Transport a través de la Membrana PDF

tema-3-Transport-a-traves-de-la-... juliapera Biologia Cel·lular i Histologia 1º Grado en Genética Facultad de Biociencias Universidad Autónoma de Barcelona Reservados todos los derechos. No se permite la explotac...

tema-3-Transport-a-traves-de-la-... juliapera Biologia Cel·lular i Histologia 1º Grado en Genética Facultad de Biociencias Universidad Autónoma de Barcelona Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 TEMA 3: TRANSPORT A TRAVÉS DE LA MEMBRANA INTRODUCCIÓ La membrana plasmàtica és una bicapa lipídica. Els caps dels àcids grassos són hidrofílics i es troben cap a l'exterior, mentre que les cues són hidrofòbiques i es posicionen cap a l'interior de la bicapa (amagant-se de l’aigua exterior, citoplasma… ). Com que les membranes tenen una part hidrofòbica, la majoria de les substàncies no poden travessar-la perquè són hidrofíliques ⇒ per això compten amb les proteïnes transportadores de membrana, per ajudar-les a sortir i/o entrar. *No és el mateix una membrana biològica que una bicapa lipídica sintètica (aquesta no té proteïnes de transport → no pot transportar, moltes les molècules no tenen manera de travessar la bicapa). La membrana permet crear diferents ambients o zones a la cèl., com ara els orgànuls. A causa del seu interior hidrofòbic, la càrrega/potencial que tingui, i el seu elevat grau d'hidratació, la bicapa lipídica d'una molècula és: Permeable (deixa passar) a molècules hidrofòbiques (apolars) com CO2, O2, N2, benzè… mitjançant mecanismes / proteïnes per travessar-la. Parcialment permeable a molècules hidrofíliques (polars), però tenint en compte la seva mida: com més grans (glucosa, sacarosa), menys quantitat podrà passar. És més fàcil el seu transport a través de la mbr si són petites, com H2O o glicerina. Impermeable a ions (H+, Na+, K+, Cl-, etc.). Una molècula amb càrrega no només s’enfronta a la diferència de les membranes, sinó també a la càrrega que hi hagi dins la cèl·lula. També és important que la membrana permet generar gradients electroquímics (direcció en què canvia més ràpidament la concentració, de major a menor, i el potencial elèctric d’una solució no homogènia). → Són una font d’energia, essencial pel transport. Equilibri de concentracions: mateixa quantitat dins que fora. La mida de la molècula del solut a transportar és important. El gradient de concentració també és important. Si no hi ha despesa energètica, un solut passarà amb tendència a igualar la concentració / a FAVOR del gradient (cap a la banda on n’hi ha menys) → aquest intercanvi genera energia, que a la vegada pot ser utilitzada per transportar un altre solut en CONTRA del gradient (per anar en contra de gradient es necessita energia). El gradient també variarà segons la funció de la molècula transportada i el tipus de membrana. 1 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 Una mateixa membrana pot dur a terme diferents transports i múltiples tipus a la vegada. Igual que una sola molècula pot ser transportada per diferents tipus de mecanismes a la vegada. TIPUS DE TRANSPORT Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a) Difusió simple: no és un transport en sí, sinó el moviment de la pròpia cèl. a través de la membrana a favor del gradient (sense energia ni prot. transportadora). b) Transport passiu o difusió facilitada: no consumeix energia; és el moviment d’una molècula a favor del gradient, però a través de proteïnes canal i permeases. c) Transport actiu: es produeix en contra del gradient → requereix energia. D’ON S’OBTÉ L’ENERGIA? ➔ Hidròlisi d’ATP (pel transport actiu primari, gràcies a bombes o ATPases) ➔ Moviment d’una altra molècula (transport acoblat, o en transport actiu secundari per permeases) ➔ Llum (en bacteris) 1. DIFUSIÓ SIMPLE No implica proteïnes de transport