Biocemol 8

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Curso de Biología Celular y Molecular de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia, Universidad Nacional Micaela Bastidas de Apurímac.

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Biocemol 8

  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC CARRERA PROFESIONAL DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA TRANSPORTE DE IONES Y MOLÉCULAS A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS CELULARES MSc. NILTON CESAR GOMEZ URVIOLA
  2. 2. FUNCIONES DE LA MEMBRANA 1) Estructural. Aísla a la célula del medio extracelular. Delimita la forma d l célula. P l f de la él l Permite d f it deformaciones, que algunas serán i l á pasajeras como los pseudópodos y otras permanentes como las microvellosidades, cilios y flagelos. Posee estructuras de adhesión que une unas células con otras. 2) Intercambio de sustancias. 3) Formación e intercambio de vesículas.
  3. 3. 4) Transferencia de información. La comunicación celular es necesaria para la relación de la célula, se realiza a través de moléculas que actúan como mensajeros, que son reconocidos por receptores específicos de membrana. 5) Adhesión celular. Varios tipos de proteínas transmembrana como el colágeno (integrina), unen físicamente los componentes del citoesqueleto con las moléculas de las matrices extracelulares.
  4. 4. 6) Identidad celular. La membrana posee proteínas de histocompatibilidad, que explican los fenómenos de afinidad o rechazo de transplante de órganos y transfusiones de sangre etc., q que reconocen en la superficie de la célula a moléculas p propias o extrañas. Los oligosacáridos del glucocáliz, actúan en el reconocimiento celular y son responsables de la unión a virus, toxinas, etc. virus toxinas etc
  5. 5. COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA BICAPA LIPÍDICA
  6. 6. DESCRIPCION DE LA SUPERFICIE CELULAR 1) Microvellosidades o microvilli. Son evaginaciones digitidiformes de la membrana plasmática. Revisten la superficie de algunas células incrementando su capacidad de absorción como es el caso del epitelio intestinal. Una sola célula del epitelio del intestino delgado tiene varios miles de ellas. La forma se p g mantiene gracias a un haz de filamentos de actina que forma el eje central. MICROVELLOSIDADES INTESTINALES
  7. 7. 2) Pliegues vaso-laterales o interdigitaciones. Son invaginaciones profundas de la superficie basal o lateral de las células Las podemos encontrar en las células. células tubulares renales, células de glándulas secretoras. 3) Cilios. Proyecciones móviles superficiales que participan en el transporte de sustancias o moléculas por la superficie.
  8. 8. PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LAS MEMBRANAS Diversos mecanismos permiten la transferencia de cargas eléctricas, principalmente iones, a través de la membrana, haciendo posible no sólo la comunicación entre ambos espacios sino la generación de determinadas espacios, señales biológicas. Todas las células poseen una diferencia de potencial entre el interior y el exterior celular que se denomina potencial de membrana y que se debe a la existencia de gradientes de concentración iónica a ambos lados de la membrana y a diferencias en la permeabilidad relativa de la membrana celular a las distintas especies iónicas presentes.
  9. 9. EL IMPULSO NERVIOSO
  10. 10. MECANISMOS DE TRANSPORTE CELULAR La membrana celular separa el líquido intracelular del líquido extracelular y a través de ella se realiza el transporte de sustancias conservándose las distintas concentraciones entre ambos líquidos. Líquido t Lí id extracelular: plasma, lí id i t ti i l lí id que b ñ a l célula. l l l líquido intersticial, líquido baña la él l
  11. 11. En biología celular se denomina transporte de membrana al conjunto de mecanismos que regulan el paso de solutos, como iones y pequeñas moléculas, a través de membranas biológicas, esto es, bicapas lipídicas que posee p ote as e beb das e e as poseen proteínas embebidas en ellas.
  12. 12. Una característica de las membranas biológicas, es l f la facultad d permitir l lt d de iti la permeabilidad de ciertas sustancias pero no de otras (SEMIPERMEABILIDAD)
  13. 13. REQUISITOS PARA EL PASO DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA Presión Concentración Temperatura p Solubilidad
  14. 14. Para que el paso de sustancias a través de la membrana se produzca, es necesario la existencia de una fuerza impulsora entre ambos l d i l t b lados d l membrana, l cual de la b la l puede ser de diferente naturaleza: diferencia de presión, diferencia de concentración, potencial eléctrico, etc. Una vez establecido el flujo, el diferente grado de paso de unas sustancias respecto de otras se p produce por criterios físicos (tales como el tamaño p ( del poro) o químicos (como la solubilidad y difusión en la membrana etc ) membrana, etc.).
  15. 15. La termodinámica, estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. F t i i t Factores como l la temperatura, presión, pH, entre otros, pueden producir cambios en el uso de energía metabólica.
