Membranas 2

Clase Jueves 29 d agosto Fornaguera Membranas El tamaño no es la única limitación de la molécula. La polaridad de la molécula tmb es una limitación: porque habíamos dicho que el 70% y hasta el 80% del área de la membrana es hidrofóbica, esto significa que aquellas sustancias muy polares atravesarán más lentamente la membrana, en cambio las poco polares la atravesarán más rápido. ¿De qué depende tmb el paso por la membrana? D receptores de membrana, por esto es que si comparamos 2 cels entre ellas y la permeabilidad para una misma molécula, es muy posible que sea diferente. El espesor y la constitución molecular determinan el tipo de “cedazo” que es la membrana. El coeficiente de partición: parecido al tamaño y la polaridad, es una razón que tiene q ver con solubilidad d una sustancia “X” con un solvente, es una razón: Solubilidad de X con un solvente no polar Solubilidad de X con un solvente polar Ahora: =1: no es más soluble en agua, sino que es igual tanto para un solvente no polar como uno polar >1: más soluble en un solvente no polar, es decir, más hidrofóbico. <1: más soluble en agua u otro solvente polar. Moléculas con coeficiente de partición mayor a 1, atraviesan más fácil la membrana. Entre más grande sea el coeficiente, más rápido pasa, entre más se acerca a 1, hay un equilibrio entre si pasa o no la membrana, y entre menor a 1 pasa menos la membrana, no quiere decir q no la pase, sino q lo hace en menor proporción. Como entonces las sustancias hidrofílicas (como la glucosa) durarían mucho tiempo atravesando la membrana, en el transcurso de la evolución surgieron los transportadores. Existen también lo que es el coeficiente de permeabilidad que se trata del paso de una sustancia a través de una membrana tomando en cuenta todas sus características:

tamaño, polaridad, espesor de la membrana. Entre más pequeño sea este valor quiere decir q le cuesta más pasar la membrana, entre más grande sea más fácilmente la pasa. Estos valores varían dependiendo de la membrana. Casi siempre se toma como ejemplo la membrana del eritrocito, pero no caigan en la trampa, la permeabilidad es diferente según el tipo de célula porque cada célula va a tener diferentes características de membrana. Transporte facilitado Es el que requiere proteínas; tengan cuidado porque no siempre requiere ATP. Ej. Los GLUTS (tienen los extremos amino y carboxilo terminal ambos dentro de la célula). Puede ser: difusión facilitada o canales y transportadores. Son baratos; son específicos, porque por difusión normal no hay condición acerca de qué pasa, lo único que controla quien pasa es la estructura, pero en los transportes facilitados si hay especificidad. Muchos son saturables, ¿por qué digo que no todos?.. porque hay algunos textos en que sacan a los canales iónicos de esta categoría de transporte facilitado y dejan solo a los transportes simporte, antiporte y cotransporte. Sin embrago si tomamos la definición al pie de la letra, los canales son transporte facilitado. La especificidad es importante porque la célula no siempre necesita lo mismo, depende de las necesidades dejará entrar las moléculas, seleccionándolas. Los transportes son regulables: a diferencia d la difusión normal, los transportadores pueden cerrarse o abrirse y dejar que entren o salgan sustancias específicas. Ejemplo claro son los GLUTS (hay 12 tipos) que incluso varían según el tejido para permitir esta regulación de la que hablamos. El transporte de glucosa requiere d varias fases: reconocimiento, traslocación, liberación y recuperación. ¿Por qué los canales iónicos no se saturan? No se saturan porque no todos los iones que pasan lo hacen tocando las paredes del canal, más bien la proteína no tiene interacción totalmente con los iones; al contrario de los transportes antiporte, simporte y contransporte, que al haber una relación directa del transportador con la sustancia que lo atraviesa, el primero se da cuenta de cuanto ha pasado. Los canales iónicos son regulados generalmente por voltaje.