ni una despesa d’energia. Simplement la molècula travessa d’un costat a l’altre → la molècula es desplaça a favor del gradient, sense gastar energia. Travessa mitjançant la difusió a través del moviment dels lípids en la mbr. Com més petites i hidrofòbiques siguin les molècules, més facilitat tindran per travessar membranes. No és un transport selectiu. Poden travessar membranes per difusió simple: Aigua (tot i que no és el mecanisme més comú) Gasos, i molècules petites, hidrofòbiques i sense càrrega Petites (< 100 Daltons), sense càrrega, però hidrofíliques (polars) → tmb poden travessar-la. Grans, sense càrrega i polars → poden travessar, però de tant en tant, i no és l'habitual i tarden molt. NO poden: Ions Molècules amb càrrega Velocitat → seguirà una cinètica lineal. Però depèn molt de la mida i del gradient de concentració. 2 Está guay que para cuando acaben los parciales tu cara esté perfecta - Garnier PureActive Biologia Cel·lular i Histologia Banco de apuntes de la a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 1.1 OSMOSI Si hi ha diferència de gradient de concentració elevat d'una molècula que no pot travessar directament la membrana, l’únic mecanisme per igualar les concentracions sense que intervinguin les proteïnes de membrana és mitjançant un procés anomenat osmosi, que succeeix de manera espontània. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Es poden donar tres casos d’aquest fenomen: a) Si la cèl·lula es troba en una solució isotònica (mateixa concentració de soluts que d’una altra solució), no es produeix cap moviment d'aigua. b) Si està en un medi hipertònic (més concentració a l’interior que a l’exterior), l'aigua surt de la cèl·lula, reduint la mida de la cèl. (provocant-ne l'empetitament). En el cas de les cèl·lules vegetals, la membrana es desprèn de la paret cel·lular en un procés anomenat plasmòlisi. c) Si esteu en un medi hipotònic (més concentració a l’exterior que a l’interior), l'aigua flueix cap a l'interior de la cèl·lula, augmentant-ne el volum. Això causa l'estadi (trencament) de la cèl·lula animal → xoc osmòtic. En el cas de la cèl·lula vegetal, gràcies a què està limitada per una paret cel·lular, l'aigua no puja d'un determinat nivell i la cèl. no pot morir. Aquest procés d'inflament s'anomena turgència (responsable p.ex que les plantes es mantinguin alçades). 2. DIFUSIÓ FACILITADA És un transport mediat per proteïnes → cada membrana té un conjunt de proteïnes de transport. El transport passiu es produeix a favor de gradient, no requereix una despesa d’energia, mentre que el transport actiu es produeix en contra del gradient i necessita energia. Els transportadors són proteïnes (canals o permeases (passiu)) que conformen un espai hidrofílic a la membrana perquè puguin passar les molècules impermeables de forma selectiva i específica, o transportadores (actiu). 3 ¿Día de clases infinitas? Masca y fluye - Orbit a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 Diferències entre difusió simple vs difusió facilitada: (A: difusió simple // B: facilitada per canals, C: facilitada per permeases, D: transport actiu) Especificitat de solut: cada proteïna de transport és ESPECÍFICA / SELECTIVA d’un solut. Direcció de transport i despesa energètica: segons la direcció en que viatgi el solut, serà a favor o en contra (transport actiu) del gradient; hi haurà despesa d’energia o no. Velocitat de transport: cinètica enzimàtica. En arribar a la velocitat màxima, és perquè també s’arriba a la saturació de les proteïnes transportadores ⇒ totes estan ocupades, per tant, a partir d’aquell moment la velocitat s’estabilitzarà. - [S]: concentració substrat - KM: concentració de molècules en què la velocitat és la meitat de la Vmàx. - KM molt baixa: millor afinitat enzim-substrat / transportador-molècula transportada - KM molt alta: menor afinitat enzim-substrat / transportador-molècula transportada 4 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 TIPUS de DIFUSIÓ FACILITADA Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 2.1 TRANSPORT PASSIU MEDIAT PER PERMEASES (CARRIERS) Un solut (molècula, etc.) que passa d’una banda a l’altra de la bicapa lipídica a favor del gradient de concentració.No es consumeix ATP / energia ⇒ transport passiu. La membrana passa d’estar oberta d’un costat a l’altre (canvi conformacional de la proteïna), però no regula, no hi ha una despesa energètica associada. Els canvis en la seva conformació alternen entre 2 estats: un on els llocs d'unió del solut estan exposats cap a l'exterior (estat A), i l'altre on s'exposa cap al citosol (estat B). Les permeases transporten: ions molècules amb càrregues molècules polars de mida gran Són proteïnes altament selectives, cada permeasa està especialitzada en transportar un tipus de molècula, ja que canvia la conformació dels seus aminoàcids per deixar-la passar. La permeasa s’uneix a la molècula que serà transportada → en aquest moment és quan pateix una sèrie de canvis conformacionals que permeten la transferència de la molècula. 5 Está guay que para cuando acaben los parciales tu cara esté perfecta - Garnier PureActive a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 Característiques de les permeases: Són proteïnes integrals de membrana, tenen el domini amino i el domini carboxil a l’interior de la mbr. El que les fa diferents unes de les altres són els seus aminoàcids, que fan que la seva permeabilitat canviï. La majoria de permeases (però no sempre) tenen 12 dominis hidrofòbics immersos Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. en la membrana amb un plegament hélice α. Poden ser de dos tipus: ○ Unitransportadores: només poden transportar una molècula. ○ Multitransportadores: poden transportar dues o més molècules. - Simport: ambdues molècules van en el mateix sentit. (acoblat) - Antiport: les molècules van cada una en un sentit diferent. (intercanvi) La velocitat de transport és més ràpida que en la difusió simple, ja que les permeases permet el transport d’entre 10 i 1000 molècules per segon. El transport passiu es realitza d’acord amb una cinètica enzimàtica ⇒ té una v.màx que es dona quan s’arriba al punt de saturació. La posició concreta de la proteïna depèn del gradient de concentració química; és a dir, si una permeasa transporta una molècula que té una concentració més gran al citosol, la permeasa exposarà els llocs d'unió cap a l'interior cel·lular → per tal de transportar les molècules cap a l'exterior i equilibrar el gradient. Exemple: GLUT 1 (Glucosa Permeasa en eritròcits) La glucosa entra a les cèl·lules per sistemes facilitadors de transport (o GLUT) - a favor de gradient. En el cas dels eritròcits, trobem el transportador GLUT1 (KM = 1,5 ⇒ alta afinitat). Un cop la glucosa entra dins la cèl·lula, hi haurà un moment en què la concentració de dins i de fora estarà equilibrada, aixi que una part es fosforil·la i converteix en Glucosa 6-P (diferent de glucosa) perquè el transportador no la reconegui → es mantené la concentració de glucosa de l’exterior superior a la de l’interior, i per tant en pot seguir entrant a favor de gradient. 6 Ojalá tu profesor lo deje todo tan claro como nuestro sérum - Garnier PureActive a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 Exemple 2: Glucosa en cèl·lules neuronals i hepàtiques - GLUT2 (cèls. det fetge): KM = 20 (poca afinitat) - GLUT3 (neurones): KM = 1-2 (molta afinitat) Degut a què les neurones són molt importants i la seva única font d’energia és la glucosa → en menor concentració de glucosa, ja s'activen els seus canals perquè entri. El nostre cos afavoreix les neurones posant el seu KM molt baix, i el de l'altre alt, perquè així no competeixin a l'hora d'agafar els monosacàrids. Després, quan hi ha molta concentració, les portes del GLUT2 obren (el fetge té altres fonts d’energia i la seva funció és l’emmagatzematge de la glucosa, no la necessita essencialment), cosa que significa que les neurones no necessiten tanta glucosa per funcionar → les restes van cap al fetge. 