movimiento browniano al azar depende de la … · entre el gradiente de na+ y el transporte de...

MOVIMIENTO BROWNIANO• AL AZAR• DEPENDE DE LA ENERGÍA TÉRMICA• CADA PARTÍCULA SE MUEVE INDEPENDIENTEMENTE DE LA OTRA

DIFUSIÓN

S Substancia t Tiempo (s) K Coheficiente de difusión (cm/s) A Área de intercambio (cm2)C Concentraciones (mol/cm3) g Grosor de la membrana

Diferencia de Concentraciones

Velo

cida

d de

mov

imie

nto

dS dt = PA(C1-C2)

dS dt = KA

C1-C2g

P ∝ Kg

Posición en la solución

Con

cent

raci

ónC

once

ntra

ción

Con

cent

raci

ón

• Flujos Ji

• Influjo J12

• Eflujo J21

• Dependen de • el potencial electroquímico

Δµ. Fuerza impulsora.

• Coheficiente de proporcionalidad P. PERMEABILIDAD Facilidad para atravesar la membrana

1

2

J12

J21

Ji = P . Δµ

FlujosdS dt = PA(C1-C2)

• Δµ

• Gradiente de concentración ΔC

• Gradiente eléctrico ΔΨ

• Gradiente de presión DP

1

2

Ji = P . ΔC

-

1

2

Ji = P . ΔΨ

+++

+

+++ +

+

+

+++

--

--

-

-

-

--

Ji = P . ΔP

1

2

• Se consideraba que cada flujo depende de su Δµ. Principal

• Los flujos están relacionados Conjugados

• Coheficientes de proporcionalidad

Ji = P . Δµ

Je = L11 . ΔV + L12 . ΔT JQ = L21 . ΔT + L22 . ΔV

Eléctrico Je = L12 . ΔΨCalor JQ = L21 . ΔT

FLUJOS ACOPLADOS

10-2

10-10

10-4

10-6

10-12

10-8

10-14

H2O

UREA

TRIPTOFANOGLUCOSA

Cl-

K+

Na+

Permeabilidad (cm/s)

Diferencia de concentración

10-4 mol/cm3 = 10-4/10-3 mol/l = 0.1M

Flujo

Ji = P . Δµ (10-7 cm/s)(10-4 mol/cm3) 10-11mol/s.cm-2

10-11mol/s.cm2(6x1023 moléc/mol)(1/108 μm2/cm2) 6x104 moléculas por segundo por 1 μm2 (≈ el área de una célula)

C1-C2

Vel

ocid

ad d

e m

ovim

ient

o

Vel

ocid

ad d

e m

ovim

ient

o

C1-C2

• 35% de lo genes codifican proteínas de transporte.

• cerca de 400 familias de transportadores

• 80 familias de porters (uni, sym y anti porters)

BuschandSaier.2002.Cri2calreviewsinbiochemistryandmolecularbiology37:287-37.

• Widdas 1952. Diffusion can not explain glucose transfer in the sheep placenta. A possible carrier transfer.

• Mitchell 1957. Secondary active transport. Crane et al. 1961: debe haber acople entre el gradiente de Na+ y el transporte de otras substancias.

• Jardetzky 1966. Alternating access model.

• Schultz y Curran, Physiol. Rev. 50, 637 (1970). Demuestran esta hipótesis.

C1 C2

Acarreadores

Alternating access model (ping-pong) Jardetzky 1966 Nature 211:969-70

C1 C2

Acarreadores

Exterior

Interior

Glut-1 Cotransportador Na+/Gluc

uniport symport antiport

Jardetzky 1966 Nature 211:969-70

FITC

FITC

HCO-3

KlingenbergandBuchholz.EurJBiochem.197338:346–58.

Transportador de ADP/ATP. El bongkrekato se une al lado de afuera, el

atracilato adentro

Buchananetal.PNAS.197673:2280-2284

Un anticuerpo se une al la proteina inhibida con antracilato y otra a

bongkreakato

S2metal.1994.JMembraneBiology140:39-46

Intercambiador HCO3-/Na+

Pebay-Peyroula.Nature.2003.426:39–44.

mitochondrialADP/ATPcarrier

Serie de conformaciones típicas de un cotransportador

derivadas de tratar al proceso de transporte vectorial como un proceso enzimático.

Forrestetal.2011.BBA1807:167-188.

Algunas familias de transportadores

• MFS Major facilitator family Glut-1, -2, -4, -6.

• MCF Mitochondrial carrier family GADP/ATP antiport.

• CaCA Ca2+/cation antiporter family Ca2+/Na+ antiport.

• SSS sodium solute symport family co-transportador Na+/Gluc

• NHA sodium hydrogen antiporter family Intercambiador Na+/H+

• SMR small multi-drug transporter family antiport H+/fármaco

• EAAT excitatory amino acid transporter family transportador de glutamato

• NSS neurotransmiter solute symporter family transportador de leucina

29

LetoandSal2el2012.NatRevMolCellBiol.13):383-96

• MFS Major facilitator family Glut-1, -2, -4, -6.

Transportador de glucosa Glut

Glut-1: Blood-brain barrier,endothelial, nerve cells.Niños: 80% de glucosa se consume en el cerebro. Síndrome de deficiencias de Glut-1: convulsiones, retraso en el desarrollo.

Glut-4: Músculo, adipocitosEpitelial (Intestino, riñón...)

