Transport de Molècules a través de la Membrana PDF

Tema 3. Transport de molècules a través de la membrana Difusió simple. Transport d'ions i de petites molècules: Transport passiu i Transport actiu Unions comunicants: Gap i plasmodesms. 1. Generalitats - Funció de les proteïnes de transport: - Són específiques pel solut o molècula a...

Tema 3. Transport de molècules a través de la membrana Difusió simple. Transport d'ions i de petites molècules: Transport passiu i Transport actiu Unions comunicants: Gap i plasmodesms. 1. Generalitats - Funció de les proteïnes de transport: - Són específiques pel solut o molècula a transportar, tot i que alguns soluts poden travessar per diverses proteïnes. - Tipus de transport mediat per proteïnes: - Transport passiu: sense despesa energètica; les molècules es mouen a favor del gradient de concentració (igualar concentracions). - Transport actiu: amb despesa energètica; permet el moviment en contra del gradient de concentració. En una mateixa membrana poden coexistir diferents tipus de transport i una mateixa molècula pot ser transportada per diversos mecanismes. - Difusió i transport essencial: - Algunes molècules poden difondre’s directament sense proteïnes de transport. → molècules petites poden passar per difusió simple - El transport és clau per l’absorció de nutrients i processos complexos com pensar o moure’s. - Importància de les proteïnes de transport: permet distribuir equilibradament les concentracions internes i externes de soluts a la cèl·lula. 2. Difusió simple Les molècules travessen la membrana a favor del gradient de concentració per equilibrar concentracions, sense proteïnes de transport ni despesa energètica. - Molècules que fan difusió simple: - Petites i hidrofòbiques: travessen fàcilment les cues dels fosfolípids (CO₂, hormones). - Petites i polars sense càrrega: poden travessar, però no és comú (H₂O, urea, glicerol). - Grans i polars sense càrrega: poden travessar, però amb més dificultat (glucosa, sacarosa). Utilitzen altres mètodes. - Ions o molècules hidratades no travessen per difusió simple, requereixen de proteïnes o canals. - Exemple: O₂ i CO₂ passen per la membrana dels eritròcits per equilibrar concentracions en els teixits i els pulmons. - Tipus de gradients: - Gradient químic: diferència en concentració de soluts. - Gradient elèctric: diferència en càrrega. 3. Difusió facilitada (T. Passiu) - El transport es dona mitjançant proteïnes transmembrana multipas. - Transport específic, cada proteïna transporta uns soluts. 3.1. Transport passiu mediat per permeases (carriers) -Hi ha interacció entre substrat-proteïna. Solut: macromolècules i ions inorgànics. -Té un canvi de conformació espontani: s’obre cap a dins o cap a fora. El solut sempre es transporta a favor de gradient (igualar concentracions de solut). Exemple: Transport de glucosa - GLUT1 (travessa la membrana fins a 12 vegades - hèlix a)  3.2. Canals (iònics) - Transport d’ions inorganics: Na+, K+, Cl-, Ca2+. - Altament selectius: segons mida i càrrega - Canals molt estrets i normalment tancats - Porus transmembranals grans - No s’aturen i no permeten la saturació -Gasten gradient electroquímic. -Excepcions: Porines (no selectius)/Aquaporines (transp. H2O a favor de gradient, son específics) Unions GAP (canals que connecten dues cel veïnes). CANALS D’OBERTURA I TANCAMENT REGULAT: Regulats per voltatge -Canvi en el potencial elèctric, deixa de tenir potencial de membrana en repòs i s’obre la proteïna. Es troben en cèl·lules sensibles a l’electricitat: neurones, cèlules musculars... Ex: Canal Na+ a Neurones: PM positiva per fora i negativa al citosol. En repòs el Canal Na+ està tancat. Degut a un estímul la cèl·lula es despolaritza (potencial d’acció) → es positivitza l’interior. El canal s’obre perquè ha rebut l’estímul del voltatge (el Na+ entra a favor de gradient per fer més positiu l’interior). S’inactiva per parar el procés perquè sinó seria molt positiu. Es repolaritza (es torna a tancar). o Propagació unidireccional del