De este grafico es importante saber que en la difusión, la velocidad de transporte va aumentando pero deja de aumentar cuando se elimina el gradiente; además de que el transporte facilitado al ser saturable llega a un punto dond no aumenta la velocidad. El transporte a través de canales se graficaría mucho más alto, como el GLUT. Los iones más frecuentemente transportados a través de canales son: Na, Ca, K, Cl, bicarbonato y protones. Dentro de los canales iónicos existen grandes familias pero eso se ve en fisio. (ya casi!! =S… jaja) Este es uno de esos muchos tipos de canales iónicos, este es de sodio, con

6

dominios

transmembrana subunidades.

y (el

de

4 la

derecha) ¿A qué tipo de proteína pertenece este otro (el de la izquierda)? Al tipo IV.

Aquí en este otro lo que tenemos es un canal para sodio

que

tiene

una

tapa que abre o cierra el canal. Es de 4 subunidades y 6 dominios transmembrana. Al haber el cambio de voltaje es que se separa este tapón (hecho de aminoácidos). El trasporte va de mayor a menor concentración o gradiente eléctrico. Importante: - El sodio está más concentrado afuera de la célula, por lo tanto por medio de canales entra (sin inversión de ATP) y por medio de la bomba Na-K es sacado (invirtiendo energía). - El potasio está más concentrado adentro de la célula, normalmente por canales sale (siguiendo gradiente de concentración), pero por la bomba Na-K entra. La carga interna de la célula es negativa. Por lo tanto al abrir un canal para el sodio entra muy apurado, porque aparte de estar más concentrado en el exterior de la célula, también regularía el voltaje, es decir, entra tanto por gradiente químico como por eléctrico. Por esto se producen los potenciales de acción, la polarización es esencial para todo proceso metabólico (contracción nerviosa, muscular..) Recordemos: la bomba de Na-K saca 3Na y mete 2K, esto es fundamental. Estos era canales voltaje dependientes, pero hay canales que son independientes de voltaje pero dependientes de ligandos. 1. Receptor nicotínico de acetil-colina. Ligando: acetil-colina Los receptores se descubren con ligandos que son exógenos; este se descubrió con nicotina y d ahí el nombre.

Viene la nicotina o acetil-colina, se une al canal y lo activa, permitiendo la entrada de SODIO. Muy importante saber que este es el receptor de la placa motora, es la que produce la contracción en músculo esquelético, tooooodas las contracciones de músculo esquelético se deben al neurotransmisor acetil colina por medio de este receptor. El músculo esquelético no puede recibir neurotransmisores inhibitorios, solo exitatorios, solo acetil colina, que al entrar lo que hace es despolarizar la célula, por lo tanto el músculo se contrae. Agonista: sustancia que produce el mismo efecto que el ligando endógeno, entonces la nicotina es un agonista de la acetil colina. 2. Receptor GABAA El receptor de GABA se verá el lunes a fondo, pero es un canal de cloruro. GABA llega al receptor, y el Cloruro ENTRA, porque está más concentrado afuera, esto no se nos puede olvidar porq es lugar d unión de anestésicos, benzodiazepinas, barbitúricos: producen depresión de la actividad nerviosa. ** Todas las membranas son negativas con respecto al exterior, si entra alguien positivo (como el sodio) la despolariza, pero si entra alguien negativo (como el cloruro) la hiperpolariza ** 3. Aquaporinas Es un poro, siempre están abiertos, no son regulables como los canales. Son una familia de proteínas, hay 12 diferentes, que permiten el paso de agua; osea permiten que se dé la ósmosis muy rápida, porque el agua no tendría que atravesar la membrana sino que l dejan un hueco para q pase. Tiene 4 subunidades y 6 dominios transmembrana y a través de los sitios llamados NPA’s que dan hacia el lumen del canal y es por donde pasa el agua. Tienen el extremo amino terminal y carboxilo terminal ambos adentro de la célula. Están hechos para agua pero también pueden pasar moléculas pequeñas como glicerol, pero esto solo se ve en 3 d los 12 tipos d aquaporinas (gliceroporinas). Son transportadores pasivos que dependen del gradiente de concentración. Las aquaporinas son fundamentales en la concentración de la orina. La hormona AVP (arginin vasopresiona = hormona anti-diurética) funciona para disminuir o aumentar la presión. La hormona AVP llega a un receptor, su acción es permitir que vesículas

