tema 4. biomembranas y sus funciones

7/24/2019 Tema 4. Biomembranas y Sus Funciones

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BIOMEMBRANAS:COMPOSICIN

LIPDICA Y

ORGANIZACINESTRUCTURAL


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BIOMEMBRANAS: COMPOSICIN LIPDICA YORGANIZACIN ESTRUCTURAL

ESTRUCTURA BICAPA DE LASBIOMEMBRANAS:a) La microfotografaelectrnica muestra seccin demembrana de un Eritrocitoteido con Tetrxido de

Osmio. El aspecto caractersticode va frrea, de la membranaindica la presencia de dos capaspolares, compatible con laestructura de bicapa de lasmembranas fosfolipdicas.

b) Interpretacin esquemticade la bicapa fosfolipdica en lacual los grupos polares miranhacia fuera para proteger del

agua a las colas hidrfobas deacilos grasos.


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BIOMEMBRANAS: COMPOSICIN LIPDICA YORGANIZACIN ESTRUCTURAL

PROPIEDADES IMPORTANTES1) El ncleo hidrfobo es unabarrera impermeable que evitala difusin de solutos solublesen agua; funcin que esmodulada por protenas de

membrana que median eltransporte de molculasespecficas2) Son estructuras establesmantenidas por interacciones

de van der Waals entre lascadenas de lpidos. Aunque elambiente exterior puede variarampliamente en fuerza inica ypH, la bicapa tiene la fuerza

para retener su arquitecturacaracterstica


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LAS MEMBRANAS NATURALES DE DIFERENTES TIPOSDE CLULAS EXHIBEN DIVERSAS FORMAS QUECOMPLEMENTAN LA FUNCIN DE UNA CLULA

a) Membrana suave y flexible cubre lasuperficie de los eritrocitos, permitiendosu paso a travs de capilares sanguneosangostos

b) Algunas clulas muestran una largaextensin de la membrana plasmticallamada Cilios, cuyo movimiento en formade ltigo provoca que los lquidos fluyan alo largo de la superficie de una clulaepitelial (clulas ependimarias que revisten

los ventrculos cerebrales)

c) Los axones de muchas neuronas estn envueltos por mltiples capas de unamembrana plasmtica modificada denominada vaina de mielina.

d) Algunas bacterias como Halorohodospira halochlorismuestran apilamientos demembranas fotosintticas que derivan de la membrana citoplasmtica.


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LAS MEMBRANASCELULARES POSEEN UNACARA INTERNA Y OTRA

EXTERNA

En la representacin, el citosolinterno (puntuado en verde) y elambiente externo (violeta) definenlas caras citoslicas (rojo) y

exoplasmtica (negra) de la bicapa.Las vesculas y algn orgnulostienen una nica membrana y suespacio interno acuoso (violeta) estopolgicamente equivalente al

exterior de la clula. Tresorgnulos- el ncleo, lasmitocondria y los cloroplastos (queno se muestran)- estn encerradospor dos membranas separadas porun pequeo espacio intermembrana.

Las caras exoplasmticas de lasmembranas internas y externasalrededor de estos orgnulosbordean el espacio intermembranaentre ellas. Por simplicidad, el

interior hidrfobo de la membranano est indicado en este diagrama


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SE PUEDEN ENCONTRARTRES CLASES DELPIDOS EN LAS

BIOMEMBRANAS

a) La mayora de los fosfoglicridosson derivados del glicerol (rojo) quecontienen dos cadenas de cidosgrasos esterificadas que constituyenla cola hidrfoba y una cabeza

polar esterificada con fosfato. Loscidos grasos pueden ser tantosaturados como insaturados. En lafosfatidilcolina (PC), el grupo cabezaes la colina. Pueden encontrarseotros fosfoglicridos como:la fosfatidiletanolamina (PE),la fosfatidilserina (PS) y elfosfatidilinositol (PI).

b) Los esfingolipidos son derivadosde la esfingosina (rojo) unaminoalcohol con una cadenahidrocarbonada larga. Diversascadenas de cidos grasos seconectan a la esfingosina medianteun enlace amida. El grupo cabezapuede ser fosfolpido, ejemplo laesfingomielinas (SM) o glucolpidos

como en el caso de laglucosilcerebrsido (GlcCer).


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1) El colesteroly sus derivadosconstituyen la tercera clase importante delpidos de membranas, los esteroides.En el colesterol el grupo hidroxiloconstituye la cabeza polar, mientas elanillo conjugado y la cadenahidrocarbonada corta constituyen la colahidrfoba.

2) Las membranas procariticas, a

diferencia de las de eucariotas, carecende esteroles, con las excepciones de lasCianobacterias, ciertas bacteriasmetilotrofas y los micoplasmas

3) En cambio, en muchas bacterias existe

una peculiar clase de compuestospolicclicos, denominados hopanoides(triterpenoides pentacclicos) que parecencondicionar parte de la rigidez de lasmembranas citoplsmicas. Los hopanoidesse sintetizan a partir del mismo tipo de

precursores que los esteroles.


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PARTICULARIDADES DE LAS MEMBRANACITOPLASMTICA DE ARCHAEA


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UNA CLULA T PICA CONTIENE UNA VARIEDAD DE TIPOSDE MEMBRANAS, CADA UNA DE ELLAS CON PROPIEDADES

NICAS CONFERIDA POR LA MEZCLA PARTICULAR DELPIDOS Y PROTENAS

LAS DIFERENCIAS EN LA COMPOSICIN LIPDICA PUEDEN

DEBERSE A EL LUGAR DONDE SON SINTETIZADOS O A LAESPECIALIZACI FU CIO AL DE LA MEMBRA A


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MOSAICO FLUIDO EN EL QUE EXISTEN PROTENAS GLOBULARES QUE

ATRAVIESAN LA BICAPA LIPDICA Y QUE PRESENTAN A LA VEZ UNAESTRICTA ORGANIZACIN Y UNA ELEVADA MOVILIDAD


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EL GRADO DE FLUIDEZ DE LA BICAPA DEPENDE DE LACOMPOSICIN LIPDICA, LA ESTRUCTURA DE LAS COLAS

HIDRFOBAS Y DE LA TEMPERATURA.

