Clase 3
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- Words: 1,129
- Pages: 53
Somos aproximadamente los dos tercios de agua.
J = -DA ∆C / ∆D
J = VELOCIDAD NETA DE DIFUSIÓN D = COEFICIENTE DE DIFUSION A = SUPERFICIE
Transporte por la membrana celular
• Transporte pasivo o difusión • Transporte Activo
Difusión •Difusión Simple: – A través de la bicapa lipídica: Oxigeno, CO2, Nitrógeno. – Canales proteicos: Aquaporinas, canales de Na, K, Cl, Mg, Ca.
•Difusión Facilitada: – Por transportadores – Glucosa y aminoacidos mediados por la Insulina
Transporte Activo Transporte activo primario Transporte activo secundario
Transporte activo primario • Bomba de Na / K • Bomba de Ca • Bomba de protones
Transporte activo secundario • Cotransporte de glucosa y aminoacidos con los iones de sodio • Contratransporte de iones de calcio e hidrógeno con sodio
IONIC CONCENTRATIONS IN LIVING CELLS
Efecto Donnan X
m
K+ ClProt-
Y K+ Cl-
EfectoDonnan: Situación inicial
Efecto Donnan: En el equilibrio
Si pasa suficiente tiempo, tanto el K como el Cl llegarán al equilibrio. En el equilibrio, los potenciales químicos llegarán a ser cero. Así: Δμ K = RT ln [K]x/[K]y + F(Ex – Ey) =0 Δμ Cl = RT ln [Cl]x/[Cl]y - F(Ex – Ey) =0 Sumando ambas ecuaciones y dividiendo el resultado por RT queda: ln [K]x/[K]y + ln [Cl]x/[Cl]y = 0 ln [K]x/[K]y = - ln [Cl]x/[Cl]y = ln [Cl]y/[Cl]x [K]x/[K]y = [Cl]y/[Cl]x lo que multiplicando cruzado queda:
[K]x [Cl]x = [K]y [Cl]y
Lo anterior es llamado la ecuación de Gibbs-Donnan y es válida para cualquier par de cationes y un anión en equilibrio entre los dos compartimientos.
Características del equilibrio Gibbs-Donnan El lado con los aniones fijos (correspondiente al citosol) tiene: •
Mayor concentración de cationes móviles
•
Menor concentración de aniones móviles
•
Potencial de membrana negativo
• Mayor presión osmótica, (la cual es compensada a fin de que la célula no se hinche y explote por la salida de Na vía la bomba N-K-ATPasa)
FISIOLOGÍA CELULAR EQUILIBRIO IÓNICO
Entender qué significa que un ión esté en equilibrio es la base para comprender los fenómenos bioeléctricos
¿En que dirección va a fluir un ión en forma espontánea? En la situación 1: El Na+ tenderá a difundir de A a B por un Gradiente de Concentración (GC) y por un Gradiente Eléctrico (GE). En la situación 2: El Na+ tenderá a difundir de A a B por un GC y de B a A por un GE.
1
2
El gradiente electroquímico surge de la comparación de estas dos fuerzas
Los fenómenos bioeléctricos son el fundamento de procesos tales como el movimiento, la transmisión de información nerviosa y la secreción glandular
Potencial de reposo • Es la diferencia de potencial eléctrico que se establece entre la cara interna y la externa de la membrana celular. Tiene como sustrato funcional la: • Desigual distribución iónica a ambos lados de la membrana producida y mantenida por: • a) Equilibrio de Gibbs-Donnan • b) Bomba de Na y K • c) Difusión pasiva del K
• La ecuación de Nernst nos dice como debería ser el potencial de membrana para que un ión esté en equilibrio • La ecuación de Nernst nos da un número teórico • Frecuentemente, podemos medir el potencial de membrana • La medición nos da un número real • La comparación del potencial de Nernst con el potencial de membrana real nos dice importantes cosas
-] [Cl RT Ecl = ln e FZCl [Cli ] Donde: Ecl = potencial de equilibrio para el ClR = Constante de los gases T = Temperatura absoluta F = Constante de Faraday (96.500 coulombs por mol de carga) ZCl = Valencia de Cl- (-1) [Cle-] = concentración del Cl- en el exterior de la célula [Cli -] = concentración del Cl- en el interior de la célula
Ion Na+ K+ Cl-
Concentración (mmol/L de H2O Interior Exterior axón agua de mar 50 460 400 10 40 540
Potencial de equilibrio mV +58 -96 -68
Veamos ahora un ejemplo real de cálculo de potencial de membrana mediante una ecuación que establece que el potencial de membrana es un promedio ponderado de los potenciales de equilibrio de todos los iones a los cuales la membrana es permeable. Usaremos los datos del axón de Jibia: Vm = (gK/gt) Ek + (gNa/gt) ENa + (gCl/gt) Ecl gi= es la conductacia de la membrana a un ión en particular. Gt = gK + g Na + gCl Ei = Potencial de Nernst Ek = -96 mV ENa = +58 mV ECl = -68 mV Potencial de reposo calculado = -70 mV
La permeabilidad al agua por difusión es Pf, La permeabilidad al agua por un gradiente osmótico es Pd, Pf / Pd ~ 1, la mayor parte del agua que atraviesa la membrana , lo hace por difusión simple. En eritrocitos, células epiteliales del túbulo proximal renal, Pf / Pd > 1 Indica que el transporte de agua se realiza a través de un poro o canal que facilita el flujo de ésta a través de la membrana.
