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FISIOLOGIA I
TEMA NUMERO 5
Mecanismos de transporte de
iones y solutos a través de
membranas biológicas
PROFESOR: Gregorio Tiskow, Ph.Sc.
E-mail: [email protected]
U.C.L.A. Barquisimeto, Venezuela
Membrana plasmática celular
Célula como modelo de sistema
abierto
¿Cómo atraviesan los solutos y
iones la membrana?

Lipofílicas no cargadas:
Atraviezan la capa lipídica (alcoholes diversos,
O2, N2, CO2 ) ya que son muy liposolubles.

Polares pequeñas: por poros intermoleculares

Hidrofílicas o polares grandes: a través de
(H2O: a través de aquoporinas)
un transportador (glucosa, aminoacidos) o un
canal (caso de los iones)
Lípidos
O2
LEC
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
LIC
CO2
SOLUBILIDAD EN LÍPIDOS DE MOLECULAS
Cortesía del Dr. Oscar Fuentes
Tipos de Transporte
PASIVO

TRANSPORTE
ACTIVO
Tipos de Transporte

TRANSPORTE PASIVO
DIFUSION SIMPLE
Tipos de Transporte
PRIMARIO

TRANSPORTE ACTIVO
SECUNDARIO
Tipos de transporte
Formas de Difusión
LEC
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
LIC
DIFUSIÓN POR CANALES
Cortesía del Dr. Oscar Fuentes
Tipos de canales
Transporte a través de canales

Características básicas:

SELECTIVO (Permeabilidad selectiva)

ES PASIVO

NO SATURABLE

NATURALEZA PROTEÍCA

INHIBIBLES
Transporte a través de canales

Tipos de canales según los mecanismos de
activación:
·
·
·
·
·
·
Dependientes de voltaje
De rectificación interna
Operados por ligando
Controlados por segundos mensajeros
Operados mecánicamente
Regulados a nivel de la expresión en la
membrana
Transporte a través de canales

Acuaporinas (canales para agua)
Peter Agre
Transporte a través de canales


CANALES IONICOS:
Son vías celulares con filtros de
selectividad y con compuertas que los
ponen en estados conformacionales
funcionales diferentes:



REPOSO: cerrado, pero disponible para su
apertura por estímulos químicos o eléctricos.
ACTIVADO: abierto, permite el paso de una
corriente iónica.
INACTIVADO: cerrado, y no disponible para
su apertura
Transporte a través de canales
Canales Iónicos







De Sodio
Dependientes de voltaje
Epiteliales (ENaC) (sensible a amilorida)
Los canales voltaje-dependientes están presentes
en las células excitables y son los responsables de
la generación y propagación de los potenciales de
acción en estas células.
Se activan por voltaje.
Se inactivan muy rápidamente.
Canales selectivos para iones sodio.
Canal de sodio
Canal de sodio
Canal de sodio
Canales Iónicos






De Potasio:
Dependientes de voltaje
Dependientes de calcio
De rectificación interna (Kir)
Operados por ligando
Sensibles al ATP
Canales de Potasio
Contribuyen al control del volumen
celular
 Generan el potencial de membrana
en reposo
 Participan en la excitabilidad neuronal
 Intervienen en los procesos de
secreción (sales, hormonas,
neurotransmisores)

Canales de Potasio
Canales de Potasio
Potassium Voltage Channel
Canal de K+ tipo Kir
Canal de K+ tipo Kir




Tienen dos roles fundamentales:
Mediar el transporte iónico a través de la
membrana celular
Estabilizar el potencial de membrana en reposo,
muy cercano al potencial de equilibrio del K+
Conducen más corriente cuando la membrana está
hiperpolarizada
Estructura tetramérica
Canales de Cloruro
Canales de Cloruro

Participan en la regulación del volumen celular,
secreción, proceso de contracción muscular,
estabilizan el potencial de membrana y modulan la
transmisión de señales neuronales.
Canales de Calcio

