TEMA 35: PRINCIPIOS ENERGÉTICOS QUE RIGEN EL TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA Y SUS DIFERENTES TIPOS:

Todas las células vivas deben adquirir de su alrededor todas las materias primas para la biosíntesis y para la producción de energía y deben liberar a su entorno los productos secundarios de su metabolismo.Unos pocos compuestos apolares pueden disolverse en la membrana lipídica y cruzarla sin más ayuda, pero en el caso de compuestos polares, cargado o iones es necesario una proteína de membrana para el transporte transmembrana.

TIPOS DE DESPLAZAMIENTOS DE SOLUTO A TRAVÉS DE UNA MEMBRANA PERMEABLE:- Movimiento neto de soluto eléctricamente neutro:

o El movimiento se realizará por gradiente de concentraciones hasta conseguir el equilibrio.- Movimiento neto de solutos cargados eléctricamente:

o Se realiza por diferencia de potencial, hasta que se equilibre a ambos lados de la membrana.Estos movimientos son los que se realizan en las membranas celulares.

TRANSPORTE PASIVO: - Difusión simple:

o sucede por el mismo mecanismo que la membrana permeable, el transporte por tanto será inducido por gradientes de concentración o de potencial.

o La difusión sucede en tres pasos: El soluto debe abandonar el ambiente acuoso en un lado y

entrar en la membrana El soluto debe atravesar la membrana El soluto debe abandonar la membrana para entrar en un

nuevo ambiente en el lado opuesto.o Para que pueda suceder la difusión se deben romper las interacciones

entre las moléculas de agua y el soluto, para ello se necesita una alta energía, que es recuperada cuando el soluto se rehidrata en el otro lado de la membrana.

- Difusión facilitada:o Se realiza mediante una proteína de membrana que disminuye la energía de activación, ya que evitan que

el soluto entre en contacto con la porción hidrófoba de la bicapa.o Cuanto más semejantes sean las interacciones entre la proteína y el soluto a las que se producen entre el

soluto y el medio, menor será la energía necesaria para el activar el trasnporte.o Transpote puede realizarse mediante:

Poros proteicos: La proteína forma un poro acuoso a través de la membrana que permite la difusión de sustancias

específicas en ambos sentidos. Los canales pueden ser inhibidos.

Transportadores (ionóforos): Para translocar una molécula o ión los trasportadores se unen a ellos y los mueven físicamente. Pueden ser inhibidos y presentan cinética. Tienen especificidad por los sustratos.

CINÉTICA DEL TRASNPORTE PASIVO:- Difusión simple:

o TASA NETA DE TRANSPORTE:J = - K D1 (C2 – C1)

lo COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD:

P = K D1 J = - P (C2 – C1) l

el paso de sustrato irá en un sentido u en otro dependiendo de qué concentración sea mayor, ya que la difusión simple va regida por diferencias de concentración.

- Difusión facilitada:Se puede describir como un reacción enzimática en la que unel sustrato es sustrato exterior (Sfuera = C1), el producto es sustrato interior (Sdentro = C2) y el enzima es la transportador (T).

V0 = VMAX[SFUERA]Kt + [ S fuera]

La ecuación se asemeja a la de Michaelis y Mentel.Esta ecuación describe la velocidad inicial, la velocidad observada cuando [Sdentro] = 0.Kt es la concentración de sustrato a la que el trasnportador trabaja ala mitad de la velocidad máxima.

o ENERGÍA LIBRE DEL TRANSPORTE PASIVO:Gt = G’º + RT ln (C2/C1)G’º será nula porque en condiciones estándar la reacción ya está en el equilibrio.Si C2 < C1 Gt < 0, por lo que el trasporte es de izquierda a derecha.Si Gt > 0, el transporte se realizará en la dirección inversa a la dada.

CLASES GENERALES DE TRANSPORTADORES:- Uniporte: Llevan un único sustrato.- Cootransporte: Transportan a la dos solutos a través de la membrana:

o Simporte: Las dos moléculas pasan en la misma dirección.o Antiporte: se produce un intercambio de una molécula por otra.