1) Las cadena saturadas largas de los cidos grasostiende a agruparse, estrechndose firmemente entre shasta adquirir un estado similar al de un gel.

2) Los fosfolpidos con cadenas de cidos grasos cortas,que tienen menos superficie de interaccin formanbicapas ms fluidas.

3) Debido a las inflexiones en las cadenas de los cidos

grasos no saturados, se forman interacciones de van derWals menos estables y, por ende, ms fluidas con otroslpidos que las de las bicapas de cadenas saturadas

4) El calor provoca mayor fluidez de las bicapas


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HIDRFOBAS Y DE LA TEMPERATURA.EFECTO DE LA COMPOSICIN LIPDICA ENEL GROSOR Y LA CURVATURA DE LASBICAPAS.a) Las bicapas de esfingomielina (SM) pura esms gruesa que una formada a partir de unfosfoglicrido como la fosfatidilcolina (PC). Elcolesterol tiene un efecto de ordenamiento

lipdico sobre las bicapas de fosfoglicridosque incrementa su grosor pero no afecta elgrosor de las bicapas de esfingomielina (SM)que son ms ordenasb) Los fosfolpidos como la fosfatidilcolina(PC), tienen forma cilindrica y formanmonocapas ms o menos planas, mientras que

los que tienen cabezas ms pequeas como lafosfatidiletanolamina (PE) tienen una formacnica.c) Una bicapa enriquecida con fosfatidilcolina(PC) en la hojuela exoplasmtica y confosfatidiletanolamina (PE) en la cara citoslica,

como es el caso de muchas membranasplasmticas, tendra una curvatura natural


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HIDRFOBAS Y DE LA TEMPERATURA.

FORMAS DE GEL Y FLUIDO DE LABICAPA fosfolipdica.Arriba:1) Los fosfolpidos con cadenas largas decidos grasos saturados tiende aagruparse para formar una bicapa

altamente ordenada similar a gel, en lacual existe poca superposicin de lascolas no polares en las dos hojuelas2) El calor desordena las colas no polarese induce una transicin de un gel a unfluido dentro de un espectro detemperatura de solo unos grados.

3) Mientras la cadena se desordena, labicapa tambin pierde espesor.Abajo:Modelos moleculares de lasmonocapasfosfolipdicas en los estados defluidos y de gel, como lo determinan losclculos de dinmica.


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LOS LIPIDOS DE LA MEMBRANA SUELEN DISTRIBUIRSE DEMANERA DESIGUAL ENTRE LAS HOJUELAS EXOPLASMTICA

Y CITOSLICA (ASIMETRA DE LA COMPOSICIN LIPDICA)

EN LAS HOJUELAS EXOPLASMTICA DEERITROCITOS HUMANOS CASI TODA LA

ESFINGOMIELINA (SM) Y LA FOSFATIDILCOLINA

(PC), LAS CUALES FORMAS BICAPAS MENOSFLUIDAS, SE ENCUENTRAN EN LA HOJUELAEXOPLASMTICA. LA FOSFATIDILETANOLAMINA

(PE), LA FOSFATIDILSERINA (PS) Y EL

FOSFATIDILINOSITOL (PI), QUE FORMABICAPAS MS FLUIDAS, SE ENCUENTRANPREFERENTEMENTE EN LA HOJUELA

CITOSLICA.


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LA ABUNDANCIA RELATIVA DE UN FOSFOLPIDO EN LASDOS HOJUELAS DE UNA MEMBRANA PLASMTICA PUEDE

DETERMINARSE SOBRE LA BASE DE SU SUSCEPTIBILIDAD ALA HIDRLISIS POR FOSFOLIPASAS

ESPECIFICIDAD DE LASFOSFOLIPASAS.Cada tipos de fosfolipasa escinde uno delos eslaces susceptibles mostrados en

rojo. Los tomos de carbono del glicerolse indican con nmeros pequeos. En lasclulas intactas, solo los fosfolpidos dela hojuela exoplasmtica de la membranaplasmtica son escindidos por la

fosfolipasa del medio circundante. Lafosfolipasa C es una enzima citoslica,que escinde cirtos fosfolipidos de lahojuela citoslica de la membranaplasmtica.


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EL COLESTEROL Y LOS ESFINGOLPIDOS SEAGRUPAN CON PROTENAS ESPECFICAS EN

MICRODOMINIOS DE MEMBRANA

EN ALGUNAS MEMBRANAS QUE CONTIENEN LOS LPIDOS COLESTEROL YESFINGOMIELINA (SM), LAS CUALES SON MS ORDENADAS Y MENOS

FLUIDAS, SE HA ENCONTRADO QUE EN CIERTAS ZONAS ESTOS LIPIDOSFORMAN MICRODOMINIOS , DENOMINADOS BALSAS LIPDICAS (RAFTS

LIPIDIC); LAS CUALES ESTAN RODEADAS POR OTROS FOSFOLPIDOS MSFLUIDOS FACILMENTE EXTRAIBLE CON DETERGENTES


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BIOMEMBRANAS:

COMPOSICINPROTEICA Y

FUNCIONESBSICAS


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LAS PROTENAS INTERACTUAN CON LASMEMBRANAS DE TRES MANERAS DIFERENTES

(PROTENAS INTEGRALES DE MEMBRANAS)Estas protenas, tambindenominadas protenastransmembranas, atraviesan una

bicapa fosfolipdica y se componende tres segmentos o dominios:- El dominio citoslico- El dominio exoplasmtico(Ambos con aa solubles en agua)

- El dominio de 3 nm de grosor queatraviesa la membrana(contiene aa hidrfobos)

En la mayora de los casos, esteltimo dominio consta de una o mshlices o de mltiples cadenas


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Schematic representation of the inner and outer bacterial membrane.

