TEMA 9.2 Membrana Plasmàtica; Transport - PDF

BIOLOGIA TEMA 9: Membrana plasmàtica CEL·LULAR  TEMA 9: Membrana plasmàtica BIOLOGIA 9.1 ESTRUCTURA 9.2 TRANSPORT...

BIOLOGIA TEMA 9: Membrana plasmàtica CEL·LULAR  TEMA 9: Membrana plasmàtica BIOLOGIA 9.1 ESTRUCTURA 9.2 TRANSPORT CEL·LULAR 1. Difusió simple 2. Transport mediat per proteïnes 2.1. Transport passiu mediat per permeases * GLUT1 2.2. Transport actiu mediat per transportadors 2.2.1. Bomba Na+/K+ - Osmolaritat cel·lular - Transport actiu secundari o acoblat Na+ glucosa - Generació del potencial de membrana 2.2.2. Bomba Ca2+ 2.3. Transport passiu mediat per canals iònics 3.1. Canals d’obertura i tancament aleatori * Canals de fugida de K+ * Generació del potencial de membrana 3.2. Canals d’obertura i tancament regulat * Per voltatge: canals de Na+ de la membrana neuronal * Per unió a transmissor químic: unió neuromuscular * Per estrès mecànic: cèl·lules de l’oïda interna  Tema 9.2.2 Transport a través de membrana Tipus de transport DIFUSIÓ SIMPLE DIFUSIÓ FACILITADA PERMEASES CANALS TRANSPORTADORS G R Tema 9.2. Transport a través de membrana A D I E N T Transport Transport passiu actiu Tots aquests tipus de transport ocorren a l’hora a les membranes de les cèl·lules. A més a més, una mateixa molècula pot ser transportada de diferents maneres. Per exemple, el sodi pot ser transportat per canals d’ions o per la bomba sodi-potassi.  1. Difusió Simple 1. DIFUSIÓ SIMPLE EXEMPLE: Transport d’oxigen i diòxid de carboni a través No necessita proteïnes de T de la membrana dels eritròcits No hi ha despesa d’energia Transport a favor de gradient Quines molècules poden ser transportades per difusió simple? Tema 9.2. Transport a través de membrana  Diferències entre la difusió simple i la facilitada per proteïnes Constant de Michaelis- Menten (KM) Concentració de substrat a la que la velocitat de Tema 9.2. Transport a través de membrana reacció és la meitat de la velocitat màxima ESPECIFICITAT de DIRECCIÓ de DESPESA VELOCITAT de solut transport ENERGÈTICA transport No necessita Proporcional al Difusió SIMPLE (A) Sense despesa E proteïnes de T A favor de gradient gradient Depèn de proteïnes Amb despesa E Més elevada, però Difusió FACILITADA A favor de gradient de T → T SELECTIU (D) o sense despesa es satura (nombre (B, C, D) o en contra de solut E (B, C) de T)  2. Difusió facilitada 2. DIFUSIÓ FACILITADA Què passa si el gradient canvia? Tema 9.2. Transport a través de membrana ESTRUCTURA Proteïnes transmembrana Proteïnes transmembrana Proteïnes transmembrana multipàs multipàs multipàs TRANSPORT Específic Específic Específic UNIÓ AL Sí No Sí SUBSTRAT ENERGIA Transport passiu Transport passiu Transport actiu (1ari o 2ari) SOLUTS Macromolècules i ions Ions inorgànics Macromolècules i ions inorgànics inorgànics EXEMPLES Transport de glucosa Canals iònics de Na+, K+, Cl-, Bomba Na+-K+ Ca2+, HCO3-, PO43- Bomba de Ca+ TA2: Simport Na - glucosa  2.1. Transport passiu mediat per permeases 2.1 PERMEASES Transport de glucosa per la glucosa permeasa o GLUT GLUT1-GLUT12 12 hèlix α Canvi conformació espontània Mb p de molts tipus cel·lulars FUNCIÓ: Importació de GLUCOSA dins de les cèl·lules a favor de gradient de concentració Tema 9.2. Transport a través de membrana Transport de glucosa en eritròcits GLUT 1 Manolescu et. Al. (2007). Facilitated Hexose Transporters: New Perspectives on Form and Function. Phisiology vol. 22 no. 4 234-240  2.1. Transport passiu mediat per permeases 2.1 PERMEASES Transport de glucosa per la glucosa permeasa o GLUT GLUT1-GLUT12 12 hèlix α Canvi conformació espontània Mb p de molts tipus cel·lulars FUNCIÓ: Importació de GLUCOSA dins de les cèl·lules a favor de gradient de concentració Tema 9.2. Transport a través de membrana Transport de glucosa en eritròcits GLUT 1 Com es manté el gradient favorable? P Hexocinasa Diferents teixits → Diferents GLUTs (KM diferents) → diferent eficiència absorció glucosa  2. Difusió facilitada 2. DIFUSIÓ FACILITADA Tema 9.2. Transport a través de membrana ESTRUCTURA Proteïnes transmembrana Proteïnes transmembrana Proteïnes transmembrana multipàs multipàs multipàs TRANSPORT Específic Específic Específic UNIÓ AL Sí No Sí SUBSTRAT ENERGIA Transport passiu Transport passiu Transport actiu (1ari o 2ari) SOLUTS Macromolècules i ions Ions inorgànics Macromolècules i ions inorgànics inorgànics EXEMPLES Transport de glucosa Canals iònics de Na+, K+, Cl-, Bomba Na+-K+ Ca2+, HCO3-, PO43- Bomba de Ca+ TA2: Simport Na - glucosa  2.2. Transport actiu mediat per transportadors 2.2 TRANSPORT MEDIAT PER TRANSPORTADORS (ACTIU) Dues formes d’impulsar el transport actiu: Tema 9.2. Transport a través de membrana Transport actiu Transport actiu PRIMARI SECUNDARI SIMPORT ANTIPORT  2.2. Transport actiu mediat per transportadors Quina concentració d’ions hi ha en un estat fisiològic normal de la cèl·lula? Tema 9.2. Transport a través de membrana Ca2⁺ Cl⁻  2.2. Transport actiu mediat per transportadors 2.2 TRANSPORT MEDIAT PER TRANSPORTADORS (ACTIU) T.A. PRIMARI: Bomba impulsada per ATP (ATPases) Tema 9.2. Transport a través de membrana V-type F-type  2.2.1 BOMBA Na+/K 2.2.1 - BOMBA (ATPasa) Na+/K+ La bomba sodi-potassi va ser descoberta als anys 50 per un científic danès, Jens Christian Skou, que va ser guardonat amb el Premi Nobel al 1997. OUABAÏNA Tema 9.2. Transport a través de membrana Mb.p. de gairebé totes les cèl·lules animals Genera un GRADIENT de Na+ (fora) i K+ (dins) cèl·lula En CONTRA de gradient → Consumeix el 30% ATP cel·lular 1ATP → transport 3 Na+ / 2K+ Cíclica: 100x/s  2.2.1 BOMBA Na+/K 2.2.1 - BOMBA (ATPasa) Na+/K+ Funcionament cíclic de la bomba Na+/K+ 1. Unió de Na + intracel·lular 2. Hidròlisi d’ATP 3. Fosforilació de la bomba = canvi conformacional = alliberació del Na+ 4. Unió del K + extracel·lular 5. Defosforilació de la bomba = canvi conformaciónal Tema 9.2. Transport a través de membrana 6. Alliberació del K + Mb.p. de gairebé totes les cèl·lules animals Genera un GRADIENT de Na+ (fora) i K+ (dins) cèl·lula En CONTRA de gradient → Consumeix el 30% ATP cel·lular 1ATP → transport 3 Na+ / 2K+ Cíclica: 100x/s  2.2.1 BOMBA Na+/K 2.2.1 - BOMBA (ATPasa) Na+/K+ Funcions de la bomba FUNCIONS DE LA BOMBA Na+/K+ 1. Mantenir el volum de les cèl·lules animals. 