en el receptor. En la membrana plasmática se encuentran receptores de las sustancias que van a entrar a la célula. En la parte interna de la membrana plasmática se ubican las proteínas clatrinas, que permiten la formación de la vesícula una vez el ligando ha entrado en contacto con el receptor. La catrina se invagina hasta que los Unión extremos se quedan pegados y se forma la vesícula. Por tanto, la vesícula tendrá en su exterior moléculas de catrina y en su interior el receptor con el ligando. Esta se "reciclará" porque las catrinas viajan a la parte interna membrana plasmática, se separa el ligando del receptor, y este último mediante exocitosis vuelve a la parte externa de la membrana plasmática. El objetivo es "comerse" la sustancia pero antes de hacerlo devuelve el receptor, es decir, separa el ligando del receptor y los receptores se reciclan. Dentro de la vesícula quedará la sustancia y se fusionará con el lisosoma => se degrada el contenido de la vesícula para obtener energía.

Complejo receptor-LDL Particula de LDL Receptor Membrana plasmática Depresión cubierta por clatrina Invaginación de la membrana plasmática cubierta por clatrina 2 Formación de la vesícula Vesícula cubierta con clatrina 3 Pérdida de la cubierta Vesícula sin cubierta de clatrina Vesícula de transporte Fusión con el endosoma 5 Reciclado de los receptores hacia la membrana plasmática Endosoma Vesícula de transporte Degradación en los lisosomas Enzimas digestivas Lisosoma-

Fagocitosis

No todas las células poseen la capacidad fagocítica. El proceso está asociado a la eliminación de patógenos (sustancia extraña) => la bacteria (patógeno) acaba "abrazada" a la membrana plasmática hasta que los extremos se fusionan formando una vesícula. Esta vesícula contiene la bacteria (fagosoma) y tiene que eliminarla, por lo que el fagosoma se fusiona con el lisosoma y ocurre la formación del fagolisosoma. Dentro de él, las enzimas del lisosoma eliminan la bacteria (mecanismo de protección).

• Pinocitosis Proceso de endocitosis de una sustancia líquida La membrana plasmática se invagina formando así la vesícula (en el interior de esta habrá generalmente líquido extracelular) y se fusiona con el lisosoma. De esta unión ocurre la degradación del contenido de la vesícula. Todas las células tienen esta capacidad. Siempre que se introduce alguna sustancia en la célula, participa el lisosoma. La endocitosis sirve para la nutrición y protección de la célula.

Seudópodos Membrana plasmática Microorganismo Receptor Lisosoma Fagosoma Enzimas digestivas Fusión del lisosoma con el fagosoma Digestión por enzimas lisosómicas Cuerpo residual Memurana plasmauca Formación de vesícula Lisosoma Líquido y solutos disueltos en la vesícula Fusión del lisosoma y la vesícula Digestión por enzimas lisosómicas Solutos digeridos

EXOCITOSIS

La exocitosis libera material fuera de la célula. Todas las células realizan exocitosis. Este proceso es esencial en: 1) Células secretoras que liberan enzimas digestivas, hormonas, moco u otras secreciones. 2) Las neuronas que liberan neurotransmisores (señal química que manda una neurona) 3) Liberación de desechos 4) Mandar señales a células vecinas *también se pueden liberar vesículas que contengan material genético La membrana de la vesícula tiene la misma composición que la plasmática, puesto que estas se fusionan.

EXOCITOSIS Exterior celular Citoplasma K Vesícula