Canales de calcio Tipo T:
Descritos originalmente en neuronas sensoriales de
vertebrados, los canales de Ca2+ tipo T han sido
encontrados en una gran variedad de células
excitables y no excitables (neuronas, músculo
cardíaco, músculo liso, músculo esquelético durante
el desarrollo, fibrobastos, osteoblastos, astrocitos,
pituitaria, etc.) y se encuentran ausentes en células
cromafines y en neuronas simpáticas. Su función está
relacionada principalmente con la actividad rítmica
(marcapasos) y la entrada de Ca2+ a potenciales
negativos.
Canales de Calcio

Canales de calcio tipo L:
Los canales de Ca2+ de tipo L son los mejores
estudiados y se encuentran ampliamente distribuidos
en todas las células excitables y en la mayorías de las
células no excitables. Constituyen la principal vía de
entrada de iones Ca2+ en las células de los músculos
cardíaco, esquelético y liso, y, contribuyen de forma
significativa
a
controlar
la
secreción
de
neurotransmisores
y
los
mecanismos
de
acoplamiento excitación-contracción.
Canales de Calcio

Canales de calcio tipo N.
Se describieron por primera vez en neuronas del
ganglio dorsal del pollo. Son un grupo heterogéneo
de canales que precisan grandes despolarizaciones
para su activación. Los canales de tipo N, se
denominan así porque parecen ser específicos del
sistema nervioso (N) y de tejidos relacionados con
éste, puesto que sólo se han descrito en células de
origen neural.
Canal de calcio voltaje dependiente
Canal de calcio
Continuamos con más de
otros mecanismos de
transporte…
Transporte Pasivo
 DIFUSION
SIMPLE
Referirse al Tema Número 3
de la serie
Transporte Activo Secundario

DIFUSION FACILITADA:
La difusión facilitada utiliza canales o
poros (formados por proteínas de
membrana)
para
permitir
que
moléculas cargadas o no (que de otra
manera no podrían atravesar la
membrana)
difundan
libremente
hacia afuera y adentro de la célula.
DIFUSION FACILITADA
Ejemplo clásico: transporte de glucosa acoplado al de sodio
Transporte de aminoacidos
Transporte Activo Secundario

Difusión facilitada = Difusión mediada por
transportador.

Aporte indirecto de energía metabólica.
Requiere de un transportador (una proteína)
Está limitado por la velocidad (según la
concentración de sustancia que difunde). Tiene el
transportador una Vmax.
Es saturable (saturabilidad)
Es inhibible competitivamente.
Estereoespecificidad: Ejemplo: Formas L o D





Transporte Activo Secundario

La energía indirecta deriva de la
diferencia de concentración creada
por el transporte activo.

Sub-Tipos:
 Cotransporte
 Contratransporte
Transporte Activo Secundario

COTRANSPORTE (glucosa, aminoacidos)
Na+
Glu
3Na+
2K+
Glu
Líquido extracelular
Líquido intracelular
Transportador de glucosa
Transporte activo secundario
CONTRATRANSPORTE:
(3Na+/2Ca++) Fenómenos de contracción
muscular
3Na+

Ca++
(Na+/H+) previene la acidificación del LIC
Na+
H+
Características cinéticas del Transporte
por difusión facilitada
Saturabilidad
Mecanismo propuesto para la
difusión facilitada
Transporte Activo Primario







Transporte de moléculas en dirección de su mayor
concentración (en contra de gradientes)
Requiere de aporte directo de energía metabólica.
Requiere de un transportador (una proteína)
Está limitado por la velocidad. Tiene el
transportador una Vmax. Cinética enzimática es
similar a la de Michaelis-Menten.
Es saturable (saturabilidad)
Es inhibible competitivamente.
Estereoespecificidad:
Depende
de
la
estereoespecificidad de la molécula a transportar.
Ejemplo: Formas L o D
Transporte Activo Primario

ATPasa o bomba de 3Na+/2K+

ATPasa o bomba de Ca++:
mantiene baja la [Ca++] en el LIC (10
-6
M)

ATPasa o bomba de H+/K+:
bombea [H+] del LIC a la luz del estómago.

