transporte de sustancias a través de las membranas celulares
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Transporte a través delas membranas celulares
Fisiología 2015
difusión simple
no es mediada por transportadora favor de un gradiente electroquímicono requiere energía metabólica(pasiva)
Cuantificación de la Difusión J=PA(-)
J = Velocidad neta de difusión (mmol/s)P = Permeabilidad (cm/s)
A = Superficie de difusión (cm2)C1 = Concentración en la solución A (mmol/l)C2 = Concentración en la solución B (mmol/l)
Permeabilidad (P)
Facilidad de difusión del
solutoa través de una
membrana
depende de las
características
del soluto y la
membrana
Los factores que aumentan la permeabilidad
• del coeficiente de reparto aceite /agua
• ↓ del radio del soluto
• ↓ del espesor de la membrana
Solutos hidrofóbicos pequeños
(por ejemplo, O2, CO2)
tienen los mayores permeabilidades
en membranas lipídicas
Solutos hidrofílicos (iones, Na +, K +)
a través de canales o
poros lleno de agua
o por medio de
transportadores
ion depende de
la diferencia
de concentraci
ón
y la diferencia
de potencial a través la
membrana
Transporte Mediado por Transportadores:• difusión facilitada, transporte activo
primario y secundario
•Hace diferencia entre isómeros
Estereoespecificidad
•Velocidad con el de la concentración
Saturación
•Solutos estructuralmente afines compiten por los lugares de transporte
Competencia
Difusión FacilitadaA favor de un gradiente electroquímicono requiere energía metabólica (pasivo)más rápida que la difusión simplemediada por transportador• estereoespecificidad, saturación y
competencia
Transporte Activo Primario
contra de un gradiente electroquímicorequiere energía metabólica (ATP), activoportador mediada• estereoespecificidad, saturación y
competencia
Transporte Activo Primario, ejemplos
• Na +, K + -ATPasa– Transporta contra gradiente de
concentración– Energía aportada por ATP– Inhibida por glucósidos cardiacos
ouabaina y digitalicos
Transporte Activo Primario
• Ca +, ATPasa (bomba de calcio)–Ubicada en el retículo sarcoplásmico,
endoplasmico y mb celulares
Transporte Activo Primario
• Celulas parietales gástricas• Transporta H+ a la luz del
estomago• Contra el gradiente
electroquímico• Inhibida por los inhibidores
de la bomba de protones como el Omeprazol
H+, K+-ATPasa (bomba de protones)
Transporte de 2 o mas solutos, acoplado
Soluto a favor de gradiente de
concentración
Produce energia
solutos en contra del gradiente de concentración
Transporte Activo Secundario
Transporte Activo Secundario
Energía es provista por la diferencia en el gradiente de concentración
• Cotransporte o simporte• glucosa• 2Cl
Solutos transportados en el mismo sentido
• Contratransporte, intercambio o antiporte• • -
Solutos en sentidos opuestos
Ósmosis Osmolaridad
• es la concentración de partículas osmóticamente activas en una solución.
• es una propiedad coligativa que se puede medir mediante la depresión del punto de congelación
Ósmosis Osmolaridad
Osmolaridad = g x COsmolaridad = concentración de partículas (OSM / L)g = número de partículas en solución (OSM / mol)• [por ejemplo, gr. NaCl = 2; gr. glucosa = 1]
C = concentración (mol / L)
Ósmosis Osmolaridad• soluciones con misma osmolaridad,
isosmótica
• soluciones con diferente osmolaridad– solución con la osmolaridad superior,
hiperosmotica
– solución con la osmolaridad inferior, hiposmótica
Ósmosis Osmolaridad• Ejemplo de cálculo: ¿Cuál es la osmolaridad de
una solución 1 M de NaCl?
• Numero de partículas en la solución(Osm/mol) en un mol de = 2
• Osmolaridad– = g x c
– = 2 osm/mol x 1 M
– = 2osm/L
Osmosis y Presión osmótica
• La ósmosis es el flujo de agua a través de una membrana semipermeable por una diferencia en la concentración de solutos
• Ley de van’t Hoff• depende de la concentración de partículas
osmóticamente activas
Calculo de la Presión osmotica
• π = Presión osmótica (atm o mmHg)• g = Número de partículas por mol en
solución (Osm/mol)• C = Concentración (mmol/l)• σ = Coeficiente de reflexión (varía de 0 a 1)• R = Constante de los gases (0,082 l –
atm/mol – K)• T = Temperatura absoluta (K)
π=g C σ R T
porque la concentración de partículas es mayor
1 M de KCl
tiene una mayor presión osmótica
1 M de CaCl2
• mayor será el flujo de agua en él.