2.2 TRANSPORT PASSIU MEDIAT PER CANALS Els canals no s’uneixen a les molècules, sinó que formen porus híbrids que travessen la membrana. Quan estan oberts, deixen passar determinades molècules. Gasten gradient electroquímic (gradient de concentració + gradient elèctric: diferència en la càrrega elèctrica a banda i banda de la membrana → els ions tendeixen a moure's cap a la regió amb una càrrega oposada → "potencial de membrana"), però no hi ha una despesa energètica associada, viatgen a favor de gradient. 1. Canals iònics: estrets i molt selectius. Encarregats de transportar ions, ja que degut a la seva càrrega no poden travessar directament la membrana. 2. Porus transmembranals: grans i pocs específics o selectius. - Porines: proteïnes que formen canals de membrana externa de bacteris, mitocondris i cloroplasts. - Aquaporines: porines que permeten el pas de molècules d’aigua a gran velocitat en cèl·lules que ho necessiten (com eritròcits). - Unions GAP: també permeten la transferència de petites molècules i ions entre cèl·lules veïnes (els dos citoplasmes queden comunicats) pel canal que es forma gràcies a les connexines. 2.2.1 CANALS IÒNICS Transport passiu d’ions / soluts inorgànics (Na+, K+, Ca2+, etc.), ja que no poden passar per difusió simple perquè tenen càrrega i sovint van hidratats. Els canals són estrets i tenen un filtre molt selectiu: mida (la justa per l’ió que vol passar) i càrrega. Les proteïnes del canal tenen oxígens (dels grups carboxils) que interaccionen amb els ions i els deshidraten, fent-los més petits i permetent que puguin passar pel canal estret. Un cop han passat, es rehidraten. 7 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. La velocitat (també cinètica enzimàtica) d’aquests canals és encara més elevada que la de les permeases, ja que aquestes requereixen un canvi constant de conformació, mentre que els canals només s’han d’obrir i tancar sense haver de modificar-se. Hi ha competència per entrar i/o sortir, i també saturació de les proteïnes dels canals. Els canals no acostumen a estar sempre oberts (a diferència dels porus de membrana). N’hi ha de dos tipus: Obertura i tancament ALEATORIS Obertura i tancament REGULATS, de tres formes diferenciades (per voltatge, per unió a un transmissor químic, i per estrés mecànic) 2.2.1 OBERTURA I TANCAMENT ALEATORIS Contribueixen a establir el potencial de membrana, que depèn principalment del moviment del potassi a través dels canals de fugida de K+ i, per tant, del gradient de potassi generat per la bomba Na+/K+. - Canals de fugida de K+: obertura i tancament aleatoris. Quan estan oberts pot sortir potassi fora de la cèl·lula, i surt a més velocitat de la que entra. 8 Ojalá tu profesor lo deje todo tan claro como nuestro sérum - Garnier PureActive a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 Generació potencial de membrana: El potencial de la membrana de la cèl·lula en repòs és la diferència de potencial entre l’interior i l’exterior. En entrar per la bomba, no canvia el potencial de membrana. En sortir pels canals de potassi, canvia perquè l’interior és més negatiu que l’exterior. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. A nivell de la cèl·lula és difícil notar-ho, però si que es nota localment al voltant de la MP. Generalment, els K+ porten associat un contraió de càrrega negativa, i com no poden passar junts, s'acumula càrrega negativa a l'entrada del canal. Interior MP és elèctricament més negatiu que no l'exterior MP. Potencial elèctric en repòs: -20mV a -200mV, utilitzem -60mV Potencial d’acció: cèl·lula despolaritzada on l’interior és menys negatiu o fins i tot positiu (-20 a +50mV) 9 ¿Día de clases infinitas? Masca y fluye - Orbit a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 2.2.2 OBERTURA I TANCAMENT REGULAT Per VOLTATGE: En estat de repòs, la membrana plasmàtica és negativa a l’interior i positiva a l’exterior. Quan hi ha un canvi de càrrega/voltatge en les membranes, un sensor que es troba en un fragment transmembranal de la proteïna ho detecta i s'obre o es tanca el canal. Només es troben en cèl·lules que es poden estimular elèctricament, com neurones, endocrines, oòcits. 1) En repòs, el canal està tancat (perquè no hi ha un estímul) i interior és més electronegatiu (molt Na+ a fora). 2) Quan rep un estímul elèctric, la cèl·lula es despolaritza perquè l’interior passa a ser menys electronegatiu (més positiu que l’exterior) ⇒ es genera un potencial d’acció. Això fa que el canal s’obri → el sodi pot entrar a favor del gradient electroquímic i compensar el potencial de membrana. 3) L’acumulació de Na+ va despolaritzant la regió del voltant, provocant l’activació del canal contigu. Així és com es transmet l’impuls nerviós. El primer canal dura 1 milisegon obert/actiu, i així els altres … 10 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 4) Després no es torna a tancar immediatament, sinó que ràpidament s’inactiva gràcies a uns segment inactivador de la proteïna que fa de “tap” i no deixar passar més ions de sodi ⇒ el canal deixa de ser sensible al voltatge, per evitar que l’impuls pugui tornar enrere (i que així es propagui unidireccionalment). La cadena està despolaritzada. 5) Quan s’acaba el potencial d’acció i torna a haver-hi un canvi de càrregues, es torna Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a la situació inicial → la cèl·lula es repolaritza, i els canals es tanquen. 6) Per repolaritzar la membrana → s’ha de fer l’interior més electronegatiu. S’aconsegueix gràcies a: ➔ Bomba Na+/K+ → expulsa el Na+ fora de la cèl·lula. ➔ Obertura dels canals de K+ (d’obertura i tancament aleatori) → expulsa el K+ fora de la cèl·lula. ➔ Obertura canals de K+ (regulats per voltatge d’obertura retardada) → expulsa K+ fora de la cèl·lula. ➔ Inactivació dels canals de Na+ (regulats per voltatge) → per a que deixi d’entrar més Na+. Exemple: tot això té una aplicació: la procaïna (anestèsia local) → inactivar temporalment els canals iònics en la membrana de les cèl·lules sensorials i neurones per a interrumpir el dolor. Per UNIÓ A TRANSMISSOR QUÍMIC (ACETILCOLINA): Com passar senyal de neurona a neurona, o de neurona a cèl·lula muscular? Neurona Canals regulats per voltatge Canals regulats per neurotransmissors / lligams Canals regulats mecànicament Cèl. muscular Un cop l’impuls arriba al final de la neurona, hi ha un espai físic, conegut com a clivella sinàptica/hendidura (espai entre neurona i neurona, neurona i cèl·lula muscular), on s’alliberen els neurotransmissors. Quan l’acetilcolina s’uneix al seu receptor, els canals s’obren i passa el sodi, mentre que quan s’allibera, es tanquen. 11 ¿Día de clases infinitas? Masca y fluye - Orbit a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 Exemple procés transmissió senyal entre neurona i cèl. muscular: 1) Arriba un estímul (potencial d’acció), impuls nerviós, al final de la neurona. Això fa que s’obrin els seus canals de Ca2+, que a la vegada fa que les vesícules sinàptiques (contenen el neurotransmissor, en aquest cas l’acetilcolina) surtin i es fusionin amb la membrana plasmàtica de la cèl·lula, i que s’alliberi el neurotransmissor químic a la clivella sinàptica. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 2) El neurotransmissor s’uneix als canals de Na+ regulats (per aquesta acetilcolina). El canal de sodi s’obre i deixa passar Na+ a dins la cèl·lula, cosa que provoca un canvi de potencial de membrana (interior més positiu que l’exterior) → mbr despolaritzada. (*aquest nou potencial d’acció fa continuar l’impuls nerviós (en neurones-neurones) o produeix una contracció muscular (en neurones-cèls. musculars). Els canals de sodi del seu voltant que són sensibles al voltatge també s’obren i deixen passar més sodi. 3) Al seu torn, això provoca que s’obri un dels canals de calci (Ca2+) del costat, també regulat per voltatge, i entra Ca2+ al citosol de la cèl·lula muscular (normalment no hi ha calci dins les cèl·lules). Aquest canal està en contacte amb un altre canal de reserva de Ca2+ ubicat en el reticle sarcoplasmàtic (REL) de les cèls. musculars, i l’activa mitjançant estrès mecànic → també allibera calci al citosol. Aquest augment de calci permetrà la interacció de l’actina i la miosina i produirà la contracció muscular. 4) Els neurotransmissors utilitzats poden ser recaptats i tornar a incorporar-se dins la cèl·lula, o ser degradats per uns enzims. Quan s’acaba tot el procés, també es gasta energia amb bombes Na+/K+ i de Ca2+ per a compensar el potencial de membrana / restablir gradient. Exemples: - Curare i verí de cobra: s’uneixen al receptor impedint la unió de la acetilcolina → bloquegen la despolarització de la cèl·lula muscular. - Cocaïna: actua entre neurona i neurona. Interfereix en l’eliminació de dopamina (neurotransmissor) → prolonga l’estada de dopamina a la clivella sinàptica. (*normalment, un cop acabat el cicle, el neurotransmissor s’elimina per a no tenir la membrana despolaritzada constantment …) 12 Está guay que para cuando acaben los parciales tu cara esté perfecta - Garnier PureActive a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 Per ESTRÈS MECÀNIC: Per força física / impuls mecànic. Exemple de l’oïda: els esterocilis no son tots de la mateixa mida. Els més llargs estan en contacte amb la membrana i quan la membrana vibra (per so, soroll), aquests s’inclinen i el canal s’obre perquè puguin entrar ions. Regulat mecànicament. 2.3 TRANSPORT ACTIU MEDIAT PER TRANSPORTADORES El transport actiu tracta de transportar molècules impermeables en contra del gradient electroquímic; per tant, necessita una aportació energètica per funcionar. a) Primari: transporta molècules en contra del gradient i hidrolitza un ATP per obtenir energia. Les proteïnes transportadores són ATPases o Bombes. b) Secundari: despesa energètica indirecta perquè la molècula es transporta en contra del gradient aprofitant el transport d’una altra molècula a favor del gradient (cotransport). Mitjançant permeases. Consum indirecte d‘ATP. Concentració d’ions fora i dins una cèl·lula: FORA: bastant sodi i una mica menys de clor. Poc potassi i quasi res de calci. DINS: poc sodi, poc clor i gairebé res de calci. Força potassi i altres anions orgànics. Les bombes ajuden a establir aquesta distribució d’ions. 13 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 2.3.1 TRANSPORT ACTIU PRIMARI Hi ha quatre tipus d’ATPases (bombes): a) ATPases tipus P: fosforilació durant el transport (bombes de sodi/potassi, bombes de calci i bombes de protons). b) ATPases tipus V: mouen protons en contra de gradient (a l'interior dels orgànuls) i Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. hidrolitzen ATP. c) ATPases tipus F: mouen protons a favor de gradient i generen ATP (és a dir, ho fan al revés). (en bacteris, mitocondris i cloroplasts → transport de H+ per generar el gradient necessari per la síntesi d’ATP). d) Transportadors ABC: s'uneixen a l'ATP, i poden transportar moltes molècules, no només ions. BOMBA DE SODI I POTASSI (Na+/K+): ATPases tipus P Normalment en l’exterior cel·lular hi ha més Na+ que en l’interior, i en l’interior cel·lular hi ha més K+ que en l’exterior. La seva funció és mantenir aquestes concentracions i el potencial de membrana. Funciona mitjançant canvis conformacionals. Per canviar la conformació (forma) de la proteïna transportadora, necessita la unió del sodi a aquesta i la desfosforilació d’ATP. 1) Inicialment, les transportadores tenen un lloc per la unió d’un ATP, tres llocs per 3 unions d’ions Na+ (alta afinitat) i dos llocs per 2 unions d’ions K+ (baixa afinitat). 