Edgard M arín SánchezBiólogo, Ms.C.

Universidad Alas Peruanas

Escuela Profesional de Ingeniería Ambiental

Curso de Biología General

SEMANA 6

TRANSPORTE CELULAR

La membrana plasmática es una barrera selectivamanete permeable (semipermeable).

Esta permeabilidad asegura que las moléculas esenciales como la glucosa, aminoácidos y lípidos entren rápidamente en la célula, que los cmouestos intermediarios queden retenidos en al célula y que los compuestos de deshecho dejen la célula.

La permeabilidad de la membrana depende de varios factores:

* Tamaño de las moléculas * Liposolubilidad

* Presencia de canales y transportadores * Carga

TRANSPORTE A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS

Las membranas celulares tienen una permeabilidad mucho mayor a iones y moléculas polares grandes que una bicapa de fosfolípidos.• La razón es que varias de las proteínas integrales de membrana constituyen vías específicas de transporte para iones y moléculas polares y agua que facilitan su paso: Transporte Facilitado • En las membranas los principales tipos de proteínas de membrana que facilitan el transporte de iones y moléculas polares son: los canales de iones y de agua, los transporta-dores y las bombas iónicas.•A través de las proteínas transporta-doras los solutos se pueden transpor-tar a favor de su gradiente electro-químico (difusión facilitada) o en contra del mismo (transporte activo).

Las sustancias difunden espontáneamente debido a su gradiente de concentración. La célula no gasta energía.

TRANSPORTE PASIVO

Una sustancia difunde desde una región de mayor concen-tración hacia una región donde está menos concentrada.

La difusión bajo el gradiente de concentración lleva a un equilibrio dinámico, las moléculas de soluto continuan atravesando la membrana, pero a una tasa igual en ambas direcciones.

LA DIFUSIÓN

Las moléculas deben ser pequeñas y no polares para que se muevan a través de la membrana Ej. Difusión de gases (O2 y CO2) en los eritrocitos

Difusión Facilitada

Este tipo de transporte se hace siempre a favor del gradiente electroquímico, y las proteínas transporta-doras son las permeasas.

En la difusión facilitada la velocidad de transporte aumenta rápidamente con la diferencia de concen-traciones, pero se llega a un tope cuando todas las proteínas transportadoras están saturadas.

PERMEASAS:Transportador

GluT1

ISOFORMAS NUMERO DE AMINOACIDOS

Km (mM) MONOSACARIDOS QUE TRANSPORTA

LOCALIZACION EN LOS TEJIDOS

FUNCION

GLUT 1 664 1,6 Glucosa, galactosa Eritrocitos, barreras hematooencefálica

placentaria y de la retina, astrocito, nefrona

Ingreso basal de glucosa

GLUT 2 522 17 Glucosa, galactosa, fructosa

Células β pancreáticas, hígado, intestino delgado,

nefrona proximal

Sensor de glucosa en páncreas, transporte de

glucosa en la membra-na basolateral de intestino y riñón

GLUT 3 596 2 Glucosa, galactosa Cerebro, placenta hígado, riñón y corazón

Ingreso basal de glucosa

GLUT 4 509 5 Glucosa Músculo esquelético y cardíaco, tejido adiposo

Ingreso de glucosa estimulado por insulina

GLUT 5 501 No aplica

Fructosa. No muestra afinidad por glucosa

Yeyuno, espermatozoides, riñón, células de la

microglia

Transporte de fructosa

GLUT 6 507 Glucosa Cerebro, bazo y leucocitos Ingreso de glucosa estimulada por insulina

GLUT 8 477 Glucosa Testñiculos y placenta Ingreso de glucosa

GLUT 9 540 - Glucosa Riñón e hígado Ingreo de glucosa

GLUT 10 541 - Glucosa Hígado y páncreas Ingreo de glucosa

CANALES DE IONES

• Son proteínas integrales plegadas formando un

poro a través del que se transportan iones.

El tamaño del poro y la densidad de cargas en su

interior determinan su selectividad a los iones. • Pueden estar en un estado conformacional no

conductor (cerrado) o conductor (abierto). • Su apertura o cierre puede estar regulada por

factores físicos (voltaje, tensión mecánica) o

químicos (iones, neurotransmisores, hormonas,

fosforilación, etc.). • Pueden estar constituidos por una o varias

cadenas polipeptídicas. • En el estado abierto, transportan 107 a 108

iones/s,

Están involucrados en procesos fisiológicos

como conducción del impulso nervioso, secre-

ción celular, regulación del volumen celular,

apertura de estomas, quimiotaxis, etc.

poro

Na++ H2O

compuerta

Hay dos tipos de canales iónicos:

- Los canales de filtración, siempre están abiertos. Ej. canales para iones K+.