intracelulares y que tienen en su membrana aquaporinas se vayan hacia la membrana en su parte apical (la q tiene q ver con el fluido urinario). Como hay más agua afuera que dentro de la célula las aquaporinas permiten que por ósmosis se capte agua y por lo tanto el ultrafiltrado se concentra.

Membrana apical Vesícula con aquaporinas Captación de agua

Membrana basal Hormona anti-diurética En el desierto la hormona antidiurética está super activa, cuando hay mucho calor, cuando perdemos agua por sudor o estamos con la presión baja (hipotenso), la hormona antidiurética está muy activa, ya sea para conservar agua o para aumentar el volumen sanguíneo. Paréntesis: el alcohol y el café inactivan la secreción de hormona anti-diurética a nivel d hipotálamo. Uniones espaciosas Muy importantes en lo que es músculo cardíaco, son proteínas que permiten el paso de sustancias de una célula a otra, lo interesante es que la mitad de la unión está en una célula y la otra mitad está en la otra. Son muy importantes en el corazón, células nerviosas y epitelio. Son transporte pasivo y facilitado porque ocupa de las proteínas para que pasen sustancias pequeñas, glucosa, péptidos pequeños… Están formadas por 2 hemiconexones (uno en cada cel) que juntos formarían un conexón. Siempre están abiertos, no son regulables.

Transportes -

Uniporte

-

Simporte Cotransporte de 2 o más sustancias

-

Antiporte

Pueden ser pasivos o activos. Transportes pasivos 1. Transporte uniporte pasivo: ejemplo clásico los GLUTS, que hay diferentes según el tejido y las necesidades. La constante de transporte (similar a la Km) d los GLUT de hígado es mayor con respecto a la de otros tejidos, o sea la afinidad en el hígado es menor y solo capta cuando hay exceso de glucosa, para almacenar. Prácticamente el GLUT d hígado es el único que transporte de adentro hacia afuera, los demás son egoístas. 2. Simportes pasivos: hay un montón, transportan 2 o más sustancias en una misma dirección. Ejemplos: sodio-glucosa; bicarbonato-sodio (hay q tener cuidado porq tmb existe el antiporte bicarbonato-cloruro); sodio- aminoácidos; sodio-potasiocloruro (en tejido renal).

3. Contratransporte pasivo: ejemplos son la regulación del pH sanguíneo mediante el sistema bicarbonato-cloruro; o galactosa-glucosa en el eritrocito. Como es pasivo depende de la concentración. Si la concentración de glucosa aumenta en el líquido intracelular tiene a entrar, y galactosa sale, pero si varían las concentraciones entonces puede cambiar la dirección del transporte. Tienen que transportarse los 2 a la vez, no se puede pasar una sola molécula y dejar la otra por ahí. El contratransporte de bicarbonato y cloruro en una d las reacciones con mayor índice de catálisis. Es diferente ya sea si es en tejido respiratorio o en pulmones. En tejido respiratorio cuando hay producción de CO2, esta se une al agua para dar bicarbonato, que inmediatamente es reconocido por su transportador y se da el cotransporte, por gradiente de concentración, así se regula el pH. Ahora que pasa en los pulmones, se trata de sacar el CO2 y obtener el O2, la misma anhidrasa carbónica se encarga de realizar la reacción, como el cloruro está más concentrado en el interior que en el exterior, este sale y entraría entonces el bicarbonato, que se convierte en CO2 y agua para realizar el intercambio gaseoso. Transportes activos