2) Quan els Na+ arriben als llocs d'unió, es provoca la hidròlisi d'ATP. D'aquesta hidròlisi obtenim NADH i un grup fosfat → és aquest grup P el que queda unit a la bomba, provocant la fosforilació de la transportadora (ATPases tipus P), i això porta a un canvi conformacional d’aquesta bomba. 3) Després d’aquest canvi conformacional, les afinitats canvien (sodi - baixa / potassi - alta). Així, la transportadora ara exposa els Na+ cap a l’exterior cel·lular, i com que són de baixa afinitat, els allibera. 4) Ara, s’uneixen 2 ions de K+ als seus dos llocs d’unió perquè ara tenen alta afinitat. L'entrada del K+ a l'interior cel·lular fa que la proteïna es torni a desfosforilar → torna a canviar conformacionalment i al seu estat i condicions inicials. Per 1 ATP hidrolitzat a ADP+P → energia pq surtin 3 Na+ i entrin 2 K+, en CONTRA del seu gradient (ja que hi ha més sodi a l’exterior, però igualment surt; i hi ha més potassi a l’interior, però igualment entra). És un funcionament cíclic → si un dels passos no es compleix, res funciona. 100 cicles per segon ⇒ despesa molt gran; un 30% de l’ATP de la cèl·lula és gastat en aquest procés. 14 Está guay que para cuando acaben los parciales tu cara esté perfecta - Garnier PureActive a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. FUNCIONS: Regular l’osmolaritat: concentració d’una dissolució osmòticament activa (osmols/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). → Evita la lisi de la cèl·lula a causa de l’entrada massiva d’aigua i manté una concentració baixa de sodi dins de la cèl·lula. Impulsar el transport actiu secundari. (transportadors acoblats) Funció electrogènica: contribueix a establir el potencial de membrana en repòs. El potencial de membrana de les cèl·lules depèn del moviment del K+ a través dels canals de fugida de K+ (= el potassi que entri a la membrana, tornarà a sortir pels canals de fugida) i, per tant, del gradient de K+ generat per la bomba de sodi i potassi. L’interior està carregat negativament respecte a l’exterior. BOMBA DE CALCI (Ca2+): ATPases tipus P (s’ha de fosforilar) El calci es troba a la membrana del reticle sarcoplàsmic, sobretot de les cèl·lules musculars (per a relaxar el múscul). Aquesta bomba introdueix el calci a l’orgànul, ja que amb despesa energètica, recull el calci del citosol i l’emmagatzema dins del reticle sarcoplàsmic. L’estímul fa que s’obrin els canals de calci, i permet que surti cap al citosol. → L’alliberació de calci (pels canals de calci) al citosol comporta la contracció del múscul perquè afecta els filaments d’actina i miosina. Quan relaxem el múscul, introduïm dins del reticle el calci a través de la bomba. 2 ions de calci. La fosforilació (ATPases tipus P) fa el canvi de conformació. 15 ¿Día de clases infinitas? Masca y fluye - Orbit a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 Funcionament cíclic. BOMBA H+: ATPases tipus P i/o V En cèl·lules animals, es troben en els lisosomes. Són ATPases de tipus V, no P (no requereixen la fosforilació). En cèls. vegetals, als vacúols (i n’hi ha de tipus P i V). 