A inicios de la década de 1990, se informó el hallazgo en eritrocitos de una proteína de 28 kD, organizada en forma de tetrámeros, que fue llamada inicialmente CHIP 28 (Channel-like Integral Protein of 28 KD), permeable selectivamente a agua y que explicaba la elevada permeabilidad a ésta en las membranas.
Introducción • 11 subtipos de acuaporinas –Divididas en 2 subfamilias • 1.-Gliceroacuaporinas (3,7,9) • 2.-Acuaporinas clásicas (0,1,2,4,5,6,8,10)
Muchas enfermedades cuyo origen molecular era desconocido ha empezado a comprenderse mejor, Ej: Enfermedades que son secundarias a mutaciones puntuales en el gen de una AQP, como cataratas congénitas secundarias a la mutación Glu-134-Gly en AQP067 o diabetes insípida nefrogénica secundaria a una mutación en Arg-187 en AQP268, podrían ser objeto de terapia génica en el futuro.
Macromoléculas proteicas intramembranosas que permiten el paso selectivo de iones a su través “Filtro selectivo”
TIPOS • Canales no regulables o de goteo Mantenimiento del potencial de membrana • Canales regulables o activos - Canales dependientes de voltaje - Canales operados por receptor - canales operados por segundos mensajeros - canales regulados por estímulos físicos
En 1986 se publicó la secuencia completa del ADN que codifica un canal de sodio.
*
*
*
*
Para canales Na y Ca
* + Subunidades regulatorias
Mod. Reproduction 129: 251-262, 2005
Elementos de matriz extracelular
Elementos del citoesqueleto
Organizacion de los canales de calcio activados por potencial
Canales de K: homo o hetero tetrámeros
*
*
*
Mod. Reproduction 129: 251-262, 2005
“No todos los canales fueron creados iguales” Canales de Na+ : alrededor de 10 Canales de Ca++ : al menos 10 Canales de K+ : 6TM, 4TM, 2TM….Muuuuchos Canales de Cl-: al menos 9
Pharmacol Rev 57:387-395, 2005
Sci STKE 253: rel 15, pg 1-17, 2004
Sensor de voltaje
Canales iónicos: regulados por ligando
J = -DA ∆C / ∆D
J = VELOCIDAD NETA DE DIFUSIÓN D = COEFICIENTE DE DIFUSION A = SUPERFICIE
Transporte por la membrana celular
• Transporte pasivo o difusión • Transporte Activo
Difusión •Difusión Simple: – A través de la bicapa lipídica: Oxigeno, CO2, Nitrógeno. – Canales proteicos: Aquaporinas, canales de Na, K, Cl, Mg, Ca.
•Difusión Facilitada: – Por transportadores – Glucosa y aminoacidos mediados por la Insulina
Transporte Activo Transporte activo primario Transporte activo secundario
Transporte activo primario • Bomba de Na / K • Bomba de Ca • Bomba de protones
Transporte activo secundario • Cotransporte de glucosa y aminoacidos con los iones de sodio • Contratransporte de iones de calcio e hidrógeno con sodio
IONIC CONCENTRATIONS IN LIVING CELLS
Efecto Donnan X
m
K+ ClProt-
Y K+ Cl-
EfectoDonnan: Situación inicial
Efecto Donnan: En el equilibrio
Si pasa suficiente tiempo, tanto el K como el Cl llegarán al equilibrio. En el equilibrio, los potenciales químicos llegarán a ser cero. Así: Δμ K = RT ln [K]x/[K]y + F(Ex – Ey) =0 Δμ Cl = RT ln [Cl]x/[Cl]y - F(Ex – Ey) =0 Sumando ambas ecuaciones y dividiendo el resultado por RT queda: ln [K]x/[K]y + ln [Cl]x/[Cl]y = 0 ln [K]x/[K]y = - ln [Cl]x/[Cl]y = ln [Cl]y/[Cl]x [K]x/[K]y = [Cl]y/[Cl]x lo que multiplicando cruzado queda:
[K]x [Cl]x = [K]y [Cl]y
Lo anterior es llamado la ecuación de Gibbs-Donnan y es válida para cualquier par de cationes y un anión en equilibrio entre los dos compartimientos.
Características del equilibrio Gibbs-Donnan El lado con los aniones fijos (correspondiente al citosol) tiene: •
Mayor concentración de cationes móviles
•
Menor concentración de aniones móviles
•
Potencial de membrana negativo
• Mayor presión osmótica, (la cual es compensada a fin de que la célula no se hinche y explote por la salida de Na vía la bomba N-K-ATPasa)
FISIOLOGÍA CELULAR EQUILIBRIO IÓNICO
Entender qué significa que un ión esté en equilibrio es la base para comprender los fenómenos bioeléctricos
¿En que dirección va a fluir un ión en forma espontánea? En la situación 1: El Na+ tenderá a difundir de A a B por un Gradiente de Concentración (GC) y por un Gradiente Eléctrico (GE). En la situación 2: El Na+ tenderá a difundir de A a B por un GC y de B a A por un GE.