Requieren energía en forma de ATP porque son en contra de gradiente. TODOS son facilitados. 1. Uniporte activo: ejemplo son las bombas de protones de lisosomas, retículo endoplásmico y mitocondria; las bombas de calcio del retículo sarcoplásmico (meten calcio para relajar el músculo y para la contracción se requiere que el calcio salga pero por un canal). 2. Antiporte activo: ejemplo bomba de sodio-potasio (saca 3 sodios, mete 2 potasios, para permitir que se mantenga la electronegatividad celular), esta bomba gasta casi el 80% de la energía de las neuronas. La ouabaína es una sustancia que bloquea la bomba Na-K, se están desarrollando fármacos para mejorar la contractibilidad del músculo cardíaco basado en esta sustancia. ¿Cómo funciona la bomba? Tiene un orden específico para que sucedan las cosas: -

Primero el sodio se une a la bomba, se une el ATP gracias al magnesio y forman un complejo de la proteína, el sodio y el ATP.

-

Se da una hidrólisis del ATP y se libera ADP, lo que permite que el sodio salga d la célula por la energía d hidrolización del ATP.

-

El fosfato que queda unido a la proteína permite la entrada del potasio, pero cuando se suelta este fosfato, el potasio es liberado dentro de la célula.

Todas las bombas son transportes activos primarios, o sea que la energía que se necesita se utiliza directamente en ese transporte, la energía disponible la usa la proteína que hace el transporte. Transporte activo secundario es cuando el transportador por sí solo no usa la energía, el ejemplo clásico es en epitelio intestinal: luego de comer empieza a entrar glucosa y sodio a la célula porq por el lumen intestinal hay abundante, es simporte pasivo inicialmente, pero llega el momento en que ya no hay gradiente, y para mantenerlo sacamos sodio de la célula utilizando la bomba de Na- K, así ponemos a funcionar nuevamente el simporte glucosa-sodio porq volvimos a crear el gradiente.

Es un transporte activo secundario porque sigue funcionando gracias a que hay un transporte activo primario. Él no utiliza la energía pero se mantiene gracias al gradiente que genera un transportador que sí consume dicha energía (bomba Na-K). A pesar de que hay GLUTS que podrían internalizar la glucosa, el importante es este simporte que funciona con gradiente de sodio. Lo mismo sucede con aminoácidos que entran en simporte con el sodio. En el estómago hay una bomba de protones, en las células parietales. Saca los protones hacia el lumen y mete potasio. Requiere ATP, es decir, es un antiporte activo. Esta bomba permite la acidez. También hay bombas que sacan calcio al espacio extracelular. Este es el esquema con el que pueden resumir la clase:

Notas Recordar que los canales no son saturables. Hay canales regulados por voltaje y otros por ligandos. Los poros no se regulan. Transportes especiales Involucran parte de la membrana y no una proteína específica, están muy relacionados con mecanismos inmunológicos. Estos son: exocitosis, pinocitosis y fagocitosis. 1. Pinocitosis: es otro mecanismo, aparte de las aquaporinas para aumentar la concentración de agua en la célula. 2. Fagocitosis: se reconocen moléculas cercanas a la membrana, por lo que esta se evagina y capta la molécula o microorganismo. 3. Endocitosis mediada por receptor: en algunas regiones de la membrana hay receptores específicos, que están en invaginaciones que contienen estos receptores, cuando todos se llenan se activa el citoesqueleto por medio de la clatrina unida a la vesícula, y atrae toda la vesícula hacia adentro, se internaliza y

se dan cambios de pH que provocan que se suelten los ligandos de los receptores y la vesícula se diferencia en 2: -

Vesícula lobular: que contiene todos los ligandos

-

Vesícula tubular: que contiene los receptores

Las sustancias pueden degradarse o usarse pero los receptores se vuelven a usar, se vuelven a ir hacia la membrana. A las invaginaciones se les llama cabioles. 4. Exocitosis: se vierte una sustancia intracelular gracias a una vesícula.

Tarea