  16. 16. • Las células requieren nutrientes del exterior y deben eliminar sustancias de desecho procedentes del metabolismo y mantener su medio interno estable. p • La membrana presenta una permeabilidad selectiva, ya que permite el paso de DETERMINADAS pequeñas moléculas. • Los mecanismos de transporte pueden verse en el siguiente esquema:
  17. 17. Difusión simple Difusión facilitada (compuestos no polares, a (a favor de un gradiente favor d gradiente de f de di d electroquímico) concentración) Transporte activo primario TE (en contra de un gradiente NSPORT electroquímico) POS DE TRAN Transporte de iones mediado por un ionóforo (a favor de gradiente electroquímico) q ) TIP E Canal iónico (a favor de Transporte activo secundario gradiente (en contra del gradiente electroquímico) electroquímico, dirigido por un ión que se mueve a favor de su gradiente)
  18. 18. TRANSPORTE PASIVO A favor del gradiente electro químico TRANSPORTE ACTIVO Transporte en contra del gradiente electro químico
  19. 19. 1. TRANSPORTE PASIVO. Siempre sucede a favor del gradiente de co ce t ac ó , concentración, es decir, de la zona de mayor concentración a la de menor dec , a o a ayo co ce t ac ó a e o concentración. Ocurre espontáneamente y sin gasto de energía, con el fin de igualar las distintas concentraciones, cargas eléctricas y presiones, cesando cuando la diferencia del flujo es igual a 0. Tipos de transporte pasivo: Difusión Osmosis
  20. 20. OSMOSIS. Es el flujo de agua a través de una membrana semipermeable (sabiendo que deja pasar el agua pero no el soluto ó moléculas) que va a ir de un compartimento donde la concentración de soluto es menor hacia otro donde la concentración es mayor. Presión osmótica, es la fuerza que va a impulsar el paso de las moléculas de agua desde los compartimentos más diluidos hacia los mas concentrados concentrados. Depende del número de partículas disueltas por unidad de volumen. 1. 1 Soluciones isoosmóticas igual presión osmótica isoosmóticas, osmótica. 2. Solución hiperosmótica, mayor presión osmótica. 3. Solución hipoosmótica, menor presión osmótica. p , p
  21. 21. Respuestas de células animales y vegetales a cambios en la osmolaridad del medio Lodish et al. 2004
  22. 22. DIFUSION. Se debe a la tendencia de algunas sustancias en solución a distribuirse uniformemente por todo el espacio disponible, depende de 3 factores: 1. De la diferencia de concentración o diferencia de gradiente eléctrico. 2. 2 De la capacidad que tenga esa molécula para atravesar la membrana membrana. 3. De la cantidad de superficie de membrana que tengamos disponible para que esa partícula pueda pasar.
  23. 23. A) Difusión simple (ó difusión de moléculas liposolubles): la molécula pasa por sí misma a través de la bicapa lipídica, por ej. El O2, CO2, urea, el benceno, otros. Se difunden más rápido cuanto menor es la molécula y mayor su liposolubilidad (naturaleza no polar – hidrofóbica). Las moléculas hidrofílicas también pueden difundirse, pero requieren no estar cargadas eléctricamente y poseer un t tamaño pequeño ( t ñ ñ (metanol, etanol y el glicerol). El agua puede l t l l li l) d atravesar la bicapa.
  24. 24. B) Difusión facilitada: Cuando se requiere el pasaje de iones, aminoácidos, monosacáridos, y otras moléculas de mayor tamaño y cargadas eléctricamente, tiene que ser mediante una proteína o carrier que atraviese la membrana, en general son proteínas de paso múltiple, vale decir que la cadena polipeptídica recorre el espesor de la membrana varias veces. Las proteínas transportadoras son específicas, en el sentido de que transporta un solo tipo de molécula, y es capaz de discriminar incluso diferentes tipos de aminoácidos o de monosacáridos entre sí. La difusión facilitada se hace siempre a favor del gradiente electroquímico. Los transportadores movilizan diversos iones y moléculas a través de las membranas cel lares Se han identificado tres tipos de transportadores celulares. transportadores: uniportadores, antiportadores y simportadores.
  25. 25. A ByC Transportan un único Acoplan el movimiento de un ion o molécula en tipo de moléculas a contra de su gradiente de concentración con el favor del gradiente de a o de g ad e e movimiento de uno o más iones diferentes a o e o u o ás o es d e e es concentración favor de su gradiente de concentración. Estas mediante difusión proteínas a menudo son llamadas facilitada. Ejm. El paso cotransportadoras, en alusión a su capacidad de glucosa y para transportar dos solutos diferentes aminoácidos. simultáneamente.