Galdiero et al Curr Protein Pept Sci. 2012

E E


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(PROTENAS DE MEMBRANAS ANCLADAS A LPIDOS)

Estas protenas se unencovalentemente a una o ms

molculas de lpidos.- La cadena hidrocarbonadahidrfoba del lpido al cual seadhiere esta inmersa en unahojuela y ancla la protena a la

membrana- La cadena polipeptdica en simisma, no entra en la bicapafosfolipdica

P E EG E DE E B


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PROTENAS INTEGRALES DE MEMBRANAS

ESTRUCTURA DE LAGLUCOFORINA A

1) Protena transmembranatpica de un solo paso(contiene solo una hlice que atraviesa la membrana)

2) La hlice se componede 20-25 aa hidrfobos(no cargados) y mide 3.75nm3) Cadenas laterales

hidrfobas se proyectanhacia fuera de la hlice yforman interacciones de van der Waals con las cadenas de cidosgrasos de la bicapa4) Las hlices transmembranas de las molculas de glucoforina Apueden formar dmeros.

5) Muchos receptores de membranas se activan por dimerizacin

PR TEN NTEGR LE DE MEMBR N


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BACTERIORRODOPSINA1) Protena transmembrana multipaso(contiene varias hlices atravesando la membrana)2) Una molcula de retinal (rojo)adherida en forma covalente a unahlice absorbe luz3) La absorcin de la luz por elgrupo retinal produce un cambioconformacional en la protena que setraduce en el bombeo de protonesdesde el citosol a travs de lamembrana bacteriana hacia elespacio extracelular

4) El gradiente de concentracin de protones as generado a travs de

la membrana se utiliza para sintetiza ATP.

PROTEN INTEGR LE DE MEMBR N


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PORINAS BACTERIANAS,MITOCONDRIALES YCLOROPLSTICAS1) Son protenas transmembranas,cuyas estructuras difierensignificativamente de las dos clasesanteriores, que actan como canales

que permiten el paso de sustancias atravs de las membranas2) Presentan secuencia de aamayormente polares y no contienenlos segmentos hidrfobos de hlices

3) Son protenas trimricas desubunidades idnticas4) En cada subunidad, 16 cadenas conforman una estructura con formade barril con un poro en el centro,

cuyos interior contienes aahidroflicos y el exterior hidrfobos.



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PORINAS BACTERIANAS,MITOCONDRIALES YCLOROPLSTICAS5) Las bandas hidrfobas y cadenaslaterales aromticas asociadas a laporinas interactan con los grupos delos cidos grasos, posicionando estasprotenas en las membranas

6) Las porinas difierenestructuralmente de las acuoporinas

de las membranas plasmticas deanimales; las cuales contienenmultiples hlices transmembrana.


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Three dimensional structures of three different porins: Gdp from Rhodobacter capsulatus, PhoE and OmpG from Escherichia coli. Surface

and internal loops are shown in dark grey. The extracellular space is located at the top of the figure and the periplasmic space is at the

bottom.

Three-dimensional structure of the porin OmpF from Escherichia coli. Surface and internal loops are shown in dark grey. The extracellular

space is located at the top of the figure and the periplasmic space is at the bottom. The trimer is shown.

Galdiero et al Curr Protein Pept Sci. 2012

LAS PROTENAS INTERACTUAN CON LAS


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(PROTENAS DE MEMBRANAS ANCLADAS A LPIDOS)

Estas protenas se unencovalentemente a una o ms

molculas de lpidos.- La cadena hidrocarbonadahidrfoba del lpido al cual seadhiere esta inmersa en unahojuela y ancla la protena a la

membrana- La cadena polipeptdica en simisma, no entra en la bicapafosfolipdica

PROTENAS DE


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PROTENAS DEMEMBRANAS ANCLADAS

A LPIDOS

El anclaje de protena en las carascitoslicas y exoplasmtica de lasmembranas difiere en los tipos deanclas unidos a las protenas:

CARA CITOSLICA:Por acilacin, donde un residuo deglicina N-terminal de la protena seune a un acilo graso del tipomiristato (C14) o palmitato (C16)(Ej: v-Src, tirisincinasa mutante)

Por prenilacin, donde un residuo decistena C-terminal de la protena seune a un acido graso insaturado deltipo farnesil (C15) o geralnilgeranilo(C20) a travs de un enlace toter

que involucre el grupo SH del aa.(Ej: GTPasa)CARA EXOPLASMTICA:La regin C-terminal de la protenaesta siempre unida a un grupoglucosilfosfatidilinositol.

(Fosfatasa alcalina placentaria)

LAS PROTENAS INTERACTUAN CON LAS


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(PROTENAS PERIFRICAS DE MEMBRANAS)Son protenas, que no interactancon el ncleo hidrfobo de la

bicapa fosfolipdica- Suelen unirse a la membrana deforma indirecta medianteinteracciones con protenasintegrales de membranas odirectamente medianteinteracciones con las cabezaspolares de los fosfolpidos

- Pueden presentarse tanto en lacara citoslica de las membranascomo en la exoplasmtica

PROTENAS PERIFRICAS DE MEMBRANAS


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PROTENAS PERIFRICAS DE MEMBRANAS

LOS RESULTADOS DE LAS LTIMAS INVESTIGACIONESINDICAN QUE LAS INTERACCIONES ENTRE LASPROTENAS Y LOS LPIDOS SON IGUALMENTEIMPORTANTES PARA UBICAR LAS PROTENAS

PERIFRICAS EN LAS MEMBRANAS CELULARES

PROTENAS PERIFRICAS SUPERFICIE DE UNIN DE LA


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PROTENAS PERIFRICASDE MEMBRANAS

SUPERFICIE DE UNIN DE LAINTERFASE Y MECANISMO DEACIN DE LA FOSFOLIPASA A2a) Modelo estructural de la enzimaque muestra la superficie que

interacta con una membrana.Esta superficie de unin tiene unborde de residuos de Arginina yLisina cargados positivamente(azul) que rodea la cavidad de sitiocataltico activo (hidrfobo) al cual

se une el sustrato lipdico (rojo).b) Diagrama de catlisis por lafosfolipasa A2:- Los residuos de aa Arginina yLisina muestran afinidad por lascabezas polares de los

fosfolpidos de las membranas- La unin causa un cambio deconformacin que abre un canalrevestido de aa hidrfobos queconduce al fosfolpido de labicapa al sitio cataltico, evento

que es direccionado por un ionCa2+ resente en el sitio activo

LAS INTERACCIONES CON EL CITOESQUELETO


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LAS INTERACCIONES CON EL CITOESQUELETOIMPIDEN LA MOVILIDAD DE LAS PROTENAS

INTEGRALES DE MEMBRANAS

1) Adems de las protenasvinculadas estrechamente a labicapa, los filamentos delcitoesqueleto se asocian enforma ms laxa con la cara

citoslica, casi siempre atravs de una o ms protenasperifricas

2) Las protenas perifricas sobrela superficie exterior de las

membranas y los dominiosexoplasmtico de protenasintegrales, se asocian concomponentes de la matrizextracelular o de la pared

celular que rodean las clulasbacterianas o vegetales

LAS MEMBRANAS PUEDEN ADEMS CONTENER


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LAS MEMBRANAS PUEDEN ADEMS CONTENERGLUCOPROTENAS Y GLUCOLPIDOS

ANTGENOS DE LOS GRUPOS


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ANTGENOS DE LOS GRUPOSSANGUNEOS ABO.