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El gradiente electroquímico surge de la comparación de estas dos fuerzas
Los fenómenos bioeléctricos son el fundamento de procesos tales como el movimiento, la transmisión de información nerviosa y la secreción glandular
Potencial de reposo • Es la diferencia de potencial eléctrico que se establece entre la cara interna y la externa de la membrana celular. Tiene como sustrato funcional la: • Desigual distribución iónica a ambos lados de la membrana producida y mantenida por: • a) Equilibrio de Gibbs-Donnan • b) Bomba de Na y K • c) Difusión pasiva del K
• La ecuación de Nernst nos dice como debería ser el potencial de membrana para que un ión esté en equilibrio • La ecuación de Nernst nos da un número teórico • Frecuentemente, podemos medir el potencial de membrana • La medición nos da un número real • La comparación del potencial de Nernst con el potencial de membrana real nos dice importantes cosas
-] [Cl RT Ecl = ln e FZCl [Cli ] Donde: Ecl = potencial de equilibrio para el ClR = Constante de los gases T = Temperatura absoluta F = Constante de Faraday (96.500 coulombs por mol de carga) ZCl = Valencia de Cl- (-1) [Cle-] = concentración del Cl- en el exterior de la célula [Cli -] = concentración del Cl- en el interior de la célula
Ion Na+ K+ Cl-
Concentración (mmol/L de H2O Interior Exterior axón agua de mar 50 460 400 10 40 540
Potencial de equilibrio mV +58 -96 -68
Veamos ahora un ejemplo real de cálculo de potencial de membrana mediante una ecuación que establece que el potencial de membrana es un promedio ponderado de los potenciales de equilibrio de todos los iones a los cuales la membrana es permeable. Usaremos los datos del axón de Jibia: Vm = (gK/gt) Ek + (gNa/gt) ENa + (gCl/gt) Ecl gi= es la conductacia de la membrana a un ión en particular. Gt = gK + g Na + gCl Ei = Potencial de Nernst Ek = -96 mV ENa = +58 mV ECl = -68 mV Potencial de reposo calculado = -70 mV
La permeabilidad al agua por difusión es Pf, La permeabilidad al agua por un gradiente osmótico es Pd, Pf / Pd ~ 1, la mayor parte del agua que atraviesa la membrana , lo hace por difusión simple. En eritrocitos, células epiteliales del túbulo proximal renal, Pf / Pd > 1 Indica que el transporte de agua se realiza a través de un poro o canal que facilita el flujo de ésta a través de la membrana.
A inicios de la década de 1990, se informó el hallazgo en eritrocitos de una proteína de 28 kD, organizada en forma de tetrámeros, que fue llamada inicialmente CHIP 28 (Channel-like Integral Protein of 28 KD), permeable selectivamente a agua y que explicaba la elevada permeabilidad a ésta en las membranas.
Introducción • 11 subtipos de acuaporinas –Divididas en 2 subfamilias • 1.-Gliceroacuaporinas (3,7,9) • 2.-Acuaporinas clásicas (0,1,2,4,5,6,8,10)
Muchas enfermedades cuyo origen molecular era desconocido ha empezado a comprenderse mejor, Ej: Enfermedades que son secundarias a mutaciones puntuales en el gen de una AQP, como cataratas congénitas secundarias a la mutación Glu-134-Gly en AQP067 o diabetes insípida nefrogénica secundaria a una mutación en Arg-187 en AQP268, podrían ser objeto de terapia génica en el futuro.
Macromoléculas proteicas intramembranosas que permiten el paso selectivo de iones a su través “Filtro selectivo”
TIPOS • Canales no regulables o de goteo Mantenimiento del potencial de membrana • Canales regulables o activos - Canales dependientes de voltaje - Canales operados por receptor - canales operados por segundos mensajeros - canales regulados por estímulos físicos
En 1986 se publicó la secuencia completa del ADN que codifica un canal de sodio.
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Para canales Na y Ca
* + Subunidades regulatorias
Mod. Reproduction 129: 251-262, 2005
Elementos de matriz extracelular
Elementos del citoesqueleto
Organizacion de los canales de calcio activados por potencial
Canales de K: homo o hetero tetrámeros
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Mod. Reproduction 129: 251-262, 2005
“No todos los canales fueron creados iguales” Canales de Na+ : alrededor de 10 Canales de Ca++ : al menos 10 Canales de K+ : 6TM, 4TM, 2TM….Muuuuchos Canales de Cl-: al menos 9
Pharmacol Rev 57:387-395, 2005
Sci STKE 253: rel 15, pg 1-17, 2004
Sensor de voltaje
Canales iónicos: regulados por ligando