2. Impulsar el transport actiu secundari o acoblat 3. Funció electrogènica Tema 9.2. Transport a través de membrana  2.2.1 BOMBA Na+/K 2.2.1 - BOMBA (ATPasa) Na+/K+ FUNCIONS DE LA BOMBA Na+/K+ 1- Mantenir el volum de les cèl·lules animals (regulació OSMOLARITAT) Osmolaritat: concentració d’un solut (osmols/L) = nombre de mols d'una substància que contribueixen a la pressió osmòtica d'una solució/L Osmosi: moviment net de l’aigua a través d’una membrana semipermeable degut a les diferències de concentració d’un solut a ambdós costats de la mateixa Tema 9.2. Transport a través de membrana  2.2.1 BOMBA Na+/K 2.2.1 - BOMBA (ATPasa) Na+/K+ FUNCIONS DE LA BOMBA Na+/K+ 2. Afavoreix el transport actiu secundari o acoblat Tema 9.2. Transport a través de membrana  2.2.1 BOMBA Na+/K 2.2.1 - BOMBA (ATPasa) Na+/K+ FUNCIONS DE LA BOMBA Na+/K+ 2. Afavoreix el transport actiu secundari o acoblat Exemple: Transport de Na+ acoblat a glucosa a les cèl·lules de l’epiteli intestinal Tema 9.2. Transport a través de membrana 2 conformacions (A i B) Unió cooperativa Si 2 units o 2 buits = canvi de conformació Quan està obert a l’interior és més difícil que s’hi uneixi el Na+ (perquè n’hi ha menys) i si no s’hi uneixen els dos soluts, no hi ha canvi de conformació.  2.2.1 BOMBA Na+/K 2.2.1 - BOMBA (ATPasa) Na+/K+ FUNCIONS DE LA BOMBA Na+/K+ Cèl·lules epitelials intestinals: encarregades 2. Afavoreix el transport actiu secundari o acoblat d’absorbir la glucosa del a dieta. Aquesta glucosa ha d’arribar a l’espai extracel·lular per tal de que arribi a la sang i/o a d’altres cèl·lules. Transportador Na-Glucosa T.A. 2ari Glu Na+ De quin tipus de ALTA TA2 estem parlant? Per què no fan servir la GLUT? Tema 9.2. Transport a través de membrana Baixa concentració Na+ ALTA Permeasa GLUT T. Passiu  2.2.1 BOMBA Na+/K 2.2.1 - BOMBA (ATPasa) Na+/K+ FUNCIONS DE LA BOMBA Na+/K+ 3. Contribueix a establir el potencial de membrana en repòs Per què el potencial en repòs El potencial de la membrana cel·lular en repòs (-60 mV) és la diferència és més proper al del K+? de potencial entre l’interior i l’exterior de la cèl·lula Membrana només permeable al K+ Membrana només permeable al Na+ 3 Equilibri electroQ K+: - 98 mV 3 Equilibri electroQ Na+: + 67 mV A favor de K+ gradient Q Na+ Tema 9.2. Transport a través de membrana 1 Equilibri 1 EQ 2 2 IN CELL OUT CELL IN CELL OUT CELL A favor de gradient E  2.2.1 BOMBA Na+/K 2.2.1 - BOMBA (ATPasa) Na+/K+ FUNCIONS DE LA BOMBA Na+/K+ 3. Contribueix a establir el potencial de membrana en repòs Membrana permeable al K+ i al Na+ amb bomba Na+/K+ funcionant El potencial de mb. de les cèl·lules depèn, principalment, del moviment del K+ a través dels canals de fugida de K+ Tema 9.2. Transport a través de membrana i, per tant, del gradient de K+ generat per la bomba Na+-K+  2. Difusió facilitada 2. DIFUSIÓ FACILITADA Tema 9.2. Transport a través de membrana ESTRUCTURA Proteïnes transmembrana Proteïnes transmembrana Proteïnes transmembrana multipàs multipàs multipàs TRANSPORT Específic Específic Específic UNIÓ AL Sí No Sí SUBSTRAT ENERGIA Transport passiu Transport passiu Transport actiu (1ari o 2ari) SOLUTS