Estos antgenos son cadenas deoligosacridos unidos en forma covalente

a glucolpidos o glucoprotenas en lamembrana plasmtica. Los azcaresterminales de los oligosacridosdistinguen a los tres antgenos.La presencia o ausencia de lasglucosiltransferasas que aaden galactosa

(Gal) o N-acetilgalactosamina (GalNAc) alantgeno del O determina el tipo desangre de una persona


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Articulo en pdf dystrophin comlex

FUNCIONES DE LA MEMBRANA CITOPLASMTIC


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FUNCIONES DE LA MEMBRANA CITOPLASMTIC1) Barrera osmtica que

mantiene constante el mediointerno, impidiendo el pasolibre de sales y decompuestos orgnicospolares; constituyendo as,el lmite metablicamenteactivo de la clula

2) Merced a sistemas detransporte, permiteselectivamente el paso desustancias entre el exteriory el interior (y viceversa)

3) Interviene en procesosbioenergticos (fotosntesis,respiracin)

4) En la secrecin de protenas5) Participa en la biosntesis de

componentes de membrana,de pared y de cpsulas


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PANORAMA

GENERAL DELTRANSPORTE DE

MEMBRANAS

ALGUNAS MOLCULAS ATRAVIESAN LAS


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ALGUNAS MOLCULAS ATRAVIESAN LASMEMBRANAS POR DIFUSIN PASIVA

LA DIFUSIN PASIVA ES UNA FORMA DE TRANSPORTE DESUSTANCIAS A TRAVS DE UNA MEMBRANA LA CUAL SE LLEVA A

CABO GRACIAS A LA EXISTENCIA DE UN GRADIENTE DECONCENTRACIN A AMBOS LADOS DE LA MEMBRANA

GASES > MOLCULAS PEQUEAS HIDRFOBAS-POLARES NOCARGADAS > AGUA-UREA > IONES-MOLECULAS POLARES


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COMO PASAN ATRAVS DE LAS

MEMBRANAS LOS IONESY LOS COMPUESTOS

POLARES ?

LAS PROTE NAS DE MEMBRANAS MEDIAN EL TRANSPORTE


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LAS PROTE NAS DE MEMBRANAS MEDIAN EL TRANSPORTEDE LA MAYORA DE LAS MOLCULAS Y DE TODOS LOS

IONES A TRAVS DE LA MEMBRANA1) Bombas impulsadas por ATP: SonATPasas que utilizan la energa de lahidrlisis del ATP para movilizariones o molculas pequeas a travsde una membrana en contra de ungradiente de concentracin qumica oun potencial elctrico o ambos

(transporte activo).2) Protena canal: transportan agua otipos especficos de iones y molculashidrfilas pequeas a favor de suconcentracin o del gradiente delpotencial elctrico (difusin

facilitada)3) Transportadores: Son complejosproteicos que movilizan iones ymolculas a travs de la membrana.Se conocen tres tipos:Uniportadores, Simportadores y

Antiportadores (difusin facilitadatrans orte activo

LAS PROTENAS DE MEMBRANAS MEDIAN EL TRANSPORTE


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1) UNITRANSPORTADORES:Transportan un nico tipo de molculas afavor de su gradiente de concentracinmediante difusin facilitada (Ej: glucosa

y aminocidos)2) CO-TRANSPORTADORES

(ANTIPORTADORES YSIMPORTADORES): catalizan elmovimiento de una molcula en contrade su gradiente de concentracin,conducidas por movimiento de uno o msiones diferentes a favor de un gradienteelectroqumico. En el caso de losSIMPORTADORES, la molculatrasportada y el in co-transportadorviajan en el mismo sentido, en el casodel ANTIPORTADORES, en sentidoscontrarios.

LAS PROTENAS DE MEMBRANAS MEDIAN EL TRANSPORTEDE LA MAYORA DE LAS MOLCULAS Y DE TODOS LOS

IONES A TRAVS DE LA MEMBRANA

RESUMEN SOBRE MECANISMOS PARA EL TRANSPORTE


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RESUMEN SOBRE MECANISMOS PARA EL TRANSPORTEDE IONES Y MOLECULAS PEQUAS A TRAVES DE LA

MEMBRANAS CELULARES


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BOMBASIMPULSADAS POR

ATP Y EL AMBIENTEINICO

INTRACELULAR

DISTINTAS CLASES DE BOMBAS EXHIBEN PROPIEDADES


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DISTINTAS CLASES DE BOMBAS EXHIBEN PROPIEDADESESTRUCTURALES Y FUNCIONALES DISTINTAS

EXISTEN CUATRO CLASES DE PROTENAS TRANSPORTADORASIMPULSADAS POR ATP. ESTAS SON: BOMBAS CLASE P, BOMBASCLASE V, BOMBAS CLASE F Y LA SUPERFAMILIA ABC. LAS TRES

PRIMERAS TRANSPORTAN SOLO IONES, MIENTRAS QUE LOSMIEMBROS DE LA SUPERFAMILIA ABC TRANSPORTAN

PRINCIALMENTE MOLCULAS PEQUEAS.

