Transporte a través de la membrana celular

Tema General

• El documento trata sobre el transporte de sustancias a través de las membranas celulares, incluyendo transporte pasivo, transporte activo y transporte de moléculas grandes como endocitosis, exocitosis y transcitosis.

Transporte de Moléculas de Baja Masa Molecular

• Se realiza por transporte pasivo o activo
• El transporte pasivo no requiere energía.
• El transporte activo requiere proteínas transportadoras y energía (ATP).

Tipos de Transporte Pasivo

• Difusión simple: Paso de sustancias a través de la membrana a favor de gradiente sin gasto energético
• Sustancias que se transportan por difusión simple: $CO_2$, $O_2$, urea, benceno, $H_2O$ y etanol
• Difusión facilitada: Paso de sustancias a través de canales proteicos, que reconocen específicamente la sustancia.
• Se produce hasta la saturación y no requiere energía
• Sustancias que se transportan por difusión facilitada: iones, glutamato, $NH_3$, $H_2O$ y glicerol.
• Los canales iónicos o poros son selectivos y pueden regularse por voltaje, ligando o mecánicamente.
• Las Porinas son más grandes que los canales, permiten el paso de sustancias polares y son selectivas. Ejemplo: acuaporinas y maltoporinas.
• Los Carriers o permeasas son selectivos y la unión de la sustancia a transportar induce un cambio de conformación y la apertura al otro lado (GLUT), saturándose.

Proteínas de Membrana en el Transporte Pasivo

• Canales iónicos o poros: Son selectivos y regulables por voltaje, ligando o mecánicamente.
• Porinas: Más grandes que los canales, permiten el paso de sustancias polares, selectivas, permanentemente abiertos (acuaporinas, maltoporinas).
• Carriers o permeasas: Selectivas, la unión de la sustancia induce un cambio conformacional y la apertura al otro lado (GLUT), se saturan.

Canales Proteicos y su Regulación

• Regulados por ligando: Se abren en respuesta a la unión de pequeñas moléculas (ligandos).
• Regulados por voltaje: Se abren cuando se produce un cambio en el potencial de membrana.

Transporte Activo

• Requiere energía (ATP) y se realiza en contra de gradiente
• El bombeo de $Na^+$ y $K^+$ está asociado a la actividad ATPasa de la proteína transmembrana. Tipos: uniporte y cotransporte
• Gracias a este transporte se consigue que las concentraciones extra e intracelulares varíen para los siguientes iones: $Na^+$, $K^+$, $Mg^{++}$, $Ca^{++}$ y $Cl^-$
• Tipos de transporte activo: bomba de iones sodio/potasio, bomba de protones gastrointestinal (hidrógeno/potasio) y bomba de protones de los lisosomas.

Cotransporte Activo

• Simportadores: Transportan glucosa y aminoácidos al interior de las células animales.
• Bomba de sodio/potasio: Mantiene baja la concentración de iones sodio en el interior celular, sacando iones $Na^+$ al medio extracelular

Funcionamiento de la ATPasa Na+/K+

• La bomba de sodio actúa como proteína transportadora y ATPasa
• Representa el 30% del gasto de ATP en las células animales
• El Na exterior de la célula es un depósito importante de energía
• La unión del Na citosólico y la ulterior fosforilación determinan que la bomba sufra un cambio conformacional que transfiere el Na al otro lado de la membrana.
• La energía para el cambio conformacional la da la unión del fosfato de alta energía.
• La unión del potasio y la liberación del fosfato de alta energía provocan el siguiente cambio conformacional.

Transporte Activo Secundario

• La energía no proviene directamente de la hidrólisis de ATP, sino de un gradiente electroquímico establecido previamente mediante transporte activo primario.

Absorción de Glucosa

• Simportador $Na^+$ glucosa: Dirigido por gradiente de concentración de $Na^+$
• Uniportador GluT2: Facilita el transporte de glucosa a favor de gradiente

Transporte de Moléculas Grandes

• Endocitosis: Proceso por el que la célula toma partículas o moléculas grandes del medio externo mediante invaginación de la membrana plasmática.
• Pinocitosis: Endocitosis de partículas muy pequeñas o líquido

Endocitosis, Exocitosis y Transcitosis

• Requieren vesículas recubiertas de clatrina.
• Clatrina: Proteína cuya función principal es recubrir las vesículas intracelulares.
• La endositosis, exocitosis y transcitosis requieren de vesículas recubiertas de clatrina.
• El proceso de la endocitosis es que la célula toma moléculas del medio externo debido a la invaginación de la membrana plasmática.
• La pinocitosis corresponde a partículas pequeñas o líquido.

Proteína Clatrina

• El monómero de clatrina está formado por 3 cadenas pesadas y 3 cadenas ligeras, unidas por enlaces covalentes.
• Los trisqueliones se autoensamblan formando estructuras planas con una disposición hexagonal, con la que recubren las vesículas.

Transporte mediado por receptor.

• Sustancias específicas son captadas por un receptor específico y transportadas al interior celular.
• La clatrina se recubre a las vesículas para luego ser transportadas.

Fagocitosis

• Proceso en el que la célula engloba grandes partículas o microorganismos

Funciones de la Fagocitosis

• Nutrición en organismos unicelulares
• Protección frente a invasores (macrófagos y neutrófilos)
• Eliminación de células dañadas y sustancias de desecho.

Exocitosis

• Expulsión de sustancia intracelulares contenidas en vesículas (hormonas, enzimas, mucus…)
• También puede eliminar sustancias de desecho
• En el acercamiento de la vesícula a la membrana plasmática es importante la despolimerización del esqueleto submembranoso de actina, que de lo contrario actúa como una barrera impidiendo el paso.

Tipos de Exocitosis

• Constitutiva: Se produce siempre y en todo lugar.
• Regulada: Se produce solo por efecto de un estímulo.

Funciones de la Exocitosis

• Secreción de proteínas como enzimas, hormonas peptídicas y anticuerpos para las células.
• Reposición de la membrana plasmática.
• Presentación de antígenos durante la respuesta inmune.
• Reciclaje de receptores unidos a la membrana plasmática.
• Colocación de proteínas integrales de membrana.
• Funcionamiento del acrosoma durante la fertilización.
• Liberación de neurotransmisor de neuronas presinápticas.

Transcitosis

• Endocitosis seguida de exocitosis.
• Permite que una sustancia atraviese todo el citoplasma (células endoteliales de capilares sanguíneos).

Caveolas

• Microfotografía de una célula endotelial mostrando caveolas (gruta pequeña)
• Son pequeñas depresiones (50-100 nm) que se forman en la superficie celular y que captan de forma selectiva moléculas.

Endocitosis en Células Endoteliales: Caveolas

• No están recubiertas de clatrina.
• No fusionan con lisosomas.

Caveolas en Membranas

• Las caveolas están implicadas en procesos de formación de vesículas y plegamientos de la membrana citoplasmática
• Son proteínas integrales de membrana de 22KDa.:específicas de tejido
• Están palmitoilados en C-terminal, por donde se unen a la membrana y dimerizan l formando homodímeros.