Funciones de la Membrana Funciones PDF

Funciones de la membrana Dr. Basilio Saucedo  FLUIDEZ DE LA MEMBRANA Los lípidos de la membrana pueden encontrarse en una fase sólida cristalina o en una fase líquida dependiendo de la temperatura. La temperatura a la cual ocurre el cambio de estado se denom...

Funciones de la membrana Dr. Basilio Saucedo  FLUIDEZ DE LA MEMBRANA Los lípidos de la membrana pueden encontrarse en una fase sólida cristalina o en una fase líquida dependiendo de la temperatura. La temperatura a la cual ocurre el cambio de estado se denomina TEMPERATURA DE TRANSICIÓN. ▪ Altas temperaturas: estado líquido (fluidez) ▪ Bajas temperaturas: estado sólido (viscosidad) Cuanto mayor sea la fluidez de la membrana mayor será la movilidad de los componentes de la misma. La fluidez permite a las membranas cumplir con sus funciones.  Fluidez Viscosidad Los fosfolípidos tienen Los fosfolípidos se pegan entre sí libertad de movimiento. y disminuye la movilidad. La fluidez de la membrana depende de: 1. Temperatura 1. El grado de insaturación de los ácidos grasos (el contenido de dobles enlaces, principalmente cis) 1. La longitud de la cadena hidrocarbonada de los ácidos grasos 1. Colesterol ▪ Mayor temperatura: mayor fluidez ▪ Mayor grado de insaturación: mayor fluidez ▪ Ácidos grasos de cadenas cortas: mayor fluidez ¿Cómo las moléculas de colesterol afectan la fluidez? La respuesta es: DEPENDE… Encima de la temperatura de transición: DISMINUYEN LA FLUIDEZ, ya que al interactuar con los ácidos grasos disminuyen la movilidad de los mismos. Debajo de la temperatura de transición: AUMENTAN LA FLUIDEZ, ya que impiden el apretado empaquetamiento de los fosfolípidos entre sí. Por tanto, las moléculas de colesterol crean una situación de FLUIDEZ INTERMEDIA.  El colesterol mantiene la fluidez cuando disminuye la temperatura. El colesterol también disminuye la permeabilidad de la membrana.  Las células tienen la capacidad de regular la fluidez de su membrana ante condiciones variables controlando el tipo de fosfolípidos que la constituye. Cuando disminuye la temperatura: ▪ Se desaturan enlaces simples para formar dobles enlaces (enzima que participa: desaturasa) ▪ Se transfieren AG de un fosfolípido a otro mediante aciltransferasas. Participan fosfolipasas y aciltransferasas ▪ Se sintetizan nuevos fosfolípidos con AG insaturados Desaturación – transferencia – síntesis Son mecanismos de adaptación ante situaciones adversas.  PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA La membrana es permeable a ciertas sustancias e impermeable a otras, se dice entonces que la membrana es SEMIPERMEABLE, es decir, posee PERMEABILIDAD SELECTIVA. El transporte de solutos se puede realizar directamente a través de la bicapa lipídica o a través de proteínas especializadas (canales o permeasas) y puede o no requerir energía. DIFUSIÓN: ▪ Es un proceso espontáneo mediante el cual una sustancia se desplaza desde una región de concentración elevada a otra de menor concentración. ▪ Se elimina la diferencia de concentración entre ambas zonas. EQUILIBRIO La difusión es impulsada por el energía proveniente del movimiento cinético normal de las moléculas.  GRADIENTE: Es la diferencia de concentración que existe entre 2 compartimientos separados por una membrana. Membrana A B Medio hipertónico Medio hipotónico Mayor concentración Menor concentración de solutos de solutos Mayor concentración Menor concentración de solutos de solutos GRADIENTE Los solutos tienden espontáneamente a moverse A FAVOR DE SU GRADIENTE, desde el sitio de mayor concentración al de menor concentración hasta que se establezca el equilibrio.  Iones extracelulares: Su gradiente es hacia el Na, Ca, Cl interior de la célula Glucosa, AA Su gradiente es hacia el interior de la célula Iones intracelulares: K Su gradiente es hacia el exterior de la célula  El movimiento de solutos a favor del gradiente se denomina transporte pasivo, en tanto que el movimiento en contra del gradiente se denomina transporte activo. A favor del gradiente TRANSPORTE PASIVO Sin gasto de energía Medio Medio hipotónico hipertónico GRADIENTE En contra del gradiente Con gasto de energía TRANSPORTE ACTIVO El movimiento pasivo de solutos siempre ocurre en ambas direcciones (de A a B y de B a A), pero predomina en una dirección. Al flujo resultante se le denomina FLUJO NETO. A B Medio Medio hipertónico hipotónico Mayor concentración Menor concentración de solutos de solutos FLUJO NETO Indica que el movimiento de sustancias al interior de la célula (flujo interno) y hacia afuera de la misma (flujo externo) no está en equilibrio, sino que uno excede al otro. TIPOS DE GRADIENTE: Gradiente químico o gradiente de concentración: Cuando existe diferencia en la cantidad Más solutos Menos solutos de solutos a ambos lados de la membrana. Gradiente eléctrico o gradiente de voltaje: Cuando existe diferencia de cargas eléctricas Más cargas Menos cargas a ambos lados de la membrana. Gradiente electroquímico: Cuando existe diferencia en cantidad de solutos y cargas eléctricas a ambos lados de la membrana. 