LAS BOMBAS INICAS IMPULSADAS POR ATP GENERAN


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1) LA COMPOSICIN INICA DEL CITOSOLDIFIERE SIGNIFICATIVAMENTE DE LA DELLQUIDO EXTRACELULAR CIRCUNDANTE

2) EL pH CITOSLICO SE MANTIENE CERCA DE7,2 SIN IMPORTAR EL pH EXTRACELULAR

3) LA CONCENTRACIN CITOSLICA DE K+

ESDE 20 A 40 VECES MAYOR EN LAS CLULASQUE EN LA SANGRE; MIENTRAS QUE LA DELNa+ ES DE 8 A 12 VECES MENOR

4) LA CONCENTRACION CITOSLICA DE K+ ESMUCHO MAYOR QUE LA DEL Na+

5) LA CONCENTRACIN CITOSLICA DE Ca2+SUELE SER MIL O MS VECES MENOR

6) PARA MANTENER LOS GRADIANTES INICOSDE LAS MEMBRANAS, LAS CELULAS PUEDENGASTAR HASTA UN 50 % DEL ATP, TAL COMO

SUCEDE EN LOS ERITROCITOS HUMANOS

LAS BOMBAS INICAS IMPULSADAS POR ATP GENERANLOS GRADIENTES INICOS A TRAVS DE LASMEMBRANAS CELULARES Y LOS MANTIENEN

BOMBAS CLASE P


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BOMBAS CLASE PUBICACIN DE LAS BOMBAS:1) Membranas plasmtica de plantas, hongo,

bacterias (bombas de H+)2) Membrana plasmtica de eucariontes superiores(bomba de Na+/K+)3) Membrana plasmtica apical de estmago demamferos (bombas de H+/K+)

4) Membrana plasmtica de todas las clulaseucarionte (bomba de Ca+)5) Membrana del retculo zarcoplasmtico enclulas musculares (bomba de Ca+)

ESTRUCTURA:

- Subunidades

catalticas(con sitios de unin para iones, ATP y fosforilacin)- Subunidad (reguladora del transporte)

FUNCIN:- Bombeo de iones Na+, H+y Ca+ hacia la cara exoplasmtica- Bombeo de iones K+ hacia la cara citoslica

ESTRUCTURA DE LA


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que atraviesan la membrana.b) Modelo hipottico de la bomba en estado E2. Ntese las diferencias con

el estado E1, en cuanto a las conformaciones de los dominios de unin anucletido y actuador; estos cambios probablemente impulsen los cambiosconformacionales de las hlices que atraviesan la membrana (verde) queconstituyen los sitios de unin al Ca2+, convirtindolos desde uno donde lossitios de unin al Ca2+ son accesibles a la cara citoslica (E1) a otro dondeson accesibles a la cara exoplasmtica (E2).

SUBUNIDAD CATALTICA DELA Ca2+-ATPasa MUSCULAR:a) Existen 10 hlices transmembranas, 4 de las cuales

(verde) contienen residuos queparticipan en la fijacin del Ca2+.Los segmentos citoslicosforman tres dominios: el dominiode unin a nucletidos (naranja)

el dominio de fosforilacin(amarillo) y el dominio actuador(rosa) que conecta las dos hlice

MODELO DEL MECANISMO DE ACCIN DE LA Ca2+-ATPasa


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MODELO DEL MECANISMO DE ACCIN DE LA Ca ATPasaEN LA MEMBRANA DEL RETCULO SARCOPLASMTICO DE

LAS CLULAS DEL MUSCULO ESQUELTICO

LA Ca2+-ATPasa DE LOS MUSCULOS BOMBEA IONES DESDEEL CITOSOL HACIA EL INTERIOR DEL RETCULO

SARCOPLASMTICO

MODELO DEL MECANISMO DE ACCIN DE LA


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MODELO DEL MECANISMO DE ACCIN DE LANa+/K+-ATPasa EN LA MEMBRANA PLASMATICA

BOMBAS CLASES V y F


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BOMBAS CLASES V y FUBICACIN DE LAS BOMBAS V1) Membranas vacuolares en plantas,levaduras y otros hongos

2) Membrana lisosmica y endosmica declulas animales3) Membrana plasmtica de osteoclastos yalgunas clulas tubulares de rinUBICACIN DE LAS BOMBAS F1) Membrana plasmtica bacteriana

2) Membrana mitocontrial interna3) Membrana tilacoidal de claroplastosESTRUCTURAS- Las bombas inicas de clases V y F son similares entre s, pero no estn emparentadas con

la clase P. Estas contienen varias subunidades citoslica (dominio hidrfilo V1 y F1,respectivamente) y transmembranas diferentes (dominios transmembrana Vo y Fo)

- Todas las bombas V y F conocidas transportan solo protones, en un proceso que no involucrauna fosfoprotena intermediaria.FUNCIN- La bomba clase V mantienen el pH bajo de las vacuolas, lisosomas y otras vesculas en las

clulas al bombear protones desde la cara citoslica a la exoplasmtica de la membrana encontra de un gradiente electroqumico de protones (iones H+)

- Las bombas clase F (ATP sintetasas) sintetizan ATP a costa del movimiento de protonesdesde la cara exoplasmtica hacia la citoslica.

AS H+-ATPasas DE CLASE V BOMBEAN PROTONES A TRAV


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AS H ATPasas DE CLASE V BOMBEAN PROTONES A TRAVDE LAS MEMBRANAS LISOSMICAS Y VACUOLARES

EFECTO DEL BOMBEO DE PROTONES POR

LAS BOMBAS DE IONES DE CLASE VSOBRE LOS GRADIENTES DECONCENTRACIN DE HIDRGENO Y LOSGRADIENTES DE POTENCIAL ELCTRICOA TRAVS DE LAS MEMBRANASCELULARES.

a) Si un orgnulo intracelular solo contienebombas de clase, el bombeo de protonesgenera un potencial electrizo a travs de lasmembranas, positivo del lado luminal, perosin cambio significativo en el pH intraluminal.b) Si la membrana del orgnulo tambincontiene canales Cl-, los aniones siguenpasivamente a los protones bombeados y seproduce una acumulacin de iones H+ (pHluminal bajo) pero no de potencial elctrico atravs de la membrana.