16 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 BOMBES ABC: Es troben en cèls. eucariotes i procariotes transportant molts tipus de molècules i ions. Aquestes proteïnes tenen dos dominis d'unió a l'ATP, que fan que quan s'uneixen es transporti una molècula en contra de gradient mitjançant un canvi conformacional (per la Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. unió i hidròlisi de l'ATP) de la proteïna. Dos exemples: a) Proteïna MDR1 (multidrug resistance 1): Especialitzades en eliminar drogues de l’interior de les cèl·lules (detox cel·lular). Una ATPasa, amb una despesa energètica, treu fora de l'organisme les toxines endògenes que s’han produït dins el propi metabolisme (bilis, llum intestinal, orina…). Algunes cèl·lules tumorals tenen una sobreexpressió d’aquest gen que dona lloc a aquestes proteïnes → hi haurà un número de còpies de MDR1 massa alt, i tindran la capacitat d’eliminar fàrmacs hidrofòbics (pq tenen una estructura similar a les toxines endògenes) → p.ex tractament quimoteràpia per càncers → el 40% dels càncers desenvolupen resistència per sobreexpressió de MDR1. *En condicions normals hi podria haver 3 MDR1 a cada membrana cel·lular. En pacients amb un creixement incrementat del gen que codifica per aquest transportador, en tenen moltes més. Així, quan entri una substància tòxica (quimioteràpia), el transportador la traurà fora de les cèl·lules i, per tant, serà resistent al tractament. b) Proteïna PfPgh-1 (P. falciparum P glycoprotein homolog 1): Expressió: vacúol digestiu Plasmodium falciparum. Eliminació de toxines resultants de proteòlisi vacuolar. Capacitat d’eliminar fàrmacs hidrofòbics (tractament malària (cloroquina)). P. falciparum s’ha fet resistent al tractament (amplificació gen PfPgh-1). 2.3.2 TRANSPORT ACTIU SECUNDARI / ACOBLAT També és un transport en contra de gradient, però és secundari perquè la transportadora no consumeix ATP de forma directa, sinó que aprofita l’energia aportada pel transport a favor de gradient d’una altra molècula (que prèviament havia estat transportada per una altra proteïna transportadora mitjançant transport actiu en contra de gradient, consumint energia). Fonts d’energia (molècules transportades a favor de gradient): - En membranes plasmàtiques de cèl·lules animals: Na+ - En membranes plasmàtiques de bacteris, fongs i cèl·lules vegetals: protons (H+) Les proteïnes que intervenen en aquest transport són les permeases. 17 Ojalá tu profesor lo deje todo tan claro como nuestro sérum - Garnier PureActive a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. El solut vermell a favor del gradient impulsa el transport del solut groc en contra del gradient. No hi ha despesa energètica, no hi ha fosforil·lacio; podem considerar que la despesa energètica és indirecta perquè aprofita energia creada en un altre procés. Depèn de la direcció del transport serà simport (mateixa) o antiport (contraria, una cap a dins la cèl. i l’altre cap a l’exterior cel·lular). Exemple: Assimilació de glucosa La glucosa passa en contra del gradient i el Na+ a favor del gradient. El co-transport funciona gràcies a la bomba de sodi i potassi. Si no entra el sodi (molècula impulsora del transport), no entra la glucosa, no funciona el mecanisme. Quan entren les dues molècules (simport), la proteïna transportadora canvia de confirmació i s’obre cap al citosol, i així s’alliberen els 2 soluts cap a l’interior. Transport transepitelial de glucosa Quan no estem menjant, el nivell de glucosa en el nostre intestí baixa. La concentració en l’intestí (exterior) és més baixa que en les cèl·lules (interior), i en el torrent sanguini també és baixa. La glucosa entra a les cèl·les en contra del gradient, però sortirà per difusió facilitada a favor de gradient des de l’interior fins al torrent sanguini. Es necessitarà GLUT. 18 Ojalá tu profesor lo deje todo tan claro como nuestro sérum - Garnier PureActive a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10858707 19 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.