- Los canales de compuerta, se abren y cierran en

respuesta a algún tipo de estímulo.

Según el estímulo pueden ser:

1. Canal iónico de voltaje, se abre en respuesta a un cambio en el potencial de membrana (voltaje).

2. Canal iónico de compuerta mecánica, se abre y cierra en respuesta a estímulos como las vibraciones (ondas sonoras), presión (contacto físico) o estiramiento de tejidos.

3. Canal iónico de ligandos, se abre y cierra en respuesta a un estímulo químico específico.

Entre ligandos químicos extracelulares se encuentran los neurotransmisores como: GABA,

acetilcolina, glutamato. Ligandos intracelulares = Ca2+, nucleótidos cíclicos…

Activación directa Activación indirecta

Canales de agua o aquaporinas

En las células el agua se transporta a través de proteínas de membrana específicas llamadas canales de agua o aquaporinas.

Están presentes en células animales (eritrocitos y células epiteliales renales) y forman poros selectivos al agua, excluyendo iones y otras moléculas orgánicas polares de bajo PM.

La permeabilidad al agua aumenta de 1×10-3 cm/s a 2×10-2 cm/s.

Los canales están formados por homotetrámeros de subunidades de 28 kDa c/u con seis hélices α que forman tres pares de homólogos.

Las moléculas de agua se moverían en fila india: cinco a nueve moléculas de agua ocuparían la vía del transporte.

OSMOSIS

La ósmosis se puede entender considerando los efectos de diversas concentraciones de agua en los eritrocitos. Si un eritrocito se coloca en una solución hipotónica, que tiene una baja concentración de soluto, las moléculas de agua entran en la célula más rápido de lo que ella pueda salir, causando que el eritrocito se hinche y en forma eventual estalle (hemólisis).

Si el eritrocito es colocado en una solución hipertónica que tiene una mayor concentración de soluto, las moléculas de agua se mueven hacia el exterior, ésta situación causa que las células se contraigan (crenación).

TRANSPORTE ACTIVOUna proteína transporta o mueve sustancias a través de la membrana en contra de su gradiente de concentración. Requiere gasto de Energía, usualmente ATP.

TRANSPORTE ACTIVO

BOMBAS IÓNICAS O ATPASAS TRANSPORTADORAS DE IONES

En las membranas celulares existen proteínas integrales que transportan activamente iones y que usan la energía libre de hidrólisis del ATP como fuente de energía: bombas iónicas o ATPasas transportadoras de iones.

Se encuentran en las membranas plasmáticas de células animales, vegetales y bacterias y en membranas de organelos (mitocondrias, vacuolas, endosomas, etc.).

Existen tres tipos de bombas iónicas: ATPasas de membrana tipo P, tipo V y Tipo F, que se diferencian por su estructura molecular así como por el mecanismo de transporte activo.

ATPASAS DE MEMBRANA TIPO P

Están presentes en las membranas plasmáticas de células eucarióticas (bomba de Na+/K+

y bomba de Ca2+, en células del estómago: bomba H+/K+) y en organelos como retículo endoplásmico (bomba de Ca2+ en células musculares). Están formadas por una o dos cadenas polipeptídicas y durante el ciclo de transporte forman un intermediario fosforilado.

Bomba de sodio o Na+-K+-ATPasa

Es la más estudiada de las bombas tipo P. Está presente en las membranas plasmáticas de las células animales y mantiene los gradientes de concentración de Na+ y K+ entre la célula y el medio extracelular.

Transporta 3 iones Na+ hacia el espacio extracelular y 2 K+ hacia el citosol utilizando una molécula de ATP por cada ciclo de transporte.

Bombas de Ca o Ca2+-ATPasas

Las bombas de Ca o Ca2+-ATPasas al igual que la bomba de Na pertenecen grupo de ATPasas de membrana tipo P. Están presentes en la membrana plasmática y en organelos como retículo endoplásmico y sarcoplásmico (SERCA) y el aparato de Golgi. Las SERCAs están constituídas por una sola cadena polipeptídica de 110 kDa.

• Bombas de Ca2+ remueven Ca2+ del citosol después de los eventos de señalización.

– La concentración de Ca2+ citosólico es muy baja (10-7 M) en comparación con el Ca2+ extracelular (10-3M)

– El mantenimiento del gradiente de Ca2+ es esencial para la señalización celular

• En cada ciclo catalítico se transportan 2 iones Ca2+ por cada ATP hidrolizado.

ATPasas de membrana tipo V

Están presentes en las membranas plasmáticas (osteoclastos y células tubulares renales) membranas de vacuolas y en organelos como lisosomas, endosomas, bombean electrogenicamente H+ desde el citosol al lumen del organelo.