14 Más solutos y Menos solutos más cargas y menos cargas  La permeabilidad de la bicapa lipídica a los solutos depende de la naturaleza química y del tamaño de los mismos. La bicapa lipídica es permeable a: ▪ Moléculas apolares pequeñas: O2, N2, CO2 (gases) ▪ Moléculas apolares de mayor tamaño: ácidos grasos, esteroides ▪ Moléculas polares pequeñas: H20, urea, glicerol Estas moléculas atraviesan directamente la membrana con gran velocidad. La bicapa lipídica es impermeable a: ▪ Moléculas polares de mayor tamaño: monosacáridos (glucosa), AA ▪ Moléculas cargadas: iones Na, K, Ca, Cl Estas moléculas necesitan mecanismos especiales para atravesar la membrana. O2, N2, CO2 H20, urea, glicerol TIPOS DE TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA: Sin gasto de energía TRANSPORTE PASIVO A favor del gradiente Bidireccional ▪ Difusión simple a través de la bicapa lipídica Difusion simple ▪ Difusión simple a través de canales acuosos(osmosis) Difusion ▪ Difusión facilitada por proteínas transportadoras facilitada: Con gasto de energía TRANSPORTE ACTIVO En contra del gradiente Unidireccional Siempre está mediado por proteínas transportadoras ▪ Transporte activo primario ▪ Transporte activo CFC secundario ▪ Difusión simple: a través de la bicapa ▪ Difusión facilitada: a través de canales acuosos y a través de proteínas transportadoras ▪ Transporte activo  Sin gasto de energía DIFUSIÓN SIMPLE: A favor del gradiente Bidireccional (existe flujo neto) Difunden directamente a través de la membrana: ▪ Moléculas apolares pequeñas: O2, N2, CO2 (gases) ▪ Moléculas apolares de mayor tamaño: ácidos grasos ▪ Moléculas polares pequeñas: H20, urea, glicerol Liposolubles Pequeñas Sin carga La difusión es impulsada por el energía proveniente del movimiento cinético normal de las moléculas. Estas moléculas pasan por los espacios entre los fosfolípidos. El paso del agua a través de la membrana se denomina ÓSMOSIS. Requisito para la ósmosis: membrana semipermeable (deja pasar al agua pero no a los solutos) Se transporta solvente (no soluto) La presencia de solutos no difusibles induce la ósmosis del agua hacia el sitio de mayor concentración de solutos. “LOS SOLUTOS ATRAEN AL AGUA ”  Medio hipotónico AGUA Medio hipertónico (hipoosmótico) (hiperosmótico) ▪ Baja concentración de solutos ▪ Alta concentración de solutos ▪ Alta concentración de agua ▪ Baja concentración de agua El agua sigue su propio gradiente de concentración. Medio hipotónico Medio hipertónico Medio isotónico Célula hipertónica Célula hipotónica Célula isotónica El todos los casos existe movimiento de agua en ambas direcciones. La diferencia está en el flujo neto. Existen proteínas que transportan agua a través de la membrana. Se llaman ACUAPORINAS.  DIFUSIÓN A través de canales FACILITADA: acuosos (canales iónicos) Canales iónicos: Sin gasto de energía A favor del gradiente ▪ Proteínas integrales Bidireccional (existe flujo neto) ▪ Politópicas (múltiple paso) ▪ Específicas para su ión ▪ Bidireccionales ▪ Conformaciones (abierta o cerrada) ▪ No se saturan ▪ Mueven iones a favor del gradiente Importante: los iones se mueven en ambas direcciones, El paso de los iones se pero el flujo neto depende CFC del denomina conductancia. 25 gradiente electroquímico 3 tipos de canales iónicos: (según el mecanismo de apertura) ▪ Canal de potasio 1. Canales iónicos operados por voltaje: ▪ Canal de sodio Su conformación depende de la diferencia de ▪ Canal de calcio carga iónica a ambos lados de la membrana Receptor nicotínico de 2. Canales iónicos operados ligandos: acetilcolina (nAchR) Su conformación depende de la unión de una molécula específica (ligando) intracelular o extracelular 3. Canales iónicos operados mecánicamente: Su conformación depende de fuerzas mecánicas (estiramiento, movimiento) Ach AMPc  El canal se abre debido al cambio en el voltaje a ambos lados de la membrana. Los segmentos S4 detectan los cambios en el voltaje y los segmentos S6 se doblan y se separan para abrir el canal. En la bisagra (la parte que se dobla) se encuentran los AA PRO – VAL – PRO Conformaciones del canal: abierta, cerrada, inactivada Sensor de voltaje Dominio poro Filtro de selectividad La unión de 2 moléculas de Ach determina la apertura del canal y permite el ingreso de iones sodio al interior de la célula.  