Fisiología: Temas 3 PDF

FISIOLOGÍA Grado en Fisioterapia Curso académico: 2024-2025 TEMA 3 MEMBRANA PLASMÁTICA. LÍQUIDO INTRACELULAR Y MEDIO INTERNO. Ismael Pérez Suárez, PhD Facultad de Ciencias de la Salud Univers...

FISIOLOGÍA Grado en Fisioterapia Curso académico: 2024-2025 TEMA 3 MEMBRANA PLASMÁTICA. LÍQUIDO INTRACELULAR Y MEDIO INTERNO. Ismael Pérez Suárez, PhD Facultad de Ciencias de la Salud Universidad Europea de Canarias [email protected]  CONTENIDOS Transporte de sutancias Excitación celular Potencial de membrana en reposo Cambios en el potencial de membrana TRANSPORTE DE SUSTANCIAS  TRANSPORTE DE SUSTANCIAS DINÁMICA DE MEMBRANAS  TRANSPORTE DE SUSTANCIAS GRADIENTE ELECTROQUÍMICO A través de las membranas biológicas existen gradientes electroquímicos: ✓ Químicos: por la diferencia de concentración de sustancias a ambos lados. ✓ Eléctricos: por la diferencia de carga entre ambos lados. Las sustancias se mueven siguiendo su gradiente químico desde el lugar de mayor concentración al de menor concentración. Si son moléculas cargadas (iones) se moverán también siguiendo el gradiente eléctrico (hacia la zona de carga opuesta).  DINÁMICAS DE MEMBRANAS MOVIMIENTO DE AGUA A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS: ÓSMOSIS El agua en el cuerpo se mueve libremente entre el LIC y el LEC. El movimiento neto de agua se da hasta que la concentración de sustancias en los distintos compartimentos se iguala, alcanzando entonces el equilibrio osmótico. Equilibrio osmótico  DINÁMICAS DE MEMBRANAS MOVIMIENTO DE AGUA A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS: ÓSMOSIS ÓSMOSIS: movimiento de agua a través de una membrana semipermeable en respuesta a un gradiente de concentración: el agua se mueve desde el compartimento más diluido hasta el más concentrado. El movimiento neto de agua se para cuando se alcanza el equilibrio osmótico.  DINÁMICAS DE MEMBRANAS MOVIMIENTO DE AGUA A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS: ÓSMOSIS ÓSMOSIS: movimiento de agua desde la solución más diluida a la más concentrada. PRESIÓN OSMÓTICA: presión que se debe ejercer sobre una solución para contrarrestar las ósmosis.  DINÁMICAS DE MEMBRANAS MOVIMIENTO DE AGUA A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS: TONICIDAD TONICIDAD (Tonikos, relativo al estiramiento) describe un medio o solución y el modo en que esta solución afectaría al volumen celular si se diera el proceso de ósmosis hasta alcanzar el equilibrio osmótico.  DINÁMICAS DE MEMBRANAS MOVIMIENTO DE AGUA A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS: TONICIDAD ¿Cómo es el medio extracelular respecto a la célula? ¿Cómo cambia el volumen celular según los cambios del medio extracelular? ¿Hacia dónde se mueve el agua por ósmosis?  DINÁMICAS DE MEMBRANAS MOVIMIENTO DE AGUA A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS: TONICIDAD ¿Cómo es el medio extracelular respecto a la célula? ¿Cómo cambia el volumen celular según los cambios del medio extracelular? ¿Hacia dónde se mueve el agua por ósmosis?  DINÁMICAS DE MEMBRANAS MOVIMIENTO DE AGUA A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS: TONICIDAD H2O NaCl (0.9%) NaCl (2%)  DINÁMICAS DE MEMBRANAS MOVIMIENTO DE AGUA A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS: ACUOPORINAS Movimiento de agua por ósmosis. Facilitado por ACUOPORINAS (poros proteicos en la mebrana celular).  TRANSPORTE DE SUSTANCIAS DINÁMICA DE MEMBRANAS  TRANSPORTE PASIVO DIFUSIÓN SIMPLE Es el movimiento de moléculas desde un área de mayor concentración a otra que está menos concentrada. ✓ Se realiza a favor de gradiente de concentración: del más concentrado al menos. ✓ Hay movimiento hasta que se igualan las concentraciones. ✓ Proceso pasivo (no requiere energía).  TRANSPORTE PASIVO DIFUSIÓN SIMPLE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA Por difusión simple atraviesan la membrana moléculas liposolubles y moléculas de pequeño tamaño y sin carga como el O2 y el CO2. Puede ser bidireccional (la dirección depende del gradiente).  