Glut-2: Hígado, almacén de glucógeno.

1 2 3 4 5 6 7 9

COOH

8

NH2

Gluc

Exterior

Interior

10

Transportador de Glucosa, Uniport, GlutMiembro de la Familia MFSTransporta glicopéptidos contra el dolor

11 12

Sitio de unión de la Glucosa

Sitios de fosforilación

1 2 3 4 5 6 7 9

COOH

8

NH2

Gluc

Exterior

Interior

10

Transportador de Glucosa, Uniport, GlutMiembro de la Familia MFSTransporta glicopéptidos contra el dolor

11 12

Sitio de unión de la Glucosa

Sitios de fosforilación

3T3 adipocytes Saltiel and Kahn, 200, Nature 414:799-806

LetoandSal2el2012.NatRevMolCellBiol.13):383-96

Forrestetal.2011.BBA1807:167-188.

Forrestetal.2011.BBA1807:167-188.

• MCF Mitochondrial carrier family GADP/ATP antiport.

Pebay-Peyroula.Nature.2003.426:39–44.

mitochondrialADP/ATPcarrier

confirmace(abiertaalexterior)

Simetríade3

prolinadoblaTM

1 2 3 4 5

6

7 8 10

P

α1 p loopα2

COOH

Intercambiador Na+/Ca2+

Antiparalela Similar a canales: dominios poro Gly-Ile-Gly (Gly-Tyr-Gly)

Extrusión de Ca2+ principalmente (aveces entrada)

α1α2 p loop

9 10

Ca2+ 3 Na+

Exterior

Interior Inactivación

Procesamiento alternativo

Unión a Ca2+

• CaCA Ca2+/cation antiporter family Ca2+/Na+ antiport.

1. LiaoJ,LiH,ZengW,SauerDB,BelmaresR,JiangY.Structuralinsightintotheion-exchangemechanismofthesodium/calciumexchanger.Science.2012Feb.10;335(6069):686–90.

• Widdas 1952. Diffusion can not explain glucose transfer in the sheep placenta. A possible carrier transfer.

• Mitchell 1957. Secondary active transport. Crane et al. 1961: debe haber acople entre el gradiente de Na+ y el transporte de otras substancias.

• Jardetzky 1966. Alternating access model. Schultz y Curran, Physiol. Rev. 50, 637 (1970). Demuestran esta hipótesis.

• Hay una familia SSS (Solute sodium symporters family) con más de 450 miembros.

Secondary active transport

• SSS sodium solute symport family co-transportador Na+/Gluc

Transportador de glucosa dependiente de sodio (SGLT)

•Miembro de la familia SSS (Solute, sodium symporters).•Absorción (intestino) y reabsorción (riñón) de glucosa.•Impulsados por el gradiente de Sodio: transporte activo secundario.

Zuzuky et al. 1996, Histochem Cell Biol 106:529-533

SGLT1, intestino, MDCK

ΔGc =RT ln C2 C1

ΔGm = RT zF

C2 C1

ln

Transoprtador de sodio y galactosaVibrio parahaemolyticus

Faham et al. 2008 Science 321:810-4

Faham et al. 2008 Science 321:810-4

Faham et al. 2008 Science 321:810-4

• NSS neurotransmiter solute symporter family transportador de leucina

Na+,K+- ATPasa

Na+Gluc

SGTL1H+

Pep-

Pep-

Gluc

Glut1

Na+

Figura 15

¿

K+

1 2 3 4 5 6 7 98

Cl- HCO3-

Exterior

Interior

10

Intercambiador Cl-/HCO3-

Capilares pulmonares

NH2 COOH

• NHA sodium hydrogen antiporter family Intercambiador Na+/H+

1 2 3 4 5 6 7 98

Cl- HCO3-

Exterior

Interior

10

NH2 COOH

Intercambiador Cl-/HCO3-

Capilares pulmonares

• NHA sodium hydrogen antiporter family Intercambiador Na+/H+

A B

CO2+ H2O

CO2

CO2

CO2 H++HCO3-

Cl-

O2

CO2

CO2+ H2O H++HCO3-

Cl-

HCO3-

AC AC

O2

O2O2

O2

HCO3-

Capilares sistémicos Capilares pulmonares

Intercambiador Cl-/HCO-3

Na+/H+-Antiporter, Escherichia coli, regulación del pH, volumen

Electrostatic potential surface

Ion and water accesibility Electron density map

Hunte et al. 2005, Nature 435:1197-1202

• EAAT excitatory amino acid transporter family transportador de glutamato

1. YernoolD,BoudkerO,JinY,GouauxE.StructureofaglutamatetransporterhomologuefromPyrococcushorikoshii.Nature.2004Oct.14;431(7010):811–8.

Transportador de Glutamato en sinapsis

Transportador de glutamatoKanai et al. 1992 Nature 360:461-71

AMPA RGlu-

EAAC1

GTL-1

Glu-

Glu-2 Na+

K+ OH-K+ OH-

NEURONA PRESINÁPTICA

NEURONA POSINÁPTICA

ESPACIO SINÁPTICO

Glu-

GLIA

2 Na+

OH-

SLC24A5 transportador putativo, Zebra fish Lamason et al. 2005, Science 310:1782-6.

Ginger et al. 2008 J Biol Chem 283:5486-95

SLC45 de humano, en realidad funciona como intercambiador