Sin gasto de energía A favor del gradiente Bidireccional (existe flujo neto) Mediada por proteínas transportadoras Proteínas transportadoras (permeasas o carriers) ▪ Proteínas integrales ▪ Politópicas (múltiple paso) ▪ Específicas ▪ Se saturan (tienen V máxima) ▪ Bidireccionales ▪ Sufren cambios de conformación ▪ Mueven sustancias a favor del gradiente Se transportan por DF: ▪ Monosacáridos (glucosa) ▪ Aminoácidos Difusión facilitada de la glucosa: Gradiente ▪ La glucosa se une a su proteína transportadora (GLUT) hacia el lado extracelular ▪ La proteína cambia de conformación ▪ Se libera la glucosa hacia el interior de la célula En el hígado y en el músculo este transporte depende de la insulina. Hacia el interior Transportador de glucosa: ▪ 5 tipos (isoformas): GLUT 1 a GLUT 5 ▪ Las células que responden a la insulina tienen GLUT 4 ▪ GLUT 4 se encuentra normalmente en el citoplasma almacenado en vesículas ▪ Sólo cuando existe insulina sale a la MP  El exceso de glucosa en sangre (hiperglucemia) estimula la liberación de INSULINA por el páncreas. La insulina desencadena una serie de reacciones en el interior de la célula cuyo efecto es llevar a los transportadores de glucosa a la MP y así favorecer la difusión facilitada de la glucosa.  Con gasto de energía TRANSPORTE ACTIVO: En contra del gradiente Unidireccional Mediada por proteínas transportadoras Primario (bombas) ▪ Proteínas integrales ▪ Politópicas (múltiple paso) ▪ Específicas ▪ Unidireccionales ▪ Sufren cambios de conformación ▪ Mueven sustancias en contra del gradiente En el TA primario la energía deriva directamente de la hidrólisis del ATP o de otro fosfato de alta energía.  ALGUNOS EJEMPLOS Bomba de protones ( H/K ATPasa) Bombas de Calcio Glucoproteina P ( p-170) Bomba de sodio/potasio  Bomba de Sodio – Potasio - ATPasa: ▪ Tetrámero (4 subunidades): 2 alfa y 2 beta ▪ 3 sitios de unión a sodio en el lado citosólico ▪ 2 sitios de unión a potasio en el lado extracelular ▪ Un sitio de actividad ATPasa en el lado citosólico Ouabaína: compite por los sitios de unión al potasio (inhibidor competitivo) Transporta 3 iones sodio al exterior en contra de su gradiente y 2 iones potasio al interior en contra de su gradiente. Es una bomba electrogénica (crea un gradiente de cargas a través de la membrana)  Canal de cloro (RTFQ): Regulador de conductancia transmembrana de la fibrosis quística (CFTR en inglés) Monómero con 5 dominios ▪ 2 dominios transmembrana (con 6 segmentos cada uno) que forman un canal ▪ 2 dominios de unión a nucleótidos (DUN) hacia el interior ▪ 1 dominio regulador (R) hacia el interior (contiene residuos de serina) Es un canal de cloro regulado por AMPc, no es un transportador.  Mecanismo de apertura del canal: 1. AMPc activa a PKA que fosforila las SERINAS del dominio regulador (R) y éste cambia de conformación 2. El cambio de conformación facilita el enlace de los ATP a los DUN 3. La hidrólisis de ATP abre el canal con la consiguiente salida de cloro al exterior  Mutaciones en el gen que codifica el canal de cloro causa la fibrosis quística. Mutación más frecuente: ∆F 508 (se afecta el codón que codifica FEN) La proteína resultante carece de esa FEN en el dominio DUN y el canal no funciona.  NORMAL FIBROSIS QUÍSTICA Cloro Agua Moco Cloro Agua Moco viscoso  Transporte activo secundario Cotransporte: cuando los iones de sodio son transportados fuera de las células mediante transporte activo primario, se suele desarrollar un gran gradiente de concentración de sodio. Este gradiente representa un deposito de energía, esta energía de difusión de sodio puede arrastrar a otras sustancias junto con el a través de la membrana celular.  Sistemas de cotransporte: Sodio-glucosa Sodio-aminoácidos Sodio-potasio-2 cloruros Otros sistemas son: el cotransporte de iones yodo, iones de hierro e iones de urato. Contratransporte de iones de calcio con iones de sodio. Otros mecanismos son el contratransporte de iones cloruro por bicarbonato.  Transporte activo a través de laminas celulares Y ESO ES TODO…..