potencial d’acció: Procaïna (novocaïna) → Anestèsic local que tanca temporalment els canals icònics en la membrana plasmàtica de les cèl·lules sensorials i neurones → No es genera potencials d’acció. o Com es recupera el potencial de membrana? (REPOLARITZACIÓ) ▪ Bomba N+ - K+: expulsa Na+ fora ▪ Obertura dels canals de K+ d’obertura i tancament aleatori: expulsa K+ fora ▪ Obertura canals de K+ regulats per voltatge d’obertura retirada: expulsa K+ fora ▪ Inactivació dels canals de Na+ regulats per voltatge: no entra més Na+  Na+ -Mb despolaritzada -El sodi entra a favor de gradient – entrada de carrega + -bloqueig del canal – periode refractori -3 estats configuracionals Regulats per lligand (Unió a transmissor químic) -Es dona a les proteïnes que reben els impulsos nerviosos de les neurones: neurotransmissors, regulats per transmissor químic. Ex: Canals Na+ regulats per acetilcolina → Primer l’impuls nerviós canvia el voltatge i fa que s’obri canal de Ca2+, entra Ca2+ i fa que la vesícula sinàptica es fusioni i surti acetilcolina per exocitosi, és el transmissor químic, activa la proteïna regulada per estímul químic, entra Na+ es despolaritza i els canals per voltatge es van obrint inactivant i tancant, enviant els estímuls de manera unidireccional. Els neurotransmissors tornen a la cèl·lula, fora de vesícules. El verí de cobra i curare → s’uneixen al receptor de la proteïna de transmissor i bloquegen la despolarització de la cèl·lula. La cocaïna → interfereix en la eliminació de la dopamina (o neurotransmissors). Prolonga l’estada de la dopamina a la clivella sinàptica (espai entre neurones). Regulats mecànicament Estrès mecànic: una força física (s’estreny) fa que s’obrin les portes i s’obrin. Ex: Canals de cations als estereocilis de cèl·lules de l’oïda → Quan la membrana tectorial vibra es mouen els estereocilis, quan són inclinats es permet l’entrada d’ions carregats positivament i es despolaritza. CANALS D’OBERTURA I TANCAMENT ALEATORI: Els K+ de la bomba Na+- K+ surten per canals de fugida de K+, canals aleatoris (estableixen el potencial de membrana). Generació del potencial de membrana: el PM és la diferencia de potencial de l’interior i de l’exterior de la cèl·lula. Canals fugida de K+ deixen a la MP exterior càrrega + i a l’interior càrrega -. Una cèl·lula en repòs esta a -60mV. Quan tendeix cap a 0, la cèl·lula es despolaritza (potencial d’acció) interior menys negatiu o fins i tot positiu (de -20 a +50mV). Difusió simple vs difusió facilitada per proteïnes: La constant de Michaelis-Menten (KM): És la concentració de substrat a la que la velocitat de reacció és la meitat de la velocitat màxima. Comparant els valors en un mateix substrat es pot saber quin mètode de transport és millor. 4. Transport Actiu - TRANSPORTADORS (bombes) -Hi ha despesa energètica, tant a favor com en contra de gradient. -HIDRÒLISI 1 ATP (ATP→ADP) 4.1. Transport Actiu Primari -Despesa d’ATP imprescindible perquè funcioni - permet transportar en contra de gradient. ATPases tipus P (“phosphorylation”) -- Bomba de Na+ i K+ -Es troba a la membrana plasmàtica de cèl·lules animals -Per funcionar s’ha de fosforilar -És cíclic (100 cicles/segon) → si bloquegem algun pas, la resta no pot ocórrer. *El 30% de l’ATP de la cèl·lula està destinat a això. COM FUNCIONA? 1. El Na+ s’uneix a la bomba (es troba de forma oberta en el citosol) 2. Hidròlisi d’ATP → fosfat hidrolitzat fa canviar la conformació de la bomba: el centre actiu està obert cap a fora 3. Els 3 Na+ s’alliberen a l’espai extracel·lular i s’uneixen els 2 K+ 4. Desfosforilació → s’allibera el K+ dins de la cèl·lula 5. Es torna a començar FUNCIONS: Regular la osmolaritat Cèl·lules animals → alta concentració ions dins la cèl·lula → immensa quantitat d’aigua que hauria d’entrar → la cèl·lula reventaria. *La bomba sodi-potassi allibera ions cap a fora de la cèl·lula i ajuda a mantenir una concentració de Na+ baixa dins de la cèl·lula. Impulsar el transport actiu secundari Transporta una molècula en contra de gradient, mentre