ATPasa de H+
ATPasa de Na-K
ATPasa de Na-K
Internalización de 2 iones K+ y expulsión de 3 iones Na
ATPasa de Na-K
Proteína intrínseca (integral) de membrana, presente en
todas las células del organismo y que contribuye con un
50% del gasto energético del cuerpo
ATPasa de Na-K
Ciclo de reacción de la ATPasa Na-K
Ciclo Reacción-Secuencia





a) Unión de tres iones Na+ a sus sitios activos.
b) Fosforilación de la cara citoplasmática de la bomba que
induce a un cambio de conformación en la proteína. Esta
fosforilación se produce por la transferencia del grupo
terminal del ATP a un residuo de ácido aspártico de la
proteína.
c) El cambio de conformación hace que el Na+ sea liberado
al exterior.
d) Una vez liberado el Na+, se unen dos moléculas de K+ a
sus respectivos sitios de unión de la cara extracelular de la
proteína.
e) La proteína se desfosforila produciéndose un cambio
conformacional de esta, lo que produce una transferencia de
los iones de K+ al citosol.
Ciclo de reacción ATPasa Na-K
ATPasa Na-K: Funciones

Funciones:

Regulación del volumen celular
Mantenimiento de la osmolaridad
Coadyuvante en el transporte de nutrientes
Mantenimiento de los gradientes de Na+ y K+
Generación del potencial de acción celular
Transducción de señales.





ATPasa y funciones vitales
ATPasa Na-K y Estímulos
Jean C. Skou
Ciclo reacción Bomba Na-K
Otros mecanismos de
Transporte en el
organismo...
Otros mecanismos de transporte
Endocitosis
Es un proceso por el que la célula
introduce en su interior moléculas
grandes o partículas, y lo hace
englobándolas en una invaginación de
la
membrana
citoplasmática,
formando una vesícula que termina
por desprenderse e incorporarse al
citoplasma.
Wikipedia.org.
Endocitosis
Fagocitosis
Es un tipo de endocitosis por el cual algunas
células (neutrófilos y macrófagos) rodean con su
membrana citoplasmática a un antígeno y lo
introducen al interior celular. Esto se produce
gracias a la emisión de pseudópodos alrededor de
la partícula o microorganismo hasta englobarla
completamente y formar alrededor de él una
vesicula, llamada fagosoma, la cual fusionan
posteriormente con lisosomas para degradar el
antígeno fagocitado.
Wikipedia.org
Fagocitosis
Este es un archivo de Wikimedia Commons
Secuencia de la fagocitosis
Fagocitosis
Pinocitosis

Ingestión de líquidos y partículas en
disolución por pequeñas vesículas
revestidas de clatrina
Transcitosis
Es el conjunto de fenómenos que permiten a una
sustancia atravesar todo el citoplasma celular
desde un polo al otro de la célula. Implica el
doble proceso endocitosis-exocitosis. Es propio
de células endoteliales que constituyen los
capilares sanguíneos, transportándose así las
sustancias desde el medio sanguíneo hasta los
tejidos que rodean los capilares.
ciam.ucol.mx/.../celula/Transporte%20Celular.htm
Transcitosis
Aquí tienes dos animaciones donde puedes ver como se deforma la membrana en los procesos de
endocitosis y exocitosis
Endocitosis y Exocitosis
Exocitosis
Mecanismo por el cual las macromoléculas
contenidas en vesículas citoplasmáticas son
transportadas desde el interior celular hasta la
membrana plasmática, para ser vertidas al medio
extracelular. Esto requiere que la membrana de
la vesícula y la membrana plasmática se
fusionen para que pueda ser vertido el contenido
de la vesícula al medio. Mediante este
mecanismo, las células son capaces de eliminar
sustancias sintetizadas por la célula, o bien
sustancias de desecho.
ciam.ucol.mx/.../celula/Transporte%20Celular.htm
Exocitosis
Exocitosis
Endocitosis y Exocitosis
¿Preguntas?...