Macromolècules i ions Ions inorgànics Macromolècules i ions inorgànics inorgànics EXEMPLES Transport de glucosa Canals iònics de Na+, K+, Cl-, Bomba Na+-K+ Ca2+, HCO3-, PO43- Bomba de Ca+  2.2.1 Transport actiu mediat per transportadors 2.2 TRANSPORT MEDIAT PER TRANSPORTADORS (ACTIU) T.A. PRIMARI: Bomba impulsada per ATP (ATPases) Tema 9.2. Transport a través de membrana V-type F-type  2.2.2 Bomba de Ca²⁺ BOMBES DE Ca2+ FUNCIÓ: mantenir concentracions molt baixes de Mb p cèl·lules animals calci (10⁻⁷ M) al citosol (senyalitzador). Mb RES a les cèl·lules musculars Tema 9.2. Transport a través de membrana La bomba de Ca2+ suposa el 90% de la proteïna de membrana del RES El REL de les cèl·lules no musculars també tenen bomba de Ca2+, però en molta menor quantitat.  2.2.2 Bomba de Ca²⁺ BOMBES DE Ca2+ FUNCIÓ: mantenir concentracions molt baixes de Mb p cèl·lules animals calci (10-7 M) al citosol (senyalitzador). Mb RSC a les cèl·lules musculars Si ↑Ca2+ al citosol de les neurones = alliberació de vesícules Si ↑Ca2+ al citosol de les cèl·lules musculars = contracció muscular Tema 9.2. Transport a través de membrana Sinapsi neuronal motora Cèl·lula muscular https://www.youtube.com/watch?v=BVcgO4p88AA&ab_channel=AlilaMedicalMedia  3.3 Canals 2. DIFUSIÓ FACILITADA Tema 9.2. Transport a través de membrana ESTRUCTURA Proteïnes transmembrana Proteïnes transmembrana Proteïnes transmembrana Porus aquós multipàs multipàs “portes” multipàs TRANSPORT Específic Específic Específic UNIÓ AL Sí No Sí SUBSTRAT ENERGIA Transport passiu Transport passiu Compte! Gasten Transport actiu gradient! (1ari o 2ari) SOLUTS Macromolècules i ions Ions inorgànics Macromolècules i ions inorgànics inorgànics EXEMPLES Transport de glucosa Canals iònics de Na+, K+, Cl-, Bomba Na+-K+ Ca2+, HCO3-, PO43- Bomba de Ca+ TA2: Simport Na - glucosa  3.3 Canals 2. DIFUSIÓ FACILITADA Aquaporines Tema 9.2. Transport a través de membrana ESTRUCTURA Proteïnes transmembrana = Porus aquós multipàs “portes” TRANSPORT Específic = UNIÓ AL No = SUBSTRAT ENERGIA Transport passiu = SOLUTS Ions inorgànics Només aigua! EXEMPLES Canals iònics de Na+, K+, Cl-, Aquaporines Ca2+, HCO3-, PO43-  3.3 Canals TIPUS CANALS Tancament i obertura Tancament i obertura A L E AT Ò R I A REGULADA Lligand Voltatge Mecànic Tema 9.2. Transport a través de membrana Alternança en l’obertura i tancament Ex: Canals d’entrada de Na+ Canals de Canals de Na+ Canals catiònics Canals de fugida de K+ Na+ regulats als estereocilis per AC Generen el potencial de membrana  3.3.1 Canals d’obertura i tancament aleatori: generació de potencial de M Generació del potencial de membrana El potencial de la membrana de la cèl·lula és la diferència de potencial entre l’interior i l’exterior Temps = 0 Potencial mbr = 0 Tema 9.2. Transport a través de membrana  3.3.1 Canals d’obertura i tancament aleatori: generació de potencial de M Generació del potencial de membrana El potencial de la membrana de la cèl·lula és la diferència de potencial entre l’interior i l’exterior Bombes Increment [K+]int Na+/K+ Potencial mbr = 0 Tema 9.2. Transport a través de membrana  3.3.1 Canals d’obertura