transporta una altra molècula a favor de gradient. Funció electrogènica Estableix el potencial de membrana en repòs → depèn del moviment del K+ a través dels canals de fugida de K+ i del gradient de K+ generat per la bomba de sodi i potassi. -Es genera una diferència de càrrega a banda i banda de la membrana cel·lular: interior cel. carregat negativament respecte l'exterior. -Quan el K⁺ surt de la cèl·lula, deixa enrere una càrrega negativa, contribuint a mantenir l'interior més negatiu. -La bomba expulsa 3 Na⁺ fora de la cèl·lula per cada 2 K⁺ que entren, mantenint així l'equilibri i reforçant la càrrega negativa interna. --Bomba de Ca2+ -Es troba a la membrana plasmàtica de cèl·lules animals -El calci (Ca²⁺) s'emmagatzema al reticle sarcoplasmàtic de les cèl·lules musculars. Estímul → obre els canals de calci → alliberació de Ca²⁺ al citosol → activació dels filaments d’actina i miosina = contracció del múscul. Bomba de Ca²⁺ fosforilada (activa → canvi conformació) → recull Ca²⁺ del citosol i l’emmagatzema al reticle = relaxació muscular. *Quan es desfosforila, permet el retorn de Ca²⁺ a l'exterior. -1 cicle = transport 2 ions Ca²⁺. --Bomba de H+ (protons) -Es troben en bacteris, fongs i cèl·lules vegetals (mb orgànuls). -Funció: regula el pH intracel·lular i impulsa el transport actiu secundari. →Treu protons de l’interior de la cèl·lula i després poden tornar a entrar →Genera potencial de membrana. ATPasa tipus V --Bomba de H+ (protons) -Es troben en cèl·lules animals (lisosomes i vesícules secretòries) i vegetals (vacúols). -Per canviar de conformació no necessiten la fosforilació, només Energia -Funcions: -Elimina H+ en el metabolisme cel·lular i acidifica el contingut dels lisosomes i vacúols. -Manté el pH baix per activar enzims hidrolítiques. --Bombes de tipus ABC o Proteïna MDR1 -Es troba al fetge, intestí i ronyons -Expulsa toxines endògenes del metabolisme (bilis, llum intestinal i orina) → fora de la cèl. -Elimina fàrmacs hidrofòbics (similitud amb l’estructura de toxines) → fàrmacs de quimioteràpia *En un 40% dels càncers, les cèl·lules tumorals sobreexpressen el gen MDR1 i les substàncies tòxiques són expulsades més ràpidament (+ proteïna MDR1, + capacitat d’expulsió)→El fàrmac no arriba a concentracions suficients dins de la cèl·lula tumoral per ser efectiu = resistència al tractament. -Utilitza l’energia de la hidròlisi de 2 molècules d'ATP per expulsar substàncies tòxiques, però sense requerir fosforilació directa de la proteïna. o Proteïna PfPgh-1 -Es troba al vacúol digestiu del paràsit Plasmodium falciparum → malària -Elimina les toxines generades durant la proteòlisi dins del vacúol digestiu. -Expulsa fàrmacs hidrofòbics → fàrmac cloroquina (tractar la malària). -Amplificació del gen PfPgh-1 → el paràsit sobreexpressa la proteïna PfPgh-1 → expulsa la cloroquina més ràpidament del vacúol → resistència al tractament *impedeix que la cloroquina s’acumuli en concentracions suficients per ser efectiva. o Proteïna CFTR - Canal de Cl- FIBROSI CÍSTICA o 1/2500 o Mucositat espessa en determinats teixits epitelials (pulmons; cel sudoripares; melsa....) o Obstrucció respiratòria i infeccions bacterianes o Gen FC codifica per la PROTEÏNA CFTR 4.2. Transport Actiu Secundari -Despesa d’energia indirecta →s’aprofita l’E consumida per transportar una molècula a favor de gradient per colar una altra en contra de gradient -Pot ser antiport, simport o uniport: Fonts d’energia: Membrana plasmàtica de cèl·lula animal: gradient de NA+ Membrana plasmàtica de bacteris, fongs i cèl·lula vegetal: gradient de H+ Simport transport transepitelial Na+- Glucosa Canvi de conformació de manera espontània i reversible només si estan les dues molècules o cap (si només hi ha una no passa) →Epiteli intestinal (teixit polaritzat). Antiport Na+- Ca2+ → Abundant a la mb plasmàtica del múscul cardíac Antiport Na+- H+ → S’utilitza un Na+ per eliminar un protó de la cèl·lula i així regular el pH del citosol de la eucariota i eliminar H+ del metabolisme de la cèl·lula.