TRANSPORTE PASIVO DIFUSIÓN FACILITADA Transporte a través de membrana mediado por proteínas transportadoras. CANALES TRANSPORTADORES El transporte se realiza a favor de gradiente de concentración. Para el paso de sustancias HIDROSOLUBLES. Puede ir hacia ambos lados, en función del gradiente. Transporte activo  TRANSPORTE PASIVO DIFUSIÓN FACILITADA: CANALES IÓNICOS Los canales iónicos son proteínas formadas por varias subunidades transmembrana que forman un poro a través del cual pasan los iones (a favor de gradiente). Son selectivos para un único ion o grupos de aniones o cationes (filtro de selectividad).  TRANSPORTE PASIVO DIFUSIÓN FACILITADA: CANALES IÓNICOS Los canales iónicos son muy heterogéneos y pueden realizarse múltiples clasificaciones: ✓ Según el tipo de ion que deja pasar: K+, Na+, Ca2+. ✓ Según la localización: canales de la membrana plasmática, canales del retículo, canales de membrana… ✓ Según los mecanismos de apertura: Canales abiertos: canales de fuga (leak channels). Canales de compuerta: canales cuya apertura depende de estímulos.  TRANSPORTE PASIVO DIFUSIÓN FACILITADA: CANALES IÓNICOS Canales de compuerta, tipos:  TRANSPORTE PASIVO DIFUSIÓN FACILITADA: CANALES IÓNICOS Canales de compuerta Canal de Na+ La apertura y cierre de compuertas conllevan cambios de conformación de estas proteínas de tipo canal. El movimiento de los iones es a favor de su gradiente electroquímico. Canal de K+  TRANSPORTE PASIVO DIFUSIÓN FACILITADA: PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS Existen proteínas transportadoras que permiten que las moléculas (no iones) como la glucosa o los aminoácidos atraviesen las membranas plasmáticas a favor de gradiente. La proteína transportador se abre hacia un compartimento y luego hacia el otro pero nunca se mantiene abierta como un poro.  TRANSPORTE PASIVO DIFUSIÓN FACILITADA: PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS Ejemplo de difusión facilitada: transporte de glucosa a través del transportador GLUT.  TRANSPORTE PASIVO DIFUSIÓN SIMPLE VS DIFUSIÓN FACILITADA Efecto de la concentración de sustancia sobre la velocidad de difusión:  COMUNICACIÓN CELULAR DINÁMICA DE MEMBRANAS  TRANSPORTE ACTIVO TRANSPORTE ACTIVO MEDIADO POR PROTEÍNAS Movimiento de moléculas a través de la membrana por medio de proteínas transportadoras que permiten el movimiento desde la zona de MENOR concentración a la zona de MAYOR concentración (contra gradiente). ✓ Acentúa las diferencias de concentración entre el LEC y el LIC: mantiene los gradientes. ✓ Requiere una fuente externa de energía, en función del tipo de energía puede ser: a) Activo primario b) Activo secundario  TRANSPORTE ACTIVO TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO (DIRECTO) Transporte en el que la energía se obtiene de la escisión de ATP u otro compuesto de fosfato de alta energía. Muchos transportadores activos primarios son conocidos como ATPasas: hidrolizan ATP en ADP y Pi liberando energía utilizable. Ejemplo: Na+-K+ ATPasa o bomba Na+-K+ Transportador activo primario más importante en células animales. Utiliza la energía del ATP para bombear Na+ hacia fuera y K+ hacia dentro. Pi = fosfato inorgánico  TRANSPORTE DE SUSTANCIAS TRANSPORTE VESICULAR: ENDOCITOSIS ENDOCITOSIS FAGOCITOSIS PINOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTOR  TRANSPORTE ACTIVO Fagocitosis TRANSPORTE VESICULAR: ENDOCITOSIS Endocitosis mediada por receptor  TRANSPORTE DE SUSTANCIAS TRANSPORTE VESICULAR: EXOCITOSIS Exocitosis para la secreción de sustancias celulares TRANSPORTE DE SUSTANCIAS  TRANSPORTE EPITELIAL MOVIMIENTO A TRAVÉS DE LAS CÉLULAS Las moléculas atraviesan las células epiteliales desde la luz del intestino o del riñón al LEC en el lado opuesto. ✓ A través de la célula epitelial: TRANSPORTE TRANSEPITELIAL. ✓ Entre células epiteliales: TRANSPORTE PARACELULAR.  COMUNICACIÓN INTERCELULAR COMUNICACIÓN ENTRE CÉLULAS La comunicación entre células es de naturaleza química (mayoritariamente) o eléctrica. Los receptores son proteínas clave para reconocer señales e iniciar las respuesta celulares. La comunicación entre células puede ser local o a distancia.  