i tancament aleatori: generació de potencial de M Generació del potencial de membrana El potencial de la membrana de la cèl·lula és la diferència de potencial entre l’interior i l’exterior Sortida K+ Canals K+ Interior negatiu vs exterior Tema 9.2. Transport a través de membrana Canal de Na+  3.3.1 Canals d’obertura i tancament aleatori: generació de potencial de M Generació del potencial de membrana El potencial de la membrana de la cèl·lula és la diferència de potencial entre l’interior i l’exterior Sortida K+ Canals K+ Interior negatiu vs exterior Potencial elèctric en repòs -20mV / -200mV Tema 9.2. Transport a través de membrana Potencial d’acció Cèl·lula despolaritzada Interior menys negatiu o fins i tot positiu -20 i +50 mV  3.3.1 Canals d’obertura i tancament aleatori Com assegurem l’especificitat del canal? Tancament i obertura Mida A L E AT Ò R I A D de l’ió Na+ = 1,9 Å D de l’ió K+ = 2,6 Å Tema 9.2. Transport a través de membrana Alternança en l’obertura i tancament Filtre de selectivitat Ex: Canals d’entrada de Na+ Càrrega Canals de fugida de K+ Grups específics oxígens carboxílics grups cetònics.  3.3 Canals TIPUS CANALS Tancament i obertura Tancament i obertura A L E AT Ò R I A REGULADA Lligand Voltatge Mecànic Tema 9.2. Transport a través de membrana Alternança en l’obertura i tancament Ex: Canals d’entrada de Na+ Canals de Canals de Na+ Canals catiònics Canals de fugida de K+ Na+ regulats als estereocilis per AC  3.3.2 Canals d’obertura i tancament regulada per VOLTATGE Canals regulats per voltatge Mb p cèl·lules excitables elèctricament Només s’obren en resposta a un canvi de potencial de membrana (menys - o +) Generen un POTENCIAL D’ACCIÓ Molts tipus i específics Molt sensibles als canvis de potencial → tenen Tema 9.2. Transport a través de membrana dominis proteics amb càrrega Exemple: Canal Na+ membrana neurones Responsables de la transmissió de senyals elèctrics  3.3.2 Canals d’obertura i tancament regulada per VOLTATGE Canals regulats per voltatge Exemple: Canal Na+ membrana neurones Responsables de la transmissió de senyals elèctrics Tema 9.2. Transport a través de membrana Transmissió d’estímul elèctric = Propagació del potencial d’acció = Despolarització al llarg de l’axó  3.3.2 Canals d’obertura i tancament regulada per VOLTATGE Canals regulats per voltatge Exemple: Canal Na+ membrana neurones Responsables de la transmissió de senyals elèctrics Tema 9.2. Transport a través de membrana  3.3.2 Canals d’obertura i tancament regulada per VOLTATGE Canals regulats per voltatge Exemple: Canal Na+ membrana neurones Responsables de la transmissió de senyals elèctrics Tema 9.2. Transport a través de membrana  3.3.2 Canals d’obertura i tancament regulada per VOLTATGE Canals regulats per voltatge Exemple: Canal Na+ membrana neurones Responsables de la transmissió de senyals elèctrics Tema 9.2. Transport a través de membrana  3.3.2 Canals d’obertura i tancament regulada per VOLTATGE Canals regulats per voltatge Exemple: Canal Na+ membrana neurones Responsables de la transmissió de senyals elèctrics Tema 9.2. Transport a través de membrana  3.3.2 Canals d’obertura