Cuanto mayor sea la presión osmótica de una solución,
La presión osmótica aumenta cuando la concentración de
soluto aumenta
De acuerdo a su Presion osmotica
Isotónicas
Hipertónicas
Hipotónicas
• es la presión osmótica creada por proteínas (por ejemplo, proteínas plasmáticas).
La presión coloidosmótica, o la presión oncótica
Coeficiente de reflexión (σ)
es un número entre cero y uno que describe la facilidad con la que un soluto atraviesa una membrana
• coeficiente de reflexión es uno– soluto no pasa por la mb., es impermeable
– soluto es retenido en la solución original
– se crea una presión osmótica, y provoca flujo de agua
– Ejemplo la albúmina sérica (un gran soluto)
• coeficiente de reflexión es igual a cero– soluto es completamente permeable
– no ejercer efecto osmótico
– no causa flujo de agua
– Ejemplo: Urea (un pequeño soluto) un osmol ineficaz
Calculo de la presión osmotica efectiva
Ley de van’t Hoff por Coeficiente de reflexión (σ)• π=g C σ R T por σ
Si el coeficiente de reflexión es uno, • el soluto se ejerce la máxima presión osmótica
eficaz.Si el coeficiente de reflexión es cero, • el soluto se ejerce ninguna presión osmótica.
Potenciales de difusión, potencial de membrana en
reposopotencial de acción
• Canales Iónicos– son proteínas integrales
– abarcan el espesor de la membrana
– cuando están abiertos, permiten el paso de iones
Los canales iónicos son selectivos• La selectividad se basa• tamaño del canal • distribución de las cargas eléctricas
• canal pequeño con cargas negativas
• canal pequeño con cargas positivas
Los canales iónicos pueden estar abiertos o cerrados
• probabilidad de que el canal este abierto
Conductancia o permeabilidad
• es controlada por compuertas
Apertura y cierre de canales
Canales dependientes de voltaje • se abren o se cierran por los cambios en el
potencial de membrana.canal de Na + se abre por la despolarizacióncanal de Na + se cierra por la repolarización
canales activados por ligando se activan
Despolariza la placa motora
permeable a Na + y K +
Se abre el canal ionico
la acetilcolina (ACh) se unen receptor nicotínico
X hormonas, segundos mensajeros, neurotransmisores
Potenciales de Difusión y de Equilibrio
Potencial de difusión• es la diferencia de potencial generada • a través de una membrana • a causa de una diferencia de concentración de
un ion.Características• la membrana tiene que ser permeable al ion.• Su valor depende del tamaño del gradiente de
concentración.• El signo depende de si el ion tiene carga +/-• no causan variaciones en la [ ] de los iones
que se difunden
El potencial de equilibrio
diferencia de potencial que equilibra exactamentela tendencia de la difusión
por una diferencia de concentraciónlas fuerzas químicas y de conducción eléctricason iguales y opuestas
• Cargas iguales se repelen
• La carga + del Na+ en la solución 2, va a repeler el paso del Na+ a pesar de la diferencia de [ ]
La ecuación de Nernst
A que potencial el ion estaría en equilibrio electroquímico
de un ion permeable a través de una membrana celular.
a una diferencia de concentración dada
calcula el potencial de equilibrio
Valores aproximados de los potenciales de equilibrio en el nervio y musculo
• E Na+=+65 mv
• E Ca2+=+120 mv
• E K+=−85 mv
• E Cl−=−90 mv
Fuerza Impulsora y Flujo de corriente
La fuerza impulsora de un ion
es la diferencia entreel potencial
real de membrana
(Em)
y el equilibrio del potencial
iónico
El flujo de corriente
se produce si hay una fuerza que impulsa al ion
y la membrana es permeable al ion.