CARACTERÍSTICAS DE LOS TRANSPORTADORES DE MEMBRANA- Facilitadores pasivos:

o Cinética de saturación.o Especificidad de sustratoo Pueden ser inhibidoso El soluto se mueve a favor de gradiente de concentracióno No se produce gasto de energía.

- Facilitadores activos:o Cinética de saturacióno Especificidad de sustratoo Pueden ser inhibidoso El soluto puede moverse en contra de un gradiente de concentración.o Requiere un aporte acoplado de energía.

TRASPORTE ACTIVO:El transporte activo está termodinámicamente desfavorecido por lo que tiene que acoplarse a alguna reacción exergónica de G mayor que la necesaria para activar el transporte.

- Primario:o El transporte de soluto esta acoplado directamente a una

reacción exergónica (hidrólisis ATP).- Secundario:

o Cuando un soluto es transportado en contra de gradiente y esta acoplado al trasporte pasivo de un soluto que anterior mente ha sido transportado de forma activa.

La variación de energía para el transporte (Gt) es: Gt = RT ln ( C2/C1).En este caso la G’º es cero porque no existe la formación ni rotura de ningún enlace.

Ecuación energía libre en contra de concentración:

Gt = RT ln (C2/C1) + G’º, donde G’º es la energía estándar de la reacción acoplada, que debe ser lo suficiente mente grande como para hacer negativa la Gt.

Ecuanción energía libre en contra de potencial elécrico:

Gt = RT ln (C2/C1) + ZF , donde ZF es el potencial eléctrico de la reacción acoplada.

BOMBA ATPasa Na+ K+:En células animales este sistema de transporte activo es responsable de establecer y mantener las concentraciones de Na+ y K+ y de generar el potencial eléctrico transmembrana fundamental para la señalización eléctrica en las neuronas.El gradiente de Na+ es usado para el impulsar el contrasporte de solutos de forma activa en muchos tipos celulares.Acopla la ruptura de ATP y el movimiento simultáneo de Na+ y K+ en contra de sus gradientes electroquímicos.Por cada molécula de ATP convertida en ADP + Pi se transportan 2 iones de K+ al interior de la célula y 3 iones de Na+ al exterior a través de la membrana plasmática.La ATPasa Na+ K+ es una proteína integral de dos subunidades que abarca la membrana, que contiene dos conformaciones:

Una abierta hacia el interior de la célula, en este momento los 3 inoes de Na+ se fijan a tres sitios específicos de transporte de sodio.

Mediante la actividad propia quinasa la ATPasa se autofosforila mediante la hidrólisis del ATP lo que hace que cambie de conformación y se abra hacia fuera liberando el Na+ y entrando 2 iones de K+ en sus sitios específicos.

Mediante actividad fosfatasa propia se desfosforila y cambia de conformación abriéndose hacia el interior donde suelta el K+.

Los cardiotónicos esteroideos son inhibidores de la actividad fosfatasa de la ATPasa

CLASES DE ATPasa P (transportadoras): Na+ K+: H+ K+ : mantiene el pH gástrico al bombear protones al estómago. Ca2+: expulsa el Ca2+ fuera del citosol para mantener baja su concentración. Ca2+: miocito animales. Transporta el Ca2+ al retículo sarcoplásmico de la células musculares.

ATPasa TIPO F: Bombas de H+ a favor (sintetiza ATP) o en contra (necesita hidrólisis ATP) de gradiente. Ejemplo:

complejo V o ATP sintasa.ATPasa TIPO V:

Se encargan de mantener el pH de los lisosomas ácido, para ello proyectan H+ en contra de gradiente.CÉLULAS TUMORALES

Contienen proteínas de membrana dependiente de ATP que actúa como bomba expulsando los fármacos. Esta proteína se llama MDR (proteína de multirresistencia a fármacos). La proteína tiene dos dominios transmembrana y dos dominios de unión a ATP llamados cassettes de unión

a ATP.