Transporte a travTransporte a travéés de la s de la membrana celularmembrana celular

ESFUNO Escuelas UTI: Biología Celular y Tisular

Gabriel Fábrica Fabiana Blanco

Depto. BiofísicaFacultad de Medicina

Ana G. Sánchez

- Importancia del estudio de la membrana celular

Objetivo: Estudiar desde el punto de vista biofísico, las funciones de permeación y transporte de materia.

-Funciones de la membrana: - compartimentación- barrera al paso de iones y solutos

polares (azúcares, aa)Para estudiar el pasaje de sustancias a través de la membranacelular, primero debemos expresar el pasaje en forma cuantitativa

Definiciones BásicasFLUJOFLUJO

DENSIDAD DE FLUJODENSIDAD DE FLUJO

Cantidad de sustancia (moles o gramos) que atraviesa una determinada sección perpendicular a la dirección del desplazamiento por unidad de tiempo

J = ∆n∆t

(mmol/seg)

Flujo que atraviesa la sección por unidad de área

m =J

A A . ∆t

∆n= (mmol/seg.cm2)

POTENCIAL ELECTROQUPOTENCIAL ELECTROQUÍÍMICOMICO

EQUILIBRIOEQUILIBRIO

1 2 Solo existirá flujo neto pasivo de 1 a 2 si µ1>µ2, o sea si existe una diferencia de potencial

Tendencia al escape de una sustancia

µ = µo + RT ln C + z F Φ

Comp químico Comp físico

(Julio/mol)

µo= C=1M y Φ= 0R= cte de los gases (julio/grado.mol)T= temp absoluta (ºK)z= carga F= cte de Faraday (carga de un mol de iones monovalentes, 96500 coulomb)

µ1 = µ2 J neto = 01 2

Clasificación de transporte

Difusión simple

Transporte PASIVOTransporte Facilitado

- transportadores- canales

Transporte ACTIVO

Primario

Secundariocotransporte

contratransporte

Transporte PASIVO

Producido por la diferencia de potencial electroquímico de la especie transportada

Incluye: a) Difusión simpleb) Transporte facilitado

a) DIFUSIa) DIFUSIÓÓN SIMPLEN SIMPLE

El desplazamiento de una especie química de donde hay mayor concentración a otra de menor, en términos termodinámicos, produce una liberación de energía libre (pérdida de energía, - ∆G)

∆G = - ln C2C1

Si el gradiente de concentración es cte, la densidad de flujo entre dos puntos será proporcional a la diferencia de concentración (∆C) e inversamente proporcional a la distancia (∆x).

C

x

m = D. C1-C2∆x

J = D. ∆C .A∆x

Ley de Fick

∆C/∆x: gradiente de concentración

D: coeficiente de difusión

Se puede calcular el flujo neto de una sustancia, siendo la sumade flujos unidireccionales

La ley de Fick es aplicable en un medio homogéneo, (D = cte)

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: J = Dm c1- c2 . Aa

a = espesor de membranaA = superficie de la membrana

c1 = k.C1

c2 = k.C2

k = ciCi

Coeficiente de partición (k): razón de concentracionesentre la bicapa y la fase acuosa. Indica cuan fácil se “disuelve” una sustancia química en un hidrocarburo

Para una membrana y un soluto determinados, k, a y Dm son ctes:

P = k . Dm P (permeabilidad de la membrana)a - composición, estructura de membrana

- espesor de membrana- especie química que difunde

Entonces: J = P (C1- C2) A

EN RESUMEN

En la membrana celular, la difusión simple se produce a través de la bicapa lipídica y obedece a la expresión:

J = P (C1 –C2) A

que deriva de la primera ley de Fick.J

∆C

Difunden según esta ecuación sustancias liposolubles. k desempeña un papel importante

Transporte de iones a través de la membranapor difusión simple es despreciable

b) TRANSPORTE FACILITADOb) TRANSPORTE FACILITADO

Permite el transporte PASIVO de iones y sustancias hidrosolubles Se da por sitios específicos: - canales

- transportadores

Los 2 mecanismos no son excluyentes

Un canal con múltiples estados conformacionales puede aproximarse al comportamiento cinético de un transportador

Disminuyen la barrera de energía para que exista un flujo apreciable de moléculas cargas o polares

Transportadores

Estructuras proteicas con uno o más sitios de unión, que exponen alternativamente uno o varios sitios de unión a un lado y otro de la membrana

Mecanismos: encerrar el ión, brindado refugio con cubierta hidrofóbica(ej: antibiótico valinomicina, transporta K+)

transporte mediante cambios conformacionales

Etapas:

1- atrapar ión y despojarlo de las moléculas de hidratación2- cruzar el ión3- liberarlo y rehidratarlo en la otra orilla

Canales

Importancia: participan en diversos procesos celulares (Excitabilidad)

Definición:Son proteínas transmembrana que poseen un poro cuya apertura es controlada por voltaje, ligando, mecánicamente, y permite el flujo de iones a través de la membrana

Presentes en tejidos excitables y no excitables, involucrados en procesos de señalización

Canales:

Na+ y K+: participan en la generación del potencial de acción

Ca++: transmisión de señales. Acoplamiento excitación-contracción

Acetilcolina: placa neuromotora

Flujo por canales y transportadores tiene una cinética de saturación

J = Jmáx .[S]K

[S]

J

J máx

1/2 J máx

K

[A] + [S] [AS]K

K: cte de equilibrioA: sitio de uniónS: ligando

Transporte ACTIVO

Incluye todos los mecanismos de transporte que no son producidos por la diferencia de potencial electroquímico

La energía libre para el transporte puede provenir de procesos metabólicos directamente, o del transporte de otra especie a favor de su gradiente

T Activo

Primario: bomba de Na+/K+, con importantefunción electrogénica

Secundario

Cotransporte (mismo sentido)

Contratransporte

PREGUNTAS

1- Explique las diferencias entre flujo y densidad de flujo.

2- Defina el potencial electroquímico y explique el equilibrio con base en este concepto.

3- Utilizando la expresión matemática de la ley de Fick, justifique el hecho de que los iones NO atraviesan la membrana por el mecanismo de difusión simple.

4- En un recipiente, en un determinado instante se mide la concentración de soluto a diferentes distancias de la pared del recipiente:

-indique el sentido de los flujos a los 6 cm, 3 cm y 9 cm.-a qué estado llegará el sistema luego de un largo período de tiempo?

5- Defina un canal y hable sobre la importancia en la fisiología normal del hombre.

6- Cuál es la importancia en las ciencias biomédicas conocer las funciones, estructuras y mecanismos de los canales?

7- Menciones las diferencias entre los dos mecanismos de transporte activo (cotransporte y contratransporte).