Potencial de Membrana en Reposo
significa que hay 70 mV negativos en la célula
un potencial de membrana en reposo de -70 mV
intracelular en relación con el extracelular
se expresa como la diferencia de potencial
El potencial de membrana en reposo
• se establece por los potenciales de
difusión
• que resultan de las de [ ] de los
iones permeables
Cada ion permeable • intenta llevar el potencial de membrana
• hacia su potencial de equilibrioA mayor permeabilidad
• > contribución en el potencial de reposo
Potenciales de acción
La despolarización • hace el interior de la célula menos negativo.
La hiperpolarización • hace el interior de la célula más negativo.
La corriente de entrada • es el flujo de carga positiva que entra a la célula, • despolariza el potencial de membrana.
La corriente de salida • es el flujo de carga positiva que sale de la célula. • hiperpolariza el potencial de membrana.
Potencial de acciónes una propiedad de las células
excitableses decir, nervio, músculo
consta de una despolarización rápidarepolarización del potencial de
membranatamaño y la forma estereotipada
son de propagaciónson todo o nada
• Umbral – es el potencial de membrana al que la
despolarización es inevitable.
• Umbral– corriente de entrada neta se hace
mayor que la corriente de salida neta
despolarización se hace autosostenible fase de ascenso del potencial de acción. Si la corriente de entrada neta
es menor que la corriente de salida netano se producirá ningún potencial de acciónes decir, la respuesta de todo o nada.
potencial de membrana en reposo
es de aproximadamente -90 mV
resultado de la alta permeabilidad en reposo al K +
el potencial de membrana es impulsado hacia el potencial de equilibrio K +
En reposo, los canales de Na + están cerrados
Fase de ascenso del potencial de acción
La permeabilidad al Na + se hace mayor que la permeabilidad al K +
apertura de los canales de Na +
La despolarización provoca
hasta el umbral
La corriente de entrada despolariza el potencial de membrana
Fase de ascenso del potencial de acción
suprimen los potenciales de acción.
La Tetrodotoxina (TTX) y Lidocaína bloquean los canales de Na +
cuando el potencial de membrana es positivo.
El rebasamiento es la breve parte en el pico del potencial de acción
potencial de membrana se desplaza hacia el equilibrio del Na+ 65 mV
Repolarización
La despolarización cierra(lentamente) las compuertas de desactivación de los canales de Na+su permeabilidad vuelve acercarse a cero
Abre lentamente los canales de K+ y aumenta la permeabilidad del K+ a niveles mas altos que los del reposoLa corriente de salida de K+ causa la repolarización
Periodo refractario absolutoes el período durante el cual no puede provocarse otro PAsin importar cuán grande es el estímulo.
coincide con casi toda la duración del potencial de acción.Los canales de Na+ no se pueden inactivar
No ocurre nuevo PA hasta que se abran las compuertas de inactivación del Na+
Periodo refractario relativo
comienza al final del período refractario absoluto
continúa hasta que el potencial de membrana regresa al reposo
potencial de acción puede ser obtenido
sólo si es mayor de lo habitual
La velocidad de conductancia aumenta x
• el diámetro de la fibra
• Mielinización, – aumenta la velocidad de conducción
– Produce conducción saltatoria
– porque los PA solo se generan en los nódulos de Ranvier
Transmisión neuromuscular y sináptica
• Potencial de acción• Despolarización neurona presináptica• Ca+ entra en la terminación presináptica provoca• Liberación de neurotransmisor en la hendidura
por exocitosis• Unión del NT a los receptores nicotínicos en la mb
posináptica• Apertura de los canales iónicos Na+, K+• Cambio en el potencial de mb hasta valor medio
potenciales de equilibrio de na+, k+; 0 mV• Potenciales de placa terminal • Despolarización y potenciales de acción que
producen• Contracción muscular
Características generales de las sinapsis químicas
Transmisión neuromuscular y sináptica
Degradación de la ACh
• Acetilcolinesterasa degrada Ach en • Acetil-CoA y colina• Colina por cotransporte Na+-colina regresa neurona presináptica• Neostigmina inhibidor de la acetilcolinesterasa bloquea degradación de
ACh, PPT• Hemicolinio bloquea la recaptación de colina
• NT inhibidor hiperpolarizan mb postsináptico
• NT excitador despolariza la mb postsináptico
Miastenia GraveAnticuerpos contra el receptor de AchDebilidad y fatiga del musculo esqueléticoPor disminución de los receptores de AChPPT son menoresTx con Neostigmina, prolonga la acción ACh
Unión Neuromuscular
Acetilcolina
se forma de:
acetil-coenzima A
(CoA) y
colina
en la terminación presináptica
catalizada por colina
acetiltransferasa
ACh
se almacena en
vesículas sinápticas con
ATP y proteoglicano
s
Transmisión Sináptica
• Tipos de configuración– De una célula con una célula• Neurona motora a célula muscular
– De varias celulas con una sola célula• Motoneuronas espinales
• Impulso excitador o inhibidor
Potenciales excitatorios postsinápticos (PEPS)
despolarizan la célula postsinápticacausados por apertura de canales Na + y K +hacia equilibrio Na+, K+ (o mV)
Neurotransmisores excitadores • ACh, norepinefrina, epinefrina, dopamina,
glutamato y la serotonina.
