transporte a través de la membrana celular · flujo a través de la membrana dm se supone ctey las...
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Transporte a Través de la Membrana Celular
Biofísica
Facultad de Enfermería
(Material de uso Interno)
Estructura básicaComposición química:
-Lípidos-Proteínas (intrínsecas y
extrínsecas) -Glúcidos
≠ proporciones
Propiedades:
-Liposolubilidad-Fluidez: varía: -temperatura
-características de los lípidos-asimetría estructural y funcional (cara interna y externa)
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� Transporte activo de iones y metabolitos
� Límite físico (compartimentación)
� Entrada de nutrientes
� Salida de metabolitos
� Comunicación intercelular
� Formación de canales iónicos
� Generación de segundos mensajeros dedistintas vías metabólicas
� Transducción de energía
� Reconocimiento celular
Funciones de la Membrana Celular
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Barrera al pasaje de iones y solutos cargados
La facilidad con que los solutos atraviesan lasmembranas biológicas depende de diversosfactores, algunos de ellos son:
� Tamaño
� Solubilidad en lípidos (solutos polares vs nopolares)
� Densidad de carga
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Es la capacidad que posee una membrana (sea éstanatural o artificial), de permitir el pasaje de unasustancia a través de ella.
Permeabilidad
� Impermeables
� Semipermeables (permiten el paso selectivo de sustancias a
través de difusión, ej: agua)
� De permeabilidad selectiva (algunos solutos cruzan la
membr libremente, algunos la cruzan con asistencia y otros nopueden cruzar)
� Sin selectividad5
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� Se considera a las membranas biológicas comode permeabilidad selectiva.
� Deben existir por tanto, mecanismos capacesde disminuir la barrera de energía quepresenta la bicapa lipídica para que existapasaje apreciable de moléculas cargadas através de ella.
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Clasificación de Transporte
Difusión simple
Transporte PASIVOTransporte Facilitado
- transportadores- canales
Transporte ACTIVO
Primario
Secundariocotransporte
contratransporte8
� Para estudiar el pasaje de sustancias a través dela membrana celular, primero debemosexpresarlo en forma cuantitativa.
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Flujo
Densidad de Flujo
Cantidad de sustancia (moles o gramos) que atraviesa una determinada sección perpendicular a la dirección del
desplazamiento por unidad de tiempo.
Flujo que atraviesa la sección por unidad de área
M =J
A A . Δt
Δn= (mol/seg.cm2)
Definiciones Básicas
J = Δn
Δt(mol/seg)
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Transporte Pasivo
Producido por la diferencia de potencial electroquímico dela especie transportada.
Incluye: a) Difusión simpleb) Transporte facilitado
a) Difusión Simple
� El desplazamiento de una especie química de donde haymayor concentración a otra de menor.
� En términos termodinámicos, produce una liberación deenergía libre.
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Cuando la diferencia de concentración es única causa deldesplazamiento de la especie química y ésta cae en formalineal, la densidad de flujo entre dos puntos será proporcional ala diferencia de concentración (∆C) e inversamente proporcionala la distancia (∆x).
M = - D. ∆C ∆x
Ley de Fick
∆C/∆x: gradiente de concentraciónD: coeficiente de difusión (depende de la solución y de la temperatura)
Se puede calcular el flujo neto de una sustancia, siendo la suma de flujos unidireccionales.
La ley de Fick es aplicable en un medio homogéneo, (D = cte)12
En un recipiente, en un determinado instante se mide laconcentración de soluto a diferentes distancias de la pareddel recipiente:
-indique el sentido de los flujos a XA, XB, XC y XD.
-a qué estado llegará el sistema luego de un largo períodode tiempo? 13
Flujo a través de la membrana
Dm se supone cte y las concentraciones en el espesor de la membrana hacia cada lado.
De acuerdo con Ley de Fick: M = Dm C1- C2 a
a = espesor de membranaA = superficie de la membrana
Cm1 = k.C1
Cm2 = k.C2
k = Clip
Ca
Coeficiente de partición (k): razón de concentraciones entrela bicapa y la fase acuosa. Indica cuan fácil se “disuelve” unasustancia química en un hidrocarburo.
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Para una membrana y un soluto determinados, k, a yDm son ctes:
P = k . Dm P (coeficiente de permeabilidadde la membrana)
- composición, estructura demembrana- espesor de membrana- especie química que difunde
M = P (C1- C2)
a
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M = Dm . k (C1-C2)
a
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Resumiendo
En la membrana celular, la difusión simple se produce a través de la bicapa lipídica y obedece a la expresión:
M = P (C1 –C2)
que deriva de la primera ley de Fick.
M
ΔC
Difunden según esta ecuación sustanciasliposolubles. k desempeña un papel importante
Transporte de iones a través de la membranapor difusión simple es despreciable
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b) Transporte facilitado
Permite el transporte pasivo de iones y sustanciashidrosolubles.Se da por sitios específicos: - canales
- transportadores
Los 2 mecanismos no son excluyentes:
� Un canal con múltiples estados conformacionales puedeaproximarse al comportamiento cinético de untransportador
� Disminuyen la barrera de energía para que exista un flujoapreciable de moléculas cargadas o polares
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TransportadoresEstructuras proteicas con uno o más sitios de unión, queexponen alternativamente uno o varios sitios de unión a unlado y otro de la membrana
Etapas:
1- atrapar ión y despojarlo de las moléculas de hidratación
2- cruzar el soluto mediante cambios conformacionales
3- liberarlo y rehidratarlo en la otra orilla
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Canales
Importancia: participan en diversos procesos celulares. (Excitabilidad)
Definición:
Son proteínas transmembrana que poseen un poro cuyaapertura es controlada por voltaje, ligando, mecánicamente, ypermite el flujo de iones a través de la membrana.
Presentes en tejidos excitables y no excitables, involucrados en procesos de señalización.
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Canales:
� Na+ y K+: participan en la generación del potencial deacción.
� Ca++: transmisión de señales. Acoplamiento excitación-contracción.
� Acetilcolina: placa neuromotora.
Flujo por canales y transportadores tiene unacinética de saturación
J = Jmáx .[S]K+[S]
[S]
J
J máx
1/2 J máx
K
[A] + [S] [AS]K
K: cte de equilibrioA: sitio de uniónS: ligando
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Transporte Activo
Incluye todos los mecanismos de transporte que no sonproducidos por la diferencia de potencial electroquímico.
La energía libre para el transporte puede provenir deprocesos metabólicos directamente, o del transporte deotra especie a favor de su gradiente.
T Activo
Primario: bomba de Na+/K+, con importantefunción electrogénica
Secundario
Cotransporte (mismo sentido)
Contratransporte24
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Bibliografía
• Fisiología Humana de Houssay. Capítulos 1, 2 y 3.
• Frumento, “Biofísica”. 3ra Edición. Capítulos 5, 6 y 7.
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