MODELO DE LA

La porcin F0 est constituida por tres tiposde protenas: 1 copia de a 2 copias de b y


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MODELO DE LAESTRUCTURA Y FUNCINDE LA ATP SINTETASA

DE LA MEMBRANA

PLASMTICABACTERIANA

de protenas: 1 copia de a, 2 copias de b, yalrededor de 10 copias de c, dispuesta en unanillo en el plano de la membrana. Doshemicanales de protones (I y II) se sitan enla interfase entre la subunidad ay el anillo c.La porcin F1 contiene tres copias de cadauna de las subunidades y que forman elhexmero apoyado encima de la subunidad individual con forma de bastn, que estainsertada en el anillo cde F0. La subunidad

est rgidamente adherida a la subunidad ytambin a varias de las subunidades c. Lasubunidad conecta permanentemente una delas subunidades en el complejo F1 a lasubunidad b del F0. De esta manera lassubunidades ay b del F0y la subunidad del

F1y el hexmero ( )3 forman una estructurargida anclada en la membrana.Durante el flujo de protones, el anillo cylas subunidades adheridas y de F1 rotancomo una unidad y provocan los cambiosconformacionales en las subunidades de

F1 que conducen a la sntesis de ATP

LA SUPERFAMILIA ABC


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UBICACIN Y FUNCIN1) Membranas plasmtica bacteriana (transportadores deaminocidos, azucares, y ppticos)2) Membrana plasmtica de mamferos (transportadoresde lpidos, frmacos lipfilos pequeos, colesterol yotras molculas pequeas)ESTRUCTURA Y PRINCIPALES CARACTERSTICAS- Consisten en cuatro dominios: dos dominios

transmembranas (T), que encierran una cmara ocorredor a travs del cual las molculas transportadascruzan la membrana, y dos dominios (A) citoslicosfijadores del ATP.

- Las permeasas bacterianas son protena ABC queintroducen diversos nutrientes desde el medio

ambiente. Cada una de ellas son especficas de un nicosustrato o grupo de sustrato que pueden ser: iones,azcares, aminocido, fosfolpidos, ppticos,polisacridos o incluso protenas

- Se conocen alrededor de 50 bombas ABC de molculaspequeas en mamferos

LA SUPERFAMILIA ABC

LAS PROTENAS ABC QUE TRANSPORTAN SUSTRATOS


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QSOLUBLES EN LPIDOS PODRIAN OPERAR POR UN

MECANISMO DE FLIPASASMODELO DE FLIPASA DEL TRANSPORTE

MEDIANTE MDR1 Y PROTENAS ABCSIMILARESPaso 1: La porcin hidrfoba (negro) de unamolcula del sustrato se mueveespontneamente desde el citosol, mientrasque el extremo cargo (rojo) permanece en elcitosol.Paso 2: El sustrato e difunde lateralmentehasta encontrar y fijarse a un sitio sobre laprotena MDR1 dentro de la bicapa.Paso 3: la protena luego traspasa lamolcula cargada del sustrato hacia elinterior de la hojuela exoplasmtica en una

reaccin acoplada con hidrlisis de ATP porel dominio citoslico.Paso 4 y 5: Una vez en la caraexoplasmtica, el sustrato nuevamentepuede difundirse lateralmente en lamembrana y por ltimo moverse hacia lafase acuosa en el exterior de la clula.


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UNIPORTADORES,SIMPORTADORES YANTIPORTADORES

TRANSPORTE POR DIFUSIN FACILITADA


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TRANSPORTE POR DIFUSIN FACILITADA(UNIPORTADOR GLUT1)

MODELO DE TRANSPORTE UNIPORTE MEDIANTE GLUT1: En unaconformacin, los sitios fijadores de glucosa se orientan hacia afuera; en la otra,hacia adentro.

1 y 2) La fijacin de la glucosa al sitio orientado hacia afuera, desencadena uncambio conformacional en el transportador que orienta el sitio de fijacin hacia elinterior del citosol.3) La glucosa es liberada hacia el interior de la clula.4) Por ltimo, el transportador sufre un cambio conformacional inverso, regenerandoel sitio de fijacin orientado hacia afuera.

La glucosa, una vez dentro, es fosforilada para evitar la reaccin inversa

CARACTERISTICAS QUE DISTINGUEN EL


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CARACTERISTICAS QUE DISTINGUEN ELTRANSPORTE DIFUSIN FACILITADA

(UNIPORTADOR GLUT1)

1) La velocidad de difusin facilitada por losuniportadores es mucho ms alta que ladifusin pasiva a travs de una capafosfolipdica2) El transporte ocurre a travs de un nmerolimitado de molculas uniportadoras, en lugarde por la bicapa fosfolipdica. En consecuenciahay una velocidad de transporte mxima Vmxque se logra cuando el gradiente deconcentracin a travs de la membrana es muygrande y cada uniportador est trabajando asu mxima velocidad.3) El transporte es especfico para unamolcula o un nico grupo de molculasestrechamente relacionadas.

Safuera+ GLUT1 Safuera GLUT1 Sadentro + GLUT1

Km Vmx

LOS SIMPORTADORES LIGADOS AL Na+ TRANSPORTAN


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MODELO DE TRANSPORTE PARA SIMPORTADOR DE 2 Na+/1GLUCOSA:La unin simultanea de Na+y glucosa a la conformacin con los sitios deunin orientados hacia afuera En una conformacin, los sitios fijadores deglucosa se orientan hacia fuera (paso 1) genera una segunda conformacincon sitios orientados hacia adentro (paso 2). La disociacin del ion Na+y dela glucosa hacia el interior del citosol (paso 3) le permite a la protenavolver a su conformacin original orientada hacia fuera (paso 4) lista para

transportar sustratos adicionales.

AMIOCIDOS Y GLUCOSA HACIA EL INTERIOR DE LASCLULAS ANIMALES EN CONTRA DE GRADIENTES ALTOS

DE CONCENTRACIN

EL ANTIPORTADOR LIGADO AL Na+ EXPORTA


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UN AUMENTO DE LA CONCENTRACIN

CITOSLICA DE Ca2+

, EN LAS CLULASMUSCULARES DESENCADENA LA CONTRACCIN.EL ANTIPORTADOR Na+/Ca2+ AL DISMINUIR EL Ca2+

CITOSLICO, REDUCE LA FUERZA DE LA

CONTRACCIN DEL MSCULO

EL ANTIPORTADOR LIGADO AL Na EXPORTACa2+ DESDE LAS CLULAS DEL MSCULOCARDIACO PARA MANTENER BAJA LA

CONCENTRACIN DE Ca2+ EN EL CITOSOL

3Na+

afuera+ Ca2+

adentro

3Na+

adentro+ Ca2+

afuera

VARIOS ANTIPORTADORES REGULAN EL


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ACTIVIDAD DE LAS PROTENASTRANSPORTADORAS DE LAMEMBRANA QUE REGULA pHCITOSLICO DE LAS CLULASDE LOS MAMIFEROS CAMBIA

CON EL pH.LA DIRECCIN DEL TRANSPORTEDE IONES SE INDICA ARRIBADE LA CURVA PARA CADAPROTENA.

