TEMA 3 BIOCEL (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura BIOLOGÍA CELULAR
Año del apunte 2014
Páginas 16
Fecha de subida 20/10/2014
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TEMA 3. TRANSPORTE A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS.
La presencia de proteínas transmembrana en una membrana biológica permite la entrada específica de sustancias dentro de una vesícula, y por tanto permite seleccionar el material que hay en el interior.
Las moléculas se mueven por gradiente electroquímico, que depende de la concentración y de la electricidad, ya que existe una diferencia de potencial entre fuera y dentro de la célula. Esto forma un almacén de energía potencial.
En estos casos, el transporte depende de la carga de la molécula y de la diferencia de carga de la membrana. En la del medio la molécula positiva entrará más fuertemente para irse con la negativa pero en la tercera irá con menos fuerza, porque es de la misma carga que la que hay dentro.
TIPOS DE TRANSPORTE DIFUSIÓN SIMPLE No hay ninguna molécula que se encargue del transporte, es un tipo de transporte a favor de gradiente y no requiere energía, simplemente un potencial electroquímico.
Por este método se transportan las pequeñas moléculas que interaccionan con las colas hidrofóbicas y que son por 24 La velocidad de transporte es proporcional a la cantidad de sustancia, es decir, en un principio, en este mecanismo de transporte, no hay saturación por sustrato.
Sin embargo, las moléculas impermeables, ya sea por su gran tamaño o porque tienen carga, no pueden atravesar la membrana por este proceso, sino que necesitan un mecanismo de transporte.
Un ejemplo de difusión simple es el transporte de CO2 y O2 en los eritrocitos (pulmones). En las células del cuerpo (a) la concentración de CO2 es mayor dentro que en la sangre, y en los pulmones ocurre lo contrario.
Hay que saber explicar el proceso en los eritrocitos.
TRANSPORTE PASIVO (difusión facilitada).
Este tipo de transporte es a favor de gradiente, no requiere consumo de energía sino sólo un potencial electroquímico y es realizado por dos tipos de proteínas: 25 - Permeasas: proteínas que sufren cambios conformacionales al transportar sustancias.
Canales: que se abren y cierran, aunque muchos también sufren cambios conformacionales.
Permite el transporte de las sustancias impermeables a la bicapa lipídica, ya que las proteínas pueden transportar las sustancias sin que estas entren en contacto con las colas hidrofóbicas de la bicapa lipídica.
Las proteínas permeasas que llevan a cabo este transporte tienen cinética enzimática: llega un momento en el que presentan un estado de saturación, en el que todos los transportadores están ocupados. La Km es la afinidad que la proteína tienen sobre el sustrato y es equivalente a la mitad de la velocidad máxima. En este caso es la proteína que transporta hacia la sustancia que es transportada. Si la Km es baja, la afinidad es alta.
I.
DIFUSIÓN FACILITADA POR PERMEASAS.
Las pemeasas son proteínas transmembrana (12 x hélice alfa) que transportan iones y pequeñas moléculas. Normalmente son selectivas, y en una célula suelen tener la misma forma. Su especificidad viene dada por las diferencias de aminoácidos que hay en los dominios (colas no hidrofóbicas).
La velocidad de transporte es más rápida que la difusión simple, porque la sustancia no ha de atravesar la bicapa lipídica.
Hacen transporte uniporte (normalmente solo transporte pasivo) y cotransporte (estas también pueden hacer transporte activo secundario o acoplado).
26 Un ejemplo son las transmembrana que transportan la glucosa, las glut, una familia de permeasas. En el hígado se encuentra el glut 2, con una Km de 20mM, y en el eritrocito está el glut 1, con una Km de 1.5mM. en los eritrocitos, al tener una Km menor, su afinidad es mayor, y por tanto transportaran más fácilmente la glucosa. Esto hace que el hígado solo coja la glucosa (para almacenarla) cuando ya todas las células tienen la cantidad suficiente.
Los cambios conformacionales que sufren las permeasas son cambios al azar.
II.
DIFUSIÓN FACILITADA POR CANALES.
Los canales son poros transmembrana grandes y normalmente poco selectivos.