COMUNICACIÓN INTERCELULAR COMUNICACIÓN ENTRE CÉLULAS La comunicación a larga distancia utiliza una combinación entre: ✓ Señales eléctricas y químicas transportadas por las células nerviosas. ✓ Señales químicas transportadas por la sangre. EXCITACIÓN CELULAR  EXCITACIÓN CELULAR Las membranas celulares permiten la comunicación intercelular por poseer: ✓ Potencial de reposo. ✓ Canales iónicos. Diferencia de potencial es la diferencia de carga eléctrica entre dos puntos, permite el movimiento de iones cargados positivamente a favor de gradiente. Membrana polarizada es aquella cuyas superficies exterior e interior tienen diferente carga eléctrica. Potencial de membrana en reposo = diferencia de voltaje entre ambos lados de la membrana por diferente concentración iónica (-40 a -90 mV). Causas: ✓ Distribución ≠ de iones entre LIC y LEC. ✓ Permeabilidad de K+ (50 a 100 veces) > Na+ a ambos lados. EXCITACIÓN CELULAR La membrana lipídica de la célula separa carga eléctrica. Los iones cargados (electrólitos), disueltos en los líquidos intracelulares y extracelulares, están separados de manera asimétrica por la membrana celular. Hay más cargas negativas (aniones) que positivas (cationes) en el interior celular, lo que genera un voltaje transmembranal. Energía eléctrica almacenada lista para ser utilizada cuando la célula la necesite. Tal como en una batería o pila.  EXCITACIÓN CELULAR Todas las células tienen potencial de membrana pero no todas pueden generar un potencial de acción (células nerviosas y musculares son autoexcitables y capaces de generar impulsos electroquímicos y transmitir señales). POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO  POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO Aunque la totalidad del organismo es eléctricamente neutra, la difusión y el transporte activo de iones a través de la membrana celular crean un gradiente eléctrico, con el interior de la célula negativo con respecto al LEC.  POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO El gradiente eléctrico entre el LEC y el LIC se conoce como diferencia del potencial de membrana en reposo. El movimiento de un ion a través de la membrana celular es influido por el gradiente electroquímico para ese ion. El potencial de membrana que se opone exactamente al gradiente de concentración de un ion se conoce como potencial de equilibrio (Eion). El potencial de equilibrio para cualquier ion se puede calcular con la ecuación de Nernst. En la mayoría de las células vivas, el K+ es el ion primario que determina el potencial de membrana en reposo. Los cambios de la permeabilidad de la membrana a iones como el K+, Na+, Ca2+, o el Cl- alteran el potencial de membrana y crean señales eléctricas.  POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO (Vm) POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO (Vm) EN TODAS LAS CÉLULAS VIVAS Todas las células vivas tienen un potencial de membrana en reposo, porque existe un desequilibrio eléctrico a través de las membranas entre el LIC y el LEC.  POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO (Vm) POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO (Vm) EN TODAS LAS CÉLULAS VIVAS Existe una diferencia de potencial eléctrico entre el exterior (LEC) y el interior celular, potencial de membrana en reposo (Vm): se da en periodos entre potenciales de acción en células excitables. El interior de la membrana tiene una diferencia de potencial con respecto al exterior de entre 30-90 mV (ej.: -70 mV).  POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO (Vm) ¿CÓMO SE MIDE EL POTENCIAL DE MEMBRANA (Vm)? El voltaje de membrana de la célula se mide en el lado interno (hacia el LIC) con respecto al de la solución extracelular.  POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO (Vm) ¿QUÉ DETERMINA EL POTENCIAL DE MEMBRANA DE UNA CÉLULA? El gradiente de concentración (gradiente químico) existente a través de la membrana. El gradiente eléctrico existente a través de la membrana. La permeabilidad de la membrana a los distintos iones (canales abiertos). Los distintos iones (Na+, K+, Cl-, Ca2+…) contribuyen al potencial de membrana de la célula tratando de llevar este potencial a su propio equilibrio.  POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO (Vm) POTENCIAL DE EQUILIBRIO PARA UN ION (Eion) Eion = potencial de membrana en el que las fuerzas eléctricas y químicas que actúan sobre el ion son iguales y opuestas. Potencial (mV) que se opone al gradiente de concentración del ion.  POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO (Vm) POTENCIAL DE EQUILIBRIO PARA UN ION (Eion) Eion = potencial de membrana en el que las fuerzas eléctricas y químicas que actúan sobre el ion son iguales y opuestas. Potencial (mV) que se opone al gradiente de concentración del ion.  POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO (Vm) POTENCIAL DE EQUILIBRIO PARA UN ION (Eion) Ecuación de Nerst para el potencial de equilibrio de un ion. Dónde: 61 es 2,303·RT/F* a 37º y z= carga eléctrica para el ion (+1 para el sodio). La ecuación de Nerst asume que la célula es libremente permeable solo al ion que se estudia. Sin embargo, esto no ocurre así en los seres vivos, al potencial de membrana en reposo contribuyen varios iones.  POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO (Vm) ¿QUÉ DETERMINA EL POTENCIAL DE MEMBRANA DE UNA CÉLULA? Cada ion de membrana trata de conducir su potencial de membrana hacia su propio potencial de equilibrio. Los iones con permeabilidades altas en reposo contribuirán más al potencial de membrana.  POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO (Vm) ¿QUÉ DETERMINA EL POTENCIAL DE MEMBRANA DE UNA CÉLULA? 1) Distribución desigual de iones (a través de la membrana). 2) Diferencia de permeabilidad a estos iones. 3) Contribución de la bomba Na+-K+.  POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO (Vm) ¿QUÉ DETERMINA EL POTENCIAL DE MEMBRANA DE UNA CÉLULA? 1) Distribución desigual de iones (a través de la membrana): Na+: predominan fuera. K+: predominan dentro. Cl-: predominan fuera. A- (aniones-proteínas): solo dentro.  POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO (Vm) ¿QUÉ DETERMINA EL POTENCIAL DE MEMBRANA DE UNA CÉLULA? 2) Diferencia de permeabilidad a estos iones En reposo, la membrana es más permeable al K+ (K+: ion que más contribuye al potencial de reposo). En reposo, en las células excitables como las neuronas predominan los canales de fuga de K+ (K+ leak channels). Las salidas de K+ son mayores que las entradas de Na+ (existe permeabilidad selectiva).  POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO (Vm) ¿QUÉ DETERMINA EL POTENCIAL DE MEMBRANA DE UNA CÉLULA? 3) Contribución de la bomba Na+-K+ Responsable indirectamente del potencial de membrana en reposo ya que contribuye a mantener los gradientes iónicos para el Na+ y el K+ de los cuales depende el potencial de membrana en reposo y el funcionamiento de las células. Contribución electrogénica directa: la negatividad en el interior de las células se favorece al extraer 3 cargas positivas e introducir 2 cargas positivas.  POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO (Vm) EN LAS CÉLULAS EXCITABLES SE DAN CAMBIOS EN EL POTENCIAL DE MEMBRANA CON RESPECTO AL REPOSO Se producen por cambios en la permeabilidad de la membrana a los iones (se abren y se cierran los distintos canales iónicos). Los cambios, que son señales o mensajes celulares pueden ser: DESPOLARIZANTES HIPERPOLARIZANTES BIBLIOGRAFÍA  BIBLIOGRAFÍA SILVERTHORN, D.U. Fisiología Humana, Un enfoque integrado, 8a edición. Ed. Médica Panamericana. 2019. TORTORA GJ, DERRICKSON B.: Principios de Anatomía y Fisiología. Ed. Panamericana. 15o edición. 2018. GANONG, Fisiología Médica, 25a ed. Mc Graw Hill education, 2016. GUYTON Y HALL, Tratado de Fisiología Médica, 13a ed. Editorial Elsevier Castellano, 2016. LINDA S. COSTANZO. Fisiología. Ed. Elsevier. 7 aEdición. 2019 MULRONEY, S. Netter. Fundamentos de fisiología. Ed. Elsevier. 2a Edición. 2016 KATCH, MCARDLE Y KATCH. Fisiología del ejercicio. Editorial Médica Panamericana. Madrid. 2015 THIBODEAU, G.A. Y PATTON, K.T. Estructura y función del cuerpo humano. Editorial Elsevier. Barcelona. 2012