VARIOS ANTIPORTADORES REGULAN ELpH CITOSLICO

HCO3- CO2 + OH-Cl-medio > Cl-citosolIncrementa pH

NUMEROSAS PROTENAS TRANSPORTADORAS


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NUMEROSAS PROTENAS TRANSPORTADORASPERMITEN QUE LAS VACUOLAS VEGETALES

ACUMULEN METABOLITOS E IONESCONCENTRACIN DE IONES Y SACAROSAPOR LA VACUOLA VEGETAL.La membrana vacuolar contiene dos tipos debombas de protones (naranja): una H+-ATPasa de clase V (izquierda) y una bombade protones de hidrlisis de pirofosfato

(derecha) que difiere de todas las otrasprotenas transportadoras de iones yprobablemente exclusiva de las plantas.Estas bombas generan un pH luminal bajo aligual que un potencial elctrico internopositivo a travs de la membrana vacuolardebido al bombeo de iones H+ hacia adentro.

El potencial interno positivo impulsa elmovimiento de Cl- y NO3- desde el citosol atravs de protenas canal distintas (violeta).Los antiportadores de protones (verde),impulsados por el gradiente de H+ acumulanNa+, Ca2+ y sacarosa dentro de la vacuola.


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CANALES INICOS

NO REGULADOS YPOTENCIAL DE

MEMBRANA ENREPOSO

EL MOVIMIENTO SELECTIVO DE IONES CREA UNADIFERENCIA DE POTENCIAL ELECTRICO


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DIFERENCIA DE POTENCIAL ELECTRICOTRANSMEMBRANA

a) Un sistema experimental en el cual una membrana separa unasolucin de 150 mM de NaCl/15 mM de KCl, en el lado derecho, deuna 15 mM NaCl/150 mM de KCl en el lado derecho. Como lamembrana es impermeable a todo tipo de iones, ninguno fluir atravs de ella y no se generara potencial elctricob) Un sistema experimental que contiene canales proteicos quepermiten el paso de iones Na+, pero que excluyen los iones K+y Cl.Los iones Na+ tiende a moverse a favor de su gradiente deconcentracin (de derecha a izquierda), generando excesos de

iones Na+

y Cl-

en los lados izquierdo y derecho de la membrana,respectivamente. Dado que la cargas positivas y negativas seatraen, los excesos de iones Na+y Cl- permanecen muy prximosa ambos lados de la membrana. La separacin de cargas a travsde la membrana constituye el potencial elctrico. Dicha potencialelctrico primero se incrementa a medida que pasan ms ionesNa+ a travs de la membrana; pero luego este alcanza unequilibrio dado por la repulsin mutua entre el exceso de cargaspositivas (Na+) y negativa (Cl-) a ambos lados de la membrana.En tales membranas el potencial elctrico en equilibrio se calcula:

donde R= Constante de gases, T=temperatura, Z= carga o valencia, F= constante de Faraday,

y Naly Nar, son las concentraciones de Na+

del ladoizquierdo y derecho de la membrana.

r

l

NaNa

Na

ZF

RTE ln

EL POTENCIAL ELECTRICO DE MEMBRANA EN LASCLULAS ANIMALES DEPENDE EN GRAN MEDIDA


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CLULAS ANIMALES DEPENDE EN GRAN MEDIDADE LOS CANALES DE K+ EN REPOSO

c) Las membranas plasmticas de las clulas animales contienenmuchos canales de K+, pero pocos canales de Na+, Cl-y Ca2+abiertos; de manera que el mayor movimiento inico es el delK+ desde el interior hacia el exterior, impulsado por el gradientede concentracin de K+, dejando as un exceso de carga negativa

y positiva en el interior y exterior de la membrana,respectivamente. En tal caso el potencia elctrico en equilibrio semide como sigue:

donde R= Constante de gases, T= temperatura,Z= carga o valencia, F= constante de Faraday, y Kly Kr, son lasconcentraciones de K+ del lado izquierdo y derecho de lamembrana.

r

l

K

K

K

ZF

RTE ln

SE PUEDE MEDIR ELPOTENCIAL ELCTRICO

EN REPOSO DE A TRAVSDE LA MEMBRANAPLASMTICA DE LASCLULAS VIVAS USANDOMICROELCTRODOSEK = + 59 mV

ENa = - 59 mVEK/Na = - 70 mV

LOS CANALES I NICOS CONTIENEN UN FILTROSELECTIVO FORMADO A PARTIR DE HLICES


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TRANSMEMBRANAS Y SEGMENTOS P CONSERVADOS

1) Los canales inicos son altamente especficos2) Constituidos por 4 subunidades idnticas dispuestas

simtricamente alrededor de un poro central3) Cada subunidad contiene dos hlices (S5 y S6) que

atraviesan la membrana (amarillo) y un segmento P o poro(rosa) situado cerca de la superficie exoplasmtica. En laszonas P del tetrmero se forma el filtro de selectividad del ion

4) La selectividad de los canales de K+, por dicho ion se debe a losoxgenos de los carbonilos del esqueleto de los residuos deglicina ubicados en una secuencia Gly-Tyr-Gly presente en laregin P de todos los canales de K+ conocidos

LA TCNICA DE PINZAMIENTO ZONAL DEMEMBRANA (PATCH CLAMP) PERMITE LA


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( )MEDICIN DE LOS MOVIMIENTOS INICOS A

TRAVS DE CANALES INDIVIDUALES

1) La tcnica de pinzamiento zonal permite a los

investigadores estudiar la apertura, el cierre,la regulacin y la conductancia inica de unnico canal inico