Están compuestas de dos partes. Una parte hidrofóbica integral en la membrana (V0)

formada por varias copias del proteolípido c y una de a y que constituye la vía de transporte de protones.

Una cabeza (V1) hidrofílica que está orientada hacia el citoplasma y donde se realiza la

hidrólisis del ATP.

ATPasas de membrana tipo F (F0F1)

Están presentes en las membranas plasmáticas de las bacterias, en la membrana tilacoidal y en la membrana interna de las mitocondrias.

Catalizan la reacción de síntesis de ATP (∆G > 0) a partir de ADP y Pi.

La energía proviene del gradiente de potencial electroquímico de protones (H+) a través de la membrana generado por la actividad de la cadena transportadora de electrones. Es decir, actúan como ATP sintetasas.

Al igual que las ATPasas tipo V están formadas por dos dominios : F1 y F0

El complejo integral F0 contiene tres tipos de subunidades a, b y c y contiene el canal a través del que se transportan los protones.

SUPERFAMILIA ABC

Están presentes en las membranas plasmáticas de las bacterias (transporta aminoácidos, azúcares y péptidos), en la membrana plasmática de mamíferos (transporta fosfolípidos, pequeñas drogas lipofílicas, colesterol y moléculas pequeñas).

Proteína CFTR (Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator).

La proteína CFTR se halla involucrada en el transporte de Cl- a través de la membrana plasmática, y cuando es defectuosa se origina la fibrosis quística. Dado que el transporte de Cl-

a través de la CFTR se bloquea, disminuye el anión en la luz de los conductos afectados y, por consecuencia, disminuye también el catión Na+; y finalmente, la menor concentración de estos iones determina que el agua se retire y ello aumenta la viscosidad de las secreciones.

Proteína de resistencia a multifármacos (MDR).

• La proteína MDR (multidrug resistance), se encuentran normalmente en las membranas de muchos tipos celulares. Han sido identificados en la membrana del retículo endoplasmático, peroxisomas y membrana mitocondrial interna.

• Aparecen en gran número en la membrana plasmática de varias clases de células cancerosas, a las que les confieren una indeseada resistencia contrra algunas drogas citotóxicas. Ello es debido a que las MDR bombean esas drogas fuera de las células cancerosas, lo que hace que éstas se vuelvan resistentes a la quimioterapia.

• Se ha observado un aumento de proteínas MDR en los linfocitos infectados por el virus tipo I de la inmunodeficiencia adquirida (HIV-1), lo que contribuiría a su resistencia a drogas antivirales como la AZT.

• También se produce un incremento de

MDR en la membrana plasmática de

las células de algunos parásitos, que

por tal motivo se hacen resistentes a

las drogas antiparasitarias; p.ej., el

Plasmodium falciparum desarrolla re-

sistencia a cloroquina, primaquina, et..

TRANSPORTE SIMPORT: COTRANSPORTE

Generado el gradiente de soluto (ej. Gradiente de Na) puede ser usado para transportar en contra del gradiente de una segunda molécula – transporte activo secundario.

La tendencia de los iones sodio a regresar por la membrana plasmática apical en favor del gradiente de concectración la “aprovechan” las células epiteliales para impulsar el cotransporte de moléculas de glucosa al interior de la célula contra un gradiente de concentración.

La proteína transportadora, llamada cotransportador de Na+/glucosa (SGLT), permite la unión de dos iones sodio y una molécula de glucosa.

TRANSPORTE ANTIPORT: CONTRATRANSPORTE

En la membrana plasmática de la mayoría de células poseen un tipo de antiportador o más .

Estos acoplan el movimiento de un ión cotransportado (a menudo Na+), a favor de su gradiente electroquímico con el movimiento de una molécula diferente en la dirección opuesta en contra de un gradiente de concentración.

En las células musculares cardiacas, por ejemplo, antiportador Na+/Ca++ (tres iones sodio propulsan la salida de un ión calcio).

En eritrocitos, la proteina AE1, que cataliza el intercambio uno por uno de Cl- y HCO3.

Control del volumen celular.

a. La célula es colocada en un medio hipertónico. Las células responden a la pérdida de agua activando antiportadores Na+/H+, Cl-/HCO3- y simportadores Na+/K+/2Cl- que llevan cloruro de potasio y cloruro de sodio dentro de la célula.

b. La célula es colocada en un medio hipotónico. Las células responden a la turgencia activando canales K+, Cl- y simportadores K+/Cl-, llevando cloruro de potasio y agua fuera de la célula

GRACIAS

EXAMEN PARCIAL

EDGARD H. MARÍN SÁNCHEZ

Biólogo, Ms.C.

Universidad Alas Peruanas (UAP)

Trujillo, Perú.

email: edmarin.uap@hotmail.com