  26. 26. Lehninger. Lehninger Principios de Bioquímica Bioquímica. © 2006 Ed. Omega. 4/e
  27. 27. CANALES IÓNICOS Transportan iones inorgánicos Difieren de transportadores en: - Mayor velocidad de flujo - No se saturan - Responden a una señal celular Dos tipos: a) Dependientes de voltaje Na+ K+ Ca2+ b) D Dependientes d li di t de ligando d Receptor nicotínico de acetilcolina
  28. 28. a) Canales iónicos dependientes de voltaje Canal de Na+ Canal de K+ Stryer. Bioquímica. © 2007 Ed. Reverté. 6/e
  29. 29. b) Canales iónicos dependientes de ligando Libera ENTRA N + y SALE K + = DESPOLARIZACION = ENTRA C 2+ Na Ca Neurotransmisor
  30. 30. IONOFOROS La palabra ionóforo significa "llevar iones" y se refiere a la acción de algunos fármacos de ayudar a los iones, como el sodio y el potasio a pasar por las membranas celulares. Son pequeñas moléculas hidrofóbicas que se disuelven en la bicapa lípidica y aumenta la permeabilidad de determinados d i d iones. i Ejm. Ej La L Monensina, Lasolacida, Valinomicina, Gramicidina, etc.
  31. 31. IONÓFOROS Antibióticos bacterianos que f ilit el t A tibióti b t i facilitan l transporte de iones i t d i inorgánicos á i Valinomicina Transportador móvil a spo tado ó Formador de canales o ado ca a es K+ Gramicidina A
  32. 32. 2. TRANSPORTE ACTIVO. Transporte de sustancias a través de la membrana en contra del gradiente de concentración, es decir de la región de menos concentración a mas concentración. Es un transporte “cuesta arriba” que requiere energía metabólica aportada por el ATP. El paso a través de la membrana es posible gracias a la acción de una proteína transportadora o carrier, que se une al sustrato en la parte externa de la membrana celular y lo introduce en la célula. Tiene iguales características que con el otro carrier de la difusión facilitada, pero la diferencia es que en esta si hay gasto de energía. Tipos: a. Primario b. Secundario
  33. 33. Primario. Cuando el transporte activo tiene lugar acoplado directamente al gasto de energía por ejemplo la bomba Na+K+ q e acopla el transporte de energía, Na+K+, que Na+ hacia el exterior con el transporte de K+ hacia el interior, ambos en contra de su gradiente. El proceso se realiza con consumo de ATP. Las proteínas que g p p q intervienen se denominan “bombas”, siendo las más importantes las que transportan los cationes Na y K. K+ Na+
  34. 34. Secundario. Algunas moléculas como la glucosa ó aminoácidos entran en la g g célula mediante un transporte acoplado con la entrada de Na+. Son moléculas que son transportadas en contra de gradiente, aprovechando una situación creada por el transporte activo primario. El elemento más importante que motoriza el cotransporte a través de la membrana plasmática es el sodio, cuyo gradiente favorable, a su vez, produce gasto de energía. En algunas ocasiones la sustancia (glucosa - enterocitos ó epitelio renal) es introducida contragradiente junto con el sodio (simportador). En otras células la entrada de sodio (antiportador) se utiliza para extraer al otro elemento, como el intercambiador de sodio – calcio de los cardiocitos. Los glucósidos digitálicos, como la ouabaína, inhiben la bomba de sodio – potasio.
  35. 35. SIMPORTADOR Ó PARALELO Lumen intestinal Capilares Na+-glucosa cotransporte unidireccional Monotransporte de Glucosa Glucosa Gl Glucosa )-ATPasa Célula de borde en cepillo Figura 10-24. Fundamentals of Biochemistry.2/e (Voet) © 2006 John Wiley & Sons
  36. 36. ANTIPORTADOR Ó ANTIPARALELO Lehninger. Principios de Bioquímica. © 2006 Ed. Omega. 4/e
  37. 37. TRANSPORTE DE MOLECULAS DE ELEVADA MASA MOLECULAR 1. ENDOCITOSIS: Se ingieren partículas en contacto con receptores externos de la membrana celular, la cual se invagina envolviéndolos. La zona invaginada se desprende de la superficie interior formando una vacuola que queda en el citoplasma. FAGOCITOSIS: Cuando l célula i i FAGOCITOSIS C d la él l ingiere partículas grandes y se tí l d forman endosomas de mas de 250 nanómetros. PINOCITOSIS: Cuando se ingieren líquidos y moléculas menores para formar vesículas menores de 30 nanómetros. 2. EXOCITOSIS: Transporte de sustancias o procesos mediante el cual p p moléculas grandes como proteínas, péptidos, lipoproteínas... son secretadas p por las células. La membrana de la vesícula se fusiona con la membrana plasmática dejando el contenido fuera y la envoltura celular intacta.
  38. 38. ENDOCITOSIS EXOCITOSIS
  39. 39. ENDOCITOSIS MEDIADA POR UN  RECEPTOR TRANSCITOSIS

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