Potenciales postsinápticos inhibitorios (IPSP)
hiperpolarizan la célula postsinápticacausados por la apertura de los canales de Cl-potencial de membrana hacia el equilibrio Cl- (-90 mV)neurotransmisores inhibitorios• Acido γ- aminobutírico (GABA) y la glicina
Sumatoria Sináptica
• 2 impulsos llegan al mismo tiempo
• > despolarización
Sumatoria espacial
• 2 impulsos llegan uno tras otro• Se suman de manera escalonada
Sumatoria temporal
Neurotransmisores• ACh• Norepinefrina, epinefrina y dopamina• Serotonina• Histamina• Glutamato• GABA• Glicina• Oxido nítrico (NO)
Norepinefrina
Liberado por las neuronas simpáticas posganglionares
Sintetizado en la terminación nerviosa
liberado en la sinapsis para unirse a receptores mb postsináptica
Se elimina por la recaptación
Metabolizado en terminal presináptica• por monoamino oxidasa (MAO) y• catecol-O metiltransferasa (COMT).
Los metabolitos son:• (a) ácido 3,4-Dihidroximandelico
(DOMA)• (b) Normetanefrina (NMN)• (c) 3-metoxi-4-hidroxifenilglicol
(MOPEG)• (d) 3-metoxi-4-hidroximandélico o ácido
vanililmandélico (VMA)feocromocitoma, • aumenta la excreción urinaria de VMA.
Epinefrina
se sintetiza a partir de norepinefrinaen la medula suprarrenal
se transfiere un grupo metilo
de la norepinefrina a la S-adenosilmetionina
La dopaminaPredomina en las neuronas del mesencéfalo
Se libera del hipotálamo
Inhibe la secreción de prolactina• factor de inhibidores de prolactina (PIF)
Metabolizada por la MAO y COMT.
Enfermedad de Parkinson• degeneración de las neuronas dopaminérgicas
Esquizofrenia • Aumentan los receptores dopaminérgicos
La serotonina
altas concentraciones en el tallo encefálico
formada a partir de triptófano
se convierte en melatonina en la glándula pineal
• formada a partir de histidina• presente en las neuronas del
hipotálamo.
