MEMBRANAS BIOLÓGICAS

Dr. Carlos Morales A.Cardiólogo Pediatra

UPCP – Hospital Coquimbo

ESTRUCTURA MEMBRANAS

DIFUSIÓN A TRAVÉS DE MEMBRANA

DIFUSION SIMPLE:Por bicapaPor canales

DIFUSION FACILITADA

TRANSPORTE ACTIVOPrimario (bombas)Secundario

Cotransporte.Contratransporte.

DIFUSION SIMPLE

POR BICAPA LIPIDICADependerá de:1. Concentración (cantidad)2. Cinética molecular (T)3. Liposolubilidad

Ejemplo: Oxígeno

DIFUSION SIMPLE

POR CANALES PROTEICOSAltamente efectivos.Especialmente para agua.

(100 veces volumen GR)

Depende de:1. Hidrosolubilidad2. Tamaño3. Polaridad

Selectividad

CANALES PROTEICOS

ALTAMENTE SELECTIVOS PARA UN SOLUTO

CANALES PROTEICOS

PERMEABILIDAD MODULABLE POR EL MEDIOPOR LIGANDOPOR VOLTAJE

DIFUSION FACILITADA

1. Mediada por transportadores.

2. A diferencia de la simple, tiene una velocidad máxima (Vmax) de difusión.

3. Vmax dependería del número de transportadores. No de la cantidad de solutos.

(figura 4-6)

DIFUSION FACILITADA

La velocidad del transporte no puede ser mayor a la velocidad del cambio conformacional de la proteína

Ejemplos: glucosa, aminoácidos

FACTORES DETERMINANTES DE DIFUSION

La tasa neta de difusión dependerá de:

1) La diferencia de concentraciones entre un lado y otro de la membrana.

2) Diferencia de presión a través de la membrana

Fig. 4 – 8 (a)

Fig. 4 – 8 (b)

FACTORES DETERMINANTES DE DIFUSION

La tasa neta de difusión dependerá de:

3) Potencial eléctrico de membrana (iones). Ecuación de NERSNT

Fig. 4 – 8 (c)

OSMOSISDifusión neta de agua dadas diferencias en su concentración.

Ocurre en membranas selectivamente permeables (un soluto no atraviesa y se acumula en un lado)

Fig. 4 – 9

PRESION OSMOTICA

La presión osmótica depende del número de partículas por unidad de volumen y no de la masa.

Esto se debe a que las partículas grandes son mas lentas y las más pequeñas son más rápidas. Por ende, energía cinética promedio será la misma

PRESION OSMOTICA Lo anterior implica que necesitamos conocer la

CONCENTRACION MOLAR de una sustancia (número de partículas) = Osmol.

Osmolalidad = 0smol/Kilógramo solución. Osmolaridad = Osmol/Litro solución (más practico).

RELACIÓN OSMOLARIDAD Y PRESIÓN (37°C). 1 Osmol/Kg = 19.300 mmHg 1 mOsmol/Kg = 19,3 mmHg 300 mOsmol/Kg = 5790 mmHg VALOR REAL = 5500 mmHg (atracción iónica, disociación parcial).

TRANSPORTE ACTIVO

1. Mediado por Bombas (enzimas en membranas).

2. Hay muchas (Na, K, Ca, H, etc).

3. En diferentes membranas (celular, retículo endoplásmico, mitocondria).

4. La mas estudiada es la NaKATPasa.

TRANSPORTE ACTIVO

TRANSPORTE ACTIVO• Compuesta por 2 subunidades:– ALFA: 100.000 daltons– BETA: 55.000 daltons

• ALFA: 3 componentes:– 3 sitios receptores Na dirección hacia dentro– 2 sitios receptores K dirección hacia afuera– 1 sitio actividad ATPasa en el interior.

• BETA: Aparente función de anclaje.

TRANSPORTE ACTIVO

• La bomba tiene importancia en el control del volumen intracelular.– Proteínas intracelulares tienen carga negativa– Atraen iones positivos.– NaKATPasa retira 3 Na por 2 K.

• La bomba tiene capacidad electrógena.– Hay movimiento neto de 1 ión (+) hacia afuera.– Se crea por ende un potencial transmembrana.

TRANSPORTE ACTIVO

ENERGÉTICA DE LA BOMBA• Para concentrar una sustancia 10 veces, se requiere 1400

calorías, para hacerlo 100 veces, se requiere 2800 calorías. 1000 veces 4200 calorías, es decir:

• Siendo la energía estimada en Calorías por Osmol.

COTRANSPORTE

CONTRATRANSPORTE

POTENCIAL DE MEMBRANA

POTENCIALES ORIGINADOS POR DIFUSIÓN

FIBRA A: Potencial de difusión a través de una membrana causado por difusión de iones K desde el interior al exterior. El potencial eléctrico resultante será negativo.

FIBRA B: Potencial de difusión a través de una membrana causado por difusión de iones Na desde el exterior al interior. El potencial eléctrico resultante será positivo.

RELACIÓN ENTRE POTENCIAL DE DIFUSIÓN Y DIFERENCIA DE CONCENTRACION

ECUACION DE NERNST

Relaciona el potencial transmembrana necesario para mantener una diferencia de concentraciones de un ión monovalente a 37°C

CONSIDERACIONES:Exterior se considera 0 mV. Interior se considera que varía.Si ión es (+) el valor se considera (-). Si ión es (-), el valor se considera (+).

POTENCIAL DE DIFUSIÓN CUANDO LA MEMBRANA ES PERMEABLE A VARIOS IONES

DIFERENTES

POTENCIAL DE DIFUSIÓN CUANDO LA MEMBRANA ES PERMEABLE A VARIOS IONES

DIFERENTESECUACION DE GOLDMAN-HODGKIN-KATZ

CONSIDERACIONES:1. Na, K, Cl, son los principales iones involucrados.2. Todos son monovalentes.3. La ecuación compensa carga (-) de Cl invirtiendo su relación,

porque Cl al entrar produce más electronegatividad en el interior.4. La importancia de cada ion en cada instante será proporcional a su

permeabilidad.

POTENCIAL DE REPOSO

• DETERMINANTES:– Potencial difusión del K • Único canal abierto en reposo es el canal de escape

– Difusión de sodio • Canales de escape 100 veces menos numerosos que K

– Bomba NaK ATPasa.• Bombea 3Na hacia afuera por 2K hacia dentro.

POTENCIAL DE REPOSO

• Potencial difusión del K• Concentraciones: Exterior 4 mEq/l – Interior: 140 mEq/l• Cuociente: Ki/Ke = 35.• Nersnt: FEM = -61 log 35 = -61 * 1,54 = -94 mV

• Potencial difusión Na• Concentraciones:Exterior 140 mEq/l – Interior 14 mEq/l• Cuociente Nai/Nae = 0,1• Nersnt = +61• Pero, permeabilidad es 100 veces menor• Goldman (K * 0,01Na) = -86 mEq/l

POTENCIAL DE REPOSO

• Bomba NaKATPasa:– Aporta con -4 mV adicionales al retirar en forma

neta más cargas positivas del interior.

POTENCIAL DE REPOSO TOTAL: - 90 Mv.