i tancament regulada per VOLTATGE Canals regulats per voltatge Exemple: Canal Na+ membrana neurones Per què ens cal Responsables de la transmissió de senyals elèctrics l’estat “d’inactivació”? Tema 9.2. Transport a través de membrana  3.3.2 Canals d’obertura i tancament regulada per VOLTATGE Canals regulats per voltatge Propagació unidireccional del potencial d’acció PROCAÏNA (NOVOCAÏNA) ANESTÈSIC local Tanca temporalment canals iònics en la mbr pl. de les cèl·lules sensorials i neurones NO es generen potencials d’acció Tema 9.2. Transport a través de membrana  3.3.2 Canals d’obertura i tancament regulada per VOLTATGE Com es recupera el potencial https://www.youtube.com/watch?v=b2ctEsGEpe0 de membrana? https://www.youtube.com/watch?v=kxnb_TSqmFY Tema 9.2. Transport a través de membrana Extracel·lular Citosol - Bomba Na+-K+ → expulsa Na+ fora de la cèl·lula - Canals de de fugida de K+ “d’obertura i tancament aleatori” → expulsa K+ fora de la cèl·lula - Inactivació dels Canals de Na+ regulats per voltatge → no entra més Na+ - Obertura Canals de K+ regulats per voltatge d’obertura retardada → expulsa K+ fora de la cèl·lula  3.3.2 Canals d’obertura i tancament regulada TIPUS CANALS Tancament i obertura Tancament i obertura A L E AT Ò R I A REGULADA Lligand Voltatge Mecànic Tema 9.2. Transport a través de membrana Alternança en l’obertura i tancament Ex: Canals d’entrada de Na+ Canals de Na+ Canals de Na+ canals catiònics Canals de fugida de K+ regulats per als estereocilis aceticolina  3.3.2 Canals d’obertura i tancament regulada Canals regulats per unió a transmissor químic Transmissió senyal neurona - neurona Tema 9.2. Transport a través de membrana Transmissió senyal neurona – cèl. muscular  3.3.2 Canals d’obertura i tancament regulada Transmissió senyal neurona – cèl. muscular Tema 9.2. Transport a través de membrana Tema 9.2. Transport a través de membrana 3.3.2 Canals d’obertura i tancament regulada  3.3.2 Canals d’obertura i tancament regulada CURARE i VERÍ DE COBRA S’uneixen al receptor impedint la unió de la acetilcolina Bloquegen la despolarització de la cèl·lula muscular Tema 9.2. Transport a través de membrana RELAXANTS MUSCULARS CIRURGIES NO DESPOLARITZADORS: tanquen i bloquegen el canal de sodi regulat per lligand Pancuroni DESPOLARITZADORS: mantenen la cèl·lula muscular despolaritzada Succinilcolina https://www.youtube.com/watch?v=qZ7R88mdLmQ&ab_channel=XavantTechnology  3.3.2 Canals d’obertura i tancament regulada TIPUS CANALS Tancament i obertura Tancament i obertura A L E AT Ò R I A REGULADA Lligand Voltatge Mecànic Tema 9.2. Transport a través de membrana Alternança en l’obertura i tancament Ex: Canals d’entrada de Na+ Canals de Na+ Canals de Na+ canals catiònics Canals de fugida de K+ regulats per als estereocilis aceticolina Transformen vibracions sonores en un senyal elèctric  3.3.2 Canals d’obertura i tancament regulada Canals regulats per estrès mecànic Exemple: Canals de cations als estereocilis de cèl·lules de l’oïda Tema 9.2. Transport a través de membrana òrgan de Corti, situat dins del còclea de l'oïda interna https://www.youtube.com/watch?v=L0BGtPCZ21g