Histamina
• neurotransmisor excitatorio prevalente en el cerebro
• cuatro subtipos de receptores de glutamato
Glutamato
GABA• neurotransmisor inhibidor• sintetizado a partir de glutamato • por glutamato descarboxilasa
dos tipos de receptores:• GABAA
• aumenta la conductancia de Cl- • sitio de acción de las benzodiazepinas
y barbitúricos• GABAB
• aumenta la conductancia de K +
•neurotransmisor inhibitorio
•médula espinal y tallo encefálico
•aumenta permeabilidad del Cl-
glicina
• neurotransmisor inhibidor de acción corta• tracto gastrointestinal• vasos sanguíneos• sistema nervioso central
• sintetizado en las terminales nerviosas presinápticas
óxido nítrico (NO)
•convierte arginina a citrulina y NONO sintetasa
•desde n. presináptica a célula dianagas difunde
•en variedad de tejidos, •incluyendo el músculo liso
vasculartransducción de
señales
Musculo Esquelético• fibra musculares multinucleadas• funciona como una sola unidad• Haces de miofibrillas– rodeados de RS– invaginados por túbulos transversales
(T túbulos)– Filamentos gruesos y delgados• Forman sarcómeras• Sarcómera va de línea z a línea z
Músculo esquelético: características• Banda A: filamentos de miosina solapados con los de actina• Banda I: filamentos de actina que parten del disco Z• Banda H: filamentos de miosina sin solapamiento con los de actinaCaracterísticas fibra (célula) muscular:- Membrana plasmática = sarcolema- Multinucleada- Retículo endoplásmico muy desarrollado (= sarcoplásmico)- Gran cantidad de mitocondrias
filamentos gruesos
presentes en la banda A en el centro del sarcómerocontienen miosina• dos "cabezas" conectados a una única “cola”
cabezas de miosina• fijan ATP y actina• forman puentes cruzados
filamentos delgados
Anclados en las líneas Z
Presentes en las bandas ISe entrelazan con filamentos gruesos en banda AContienen actina, tropomiosina y troponina
filamentos delgados
Troponina• Proteína reguladora• forma puentes cruzados cuando se une al
Ca2 +Es un complejo de tres proteínas globulares:• T- une el complejo de troponina a la
tropomiosina.• I- inhibe la interacción de la actina y la
miosina.• C- unida al Ca2+permite la interacción de
la actina y la miosina.
Túbulos T
red tubular
abierta al espacio extracelularconducen la despolarización al interior de la céluladespolarización cambia receptor de dihidropiridina
Retículo SarcoplásmicoAlmacena y libera Ca2 +
Para excitación-contracción
Cisternas terminales en contacto íntimo con los túbulos TCa2 + -ATPasa mantiene [Ca2 +] intracelular bajoCanal de liberación de Ca2 +, receptor de rianodina
Etapas del Acoplamiento Excitación-Contracción
En El Músculo Esquelético
Potenciales de acción
Despolarización de los túbulos T
Cambio del receptor dihidropiridínicoApertura de los canales de liberación de Ca2+ en RSLiberación Ca2+ intracelular
Ca2+ se une a troponina CTropomiosina se aleja de los sitos de unión a la actina
Ciclo de formación de puentes cruzados
Miosina unida a la actina( no hay ATP)ATP se une a la miosina y se libera de la actinaMiosina se desplaza al extremo +Hidrólisis ATP, ADP permanece unido a la miosinaSe libera ADP, devuelve la miosina a estado rigido
Contracción muscular
• = Disminución en la . longitud de las fibras individuales. • Disminución en la distancia entre los discos Z sin acortamiento de las bandas A.• Las bandas I disminuyen de longitud. • La disminución de longitud del sarcómero se debe al deslizamiento de los filamentos finos sobre y entre los filamentos gruesos.
Contracción muscular
Relajación
Ca+ ATPasa del RS capta el Ca2+
Disminuye Ca+ intracelular
Se libera Ca2+ de la troponina C
Tropomiosina vuelve a bloquear unión miosina-actina
Rigor mortis: sin el ATP producido por el metabolismo celular, el ADP queda unido a la cabeza de miosina, y ésta queda “enganchada” a la actina.
Contracción muscular
Mecanismo de la tetania
Estimulación reiterada
Hace que se libere mas Ca2+ del RS
Aumento acumulativo de Ca2+ intracelular
Prolonga tiempo para formación de puentes cruzados
Musculo no se relaja
• longitud se mantiene constante
• se mide la tensión desarrollada
contracciones isométricas
contracciones isotónicas•carga se mantiene constante
•Se mide el acortamiento
Tipos de Musculo Liso
filamentos gruesos y delgadosno están dispuestos en sarcómerasaparecen homogénea en lugar de estriado
Musculo Liso Multiunitario
Irismúsculo ciliar del cristalinoconducto deferenteunidades motoras independientesPoco acoplamiento entre celulasDensamente inervado(SNA)
Musculo Liso Unitarioes el tipo más comúnútero, tracto gastrointestinal, uréter y vejigaActividad espontanea tipo marcapasosModulado por hormonas y neurotransmisoresalto grado de acoplamiento eléctrico
contracción coordinada del órgano
Musculo Liso Vascular
tiene propiedades
tanto Multiunitario
y unitario