2) Esta tcnica permite estudiar clulas enteraso porciones de membranas aisladas para medirlos efectos de diferentes sustancias y

concentraciones inicas sobre el flujo de iones3) Los trazados obtenidos con los detectoresusados en esta tcnica (abajo) permitenestudiar los canales del Na+ regulados porvoltaje en la membrana plasmtica de lasclulas musculares


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CANALES INICOSREGULADOS Y

PROPAGACIN DEPOTENCIALES DE

ACCIN EN LASCLULAS

POTENCIAL DE ACCI N


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UN POTENCIAL DE ACCIN ESES UNA SRIE DE

VARIACIONES SBITAS EN ELVOLTAJE (DESPOLARIZACIN YREPOLARIZACIN) A TRAVSDE LA MEMBRANA PLASMTICADE UNA NEURONA TPICA

POTENCIAL DE ACCI N

1) Se origina en el cono de inicio deaxn y es conducido hasta las terminalesnerviosas a una velocidad de 100 m/s2) El arribo de un potencial de accin auna terminal del axn conduce a unaapertura de los canales de Ca2+ sensiblesal voltaje y al ingreso de Ca2+ en laclula3) A su vez, el aumento de Ca2+desencadena la fusin de vesculaspequeas que contienen neurotransmisorescon la membrana plasmtica, liberandoestos de esta clula presinptica hacia elespacio que la separa de la clulapostsinptica

SUCESOS QUE OCURREN DURANTE LA


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1) DESPOLARIZACIN

2) PROPAGACIN UNIDIRECCIONAL3) REPOLARIZACIN O RETORNO

AL POTENCIAL DE REPOSO

4) LA MIELINIZACIN INCREMENTA LAVELOCIDAD DE CONDUCCIN DEL

IMPULSO

SUCESOS QUE OCURREN DURANTE LAINDUCCIN Y TRASMISIN DE UN

POTENCIA DE ACCIN EN UNA CLULA

LA MAGNITUD DEL POTENCIAL


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3) Aunque en el caso de los iones Na+, igual se puede generar un gradiente haciael interior de la clula, realmente ocurre poco movimiento de iones Na+ porque

los canales de Na+

estn cerrados (regulados)4) La apertura de canales regulados de Na+ permite la entrada de suficientesiones Na+ como para provocar una inversin del potencial de la membrana(despolarizacin).5) En la membrana plasmtica despolarizada el potencial de membrana es muyprximo al potencial de equilibrio del Na+ dado por la ecuacin de Nernst.

DE ACCIN ES CERCANA AL ENa

1) Como conocemos, el funcionamiento de

las bombas clase P (Na+

/K+

-ATPasa)generan una concentracin alta de K+y unaconcentracin baja de Na+ en el citosol,respecto al medio extracelular2) La alta concentracin de K+ intracelularproduce un gradiente de este hacia el

exterior de la clula a travs de loscanales de K+ no regulados, generando elpotencial de membrana en reposo

LA APERTURA Y CIERRE SECUENCIAL DE LOS CANALES DE Na+ y K+REGULADOS POR VOLTAJE GENERAN POTENCIALES DE ACCIN


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3) Luego se limita el flujo de ingreso de Na+ mediante el movimiento del

segmento inactivador del canal hacia el interior del canal abierto4) Mientras la membrana permanezca despolarizada el segmento que inactiva elcanal permanece en la apertura del canal, durante este periodo refractario, elcanal est inactivo y no puede ser abierto nuevamente5) Una vez, se reestablece el potencial de reposo interno negativo, el segmentoinactivador del canal libera el poro, y el canal retorna al estado cerrado dereposo y esta apto para ser abierto por despolarizacin

REGULADOS POR VOLTAJE GENERAN POTENCIALES DE ACCIN

1) En el estado cerrado, unsegmento de la protena sobre lacara citoslica-la compuerta-obstruye el poro central y evita elpaso de iones2) Una despolarizacin pequea dela membrana desencadena elmovimiento de hlices sensores

de voltajes con carga positiva haciala superficie exoplasmtica, causanun cambio conformacional en lacompuerta que abre el canal ypermite el flujo de iones

LOS POTENCIALES DEACCIN SE PROPAGAN


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1) La propagacin pasiva de ladespolarizacin de la membrana essuficiente para despolarizar unsegmento colindante de la membrana

2) Esto provoca la apertura de canalesdel Na+ regulados por voltaje en

esta regin, lo que aumenta laextensin de la polarizacin yprovoca una apertura explosiva dems canales del Na+ y la generacindel potencial de accin

3) La despolarizacin pronto

desencadena la apertura de canalesdel K+ regulados por voltaje y larestauracin del potencial de reposo

4) De esta manera, el potencial deaccin se propaga como una ondaexpansiva lejos del sitio inicial sin

disminucin

ACCIN SE PROPAGANUNIDIRECCIONALMENTE

SIN DISMINUCIN

TODOS LOS CANALES INICOS REGULADOS PORVOLTAJE TIENEN ESTRUCTURAS SIMILARES


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REPRESENTACIN ESQUEMTICADE LAS ESTRUCTURASSECUNDARIAS DE LOS CANALESDEL Na+Y EL K+ REGULADOS PORVOLTAJE

1) 6 HLICES TRANSMEMBRANA(S1-S6)2) DOMINIOS DE INACTIVACIN

DEL CANAL3) LAS HLICES S5 Y S6 Y EL

SEGMENTO P (PORO) SON

HOMLOGOS EN AMBOSCANALES

VOLTAJE TIENEN ESTRUCTURAS SIMILARES

EL MOVIMIENTO DEL SEGMENTO INACTIVADOR DELCANAL HACIA EL INTERIOR DEL PORO ABIERTO


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MODELO DE ESFERAS Y CADENASPARA LA INACTIVACIN DE LOSCANALES DE K+ REGULADOS PORVOLTAJEVista de corte tridimensional del canal

en estado inactivo. El dominio globular(esfera verde) en la terminal de lasubunidad se ha movido a travs deuna ventana para bloquear el porocentral.Adems de las cuatro subunidades

(naranja) que forman el canal, estasprotenas canal tambin tiene 4unidades reguladoras (azul)

CANAL HACIA EL INTERIOR DEL PORO ABIERTOBLOQUEA EL FLUJO DE IONES

tema 4. biomembranas y sus funciones

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