Fisiología de la membrana celular

• La membrana celular separa el líquido extracelular del intracelular.

Concentraciones de líquidos

• El líquido extracelular tiene altas concentraciones de sodio y cloruro.
• El líquido intracelular tiene altas concentraciones de potasio, fosfato y proteínas.
• Estas diferencias de concentración son fundamentales para la función celular.

Composición de la membrana celular

• La membrana celular está compuesta principalmente por una bicapa lipídica y proteínas.
• La bicapa lipídica actúa como barrera para el agua y sustancias insolubles.
• Las proteínas de membrana facilitan el transporte de sustancias a través de la membrana.

Tipos de proteínas de transporte

• Proteínas de canal: Permiten el movimiento libre de agua e iones seleccionados.
• Proteínas transportadoras: Se unen a moléculas o iones y cambian su forma para transportarlos.

Transporte a través de la membrana

• Difusión: Movimiento aleatorio de sustancias debido a la energía cinética normal

Tipos de difusión

• Difusión simple: Movimiento a través de la membrana sin interacción con proteínas transportadoras.
• Difusión facilitada: Requiere la interacción con una proteína transportadora.
• La difusión simple se produce a través de los intersticios de la bicapa lipídica (para sustancias liposolubles) o a través de canales acuosos (para agua e iones).

Factores que afectan la difusión

• Liposolubilidad: Determina la rapidez con que una sustancia difunde a través de la bicapa lipídica
• Canales proteicos: Permiten el paso rápido de agua a través de acuaporinas especializadas

Permeabilidad selectiva de canales proteicos

• Los poros están formados por proteínas que crean tubos abiertos a través de la membrana.
• El diámetro y las cargas eléctricas de los poros determinan qué moléculas pueden pasar.
• Los canales proteicos pueden abrirse o cerrarse mediante compuertas reguladas por señales eléctricas (voltaje) o sustancias químicas (ligandos).

Funcionamiento de las compuertas

• Voltaje: La conformación de la compuerta responde al potencial eléctrico a través de la membrana.
• Ligando: La unión de una sustancia química (ligando) abre la compuerta.

Pinzamiento zonal

• El método de pinzamiento zonal (patch-clamp) registra el flujo de corriente a través de canales aislados
• Una micropipeta se sella a la membrana celular para medir la corriente eléctrica a través de un parche de membrana.

Difusión facilitada y proteínas

• La difusión facilitada requiere una proteína transportadora
• La velocidad de difusión se aproxima a un máximo(Vmáx) a medida que aumenta la concentración.

Mecanismo de difusión facilitada

• Una proteína transportadora tiene un poro con un receptor de unión.
• La molécula a transportar se une al receptor, lo que provoca un cambio conformacional en la proteína.
• La molécula se libera al otro lado de la membrana.

Factores que influyen en la difusión neta

• Diferencia de concentración: La velocidad neta de difusión es proporcional a la diferencia de concentración a través de la membrana
• Potencial eléctrico de membrana: Los iones se mueven según su carga eléctrica y el gradiente eléctrico "potencial de Nernst"
• Presión: Aumenta la energía disponible para el movimiento neto de moléculas.

Ósmosis

• Ósmosis: Movimiento neto de agua debido a una diferencia en la concentración de agua a través de una membrana con permeabilidad selectiva.
• El agua se mueve desde un área de alta concentración de agua hacia un área de baja concentración de agua.

Presión osmótica

• Presión osmótica: la cantidad de presión necesaria para detener la ósmosis
• La presión osmótica está determinada por el número de partículas osmóticas por unidad de volumen.

Osmolalidad

• Osmolalidad: Concentración de una solución en función del número de partículas
• Un osmol es el peso molecular-gramo de un soluto osmóticamente activo
• La osmolalidad normal de los líquidos corporales es de aproximadamente 300 mosmol/kg de agua.

Osmolaridad

• Osmolaridad: Concentración osmolar expresada en osmoles por litro de solución
• La presión osmótica de una solución está determinada por la concentración de solutos.

Transporte activo

• Algunas sustancias se transportan "contra corriente" contra un gradiente de concentración.
• El transporte activo requiere energía.

Tipos de transporte activo

• Transporte activo primario: La energía proviene directamente de la escisión del ATP.
• Transporte activo secundario: La energía proviene de la energía almacenada en diferencias de concentración iónica.

Bomba de sodio-potasio

• La bomba de sodio-potasio transporta iones sodio hacia el exterior y iones potasio hacia el interior en contra de sus gradientes de concentración.
• La bomba mantiene las diferencias de concentración y establece un voltaje eléctrico negativo en el interior de las células.
• La bomba está formada por dos subunidades proteicas: a y ß.
• La subunidad a tiene tres puntos receptores para el sodio en el interior y dos para el potasio en el exterior, y actividad ATPasa.

Mecanismo de la Bomba

• La unión de sodio y potasio activa la función ATPasa, que escinde el ATP y libera energía.
• La energía produce un cambio conformacional, transportando los iones a través de la membrana
• La bomba ayuda a controlar el volumen celular generando positividad y negatividad
• La bomba Na+-K+ es electrógena generando potencial en las membranas

Transporte activo primario de iones calcio

• La bomba de calcio mantiene bajas concentraciones de calcio bajas en el interior de la célula.
• El calcio se bombea hacia el exterior de la célula o hacia orgánulos intracelulares

Transporte activo primario de iones hidrógeno

• Importante en las glándulas gástricas y túbulos renales.
• En las glándulas gástricas, secreta ácido clorhídrico en el estómago.
• En los túbulos renales, elimina el exceso de iones hidrógeno de los líquidos corporales

Energía para el transporte activo

• La cantidad de energía necesaria para el transporte activo depende de cuánto se concentra la sustancia durante el transporte.
• El gasto energético para concentrar las sustancias en las células puede ser elevado.

Transporte activo secundario

• En el cotransporte la sustancia se transporta junto con el sodio,
• En el contratransporte, la sustancia se transporta en dirección opuesta al sodio.

Cotransporte e iones

• Glucosa y aminoácidos se transportan al interior de las células junto con iones sodio.
• Proteínas transportadoras actuan sobre glucosa, sodio y aminoácidos

Cotransporte e iones

• El contratransporte sodio-calcio y el contratransporte sodio-hidrógeno son importantes.
• El contratransporte sodio-calcio se produce a través de todas las membranas celulares, con sodio moviéndose hacia el interior y calcio hacia el exterior
• El transporte sodio-hidrógeno ayuda al control de electrolitos.

Transporte activo a través de capas celulares

• En muchos tejidos, las sustancias se transportan a través de una capa de células.
• El transporte activo se produce en un lado de la célula, seguido de difusión simple o facilitada en el otro lado.
• La ósmosis de agua también forma parte del proceso.