Son de varios tipos - Porinas: pasan relativamente grandes.
moléculas - Uniones GAP: permiten conectar citoplasmas y también membranas (no selladas). Son muy abundantes en c. nerviosas, musculares y embrionarias.
27 Las conexinas de una célula y de la adyacente se unen y forman un canal por donde algunas moléculas pueden circular.
- Canales iónicos: son muy estrechos y selectivos (tamaño y carga), y su apertura está regulada por distintos métodos. Transportan iónes inorgánicos. Su velocidad de transporte es más alta que la de las permeasas, porque estas tienen que hacer un cambio conformacional.
Los iones se encuentran hidratados pero como los canales son muy estrechos tienen que deshidratarse e interaccionar con los carbones de los aa del poro. Por ello, cuando el Na intenta pasar por el del K, como el Na es más pequeño, solo interaccionan dos de sus oxígenos, luego el canal no lo acepta porque en el K interaccionan cuatro. Y al contrario pasa igual.
Están regulados por varios mecanismos: 28 Regulados por voltaje: hay dos importantes, el del K y el del Na. Su estructura es similar: la del Na es una sola proteína que atraviesa 6 veces la membrana, y la del K son cuatro proteínas o dominios que se organizan. Ambos son en hélice alfa.
Hay un cambio en la de la membrana. El dominio S4 tiene aa que tienen carga positiva y es el sensor de la carga.
1. las membranas tienen carga positiva en exterior y negativa en el interior luego hay un segmento inactivo que lo mantiene cerrado.
2. Carga al revés: el S4, que es positivo, se repele por ese cambio y se produce un cambio conformacional que hace que el canal se abra.
3. Los segmentos inactivos se colocan en el poro. Para que se active de nuevo tienen que pasar a errado, y volverá a cerrarse cuando vuelva al estado de reposo. Después pasa el tramos del segmento inactivo por el cambio conformacional del S4. Es necesario que se ponga inactivo para que se produzca un (Andrea).
29 Así que estos acanales tienen tres estados: cerrado (si se puede abrir), abierto, e inactivo (no se puede abrir hasta que el canal no se cierre.
Regulados por ligando: los ligandos son específicos de cada canal, e interaccionan con la proteína del canal, de tal manera que este canal solo se abre cuando el ligando interacciona con la proteína del canal.
30 Regulados por estímulos mecánicos: los cilios están físicamente conectados, y al aumentar el recorrido de uno de ellos, y el ligamento que los une, hace que se abra una compuerta; así que el impulso físico que los empuja hace que la compuerta se abra, y por ahí entran los iones. La entrada del ión provoca un cambio de polaridad en la membrana y se produce un cambio de voltaje.
SINAPSIS NEURONAL Y NEUROMUSCULAR.
Las neuronas pueden ser: - Sensoriales - motoras - interneuronas.
Las células gliales son células protectoras: microglía, astrocitos, oligodentrocitos y células de Schwann, que envuelven los axones para formar vainas de mielina.
Para transmitir el impulso nervioso que las neuronas reciben se utiliza el potencial de acción: entra una señal por las dendrita, se extiende por el axón hasta la terminal de este, y 31 entonces atraviesa el espacio sináptico hasta llegar a las dendritas de la siguiente.
Así que le potencial de acción de produce por una despolarización de la membrana. Hay más Na fuera que dentro de la célula, y hay más K dentro que fuera ce de la célula. En una membrana hay canales de Na y de K; los de Na se abren más rápido, y cuando estos se van abriendo va entrando Na, hasta que se aumenta la carga positiva dentro.
Entonces se abre el de K y sale la carga positiva con el K fuera. Así se va regulando: abriéndose los canales y pasando los iones. Un canal abre a los dos siguientes, y el mismo se inactiva una vez haya transportado a un ión; los dos de al lado se abren entonces, y se mantienen así mientras van pasando iones en ambas direcciones, pero no pueden retroceder los iones porque una vez transportado en un dirección el canal se va inactivando, luego no pueden recibir un nuevo impulso nervioso hasta que el anterior no haya sido transmitido del todo. Una vez transmitido volverán todos poco a poco al estado natural de reposo y cuando eso ocurra, podrá volverse a recibir un nuevo impulso.
32 En cuanto a la sinapsis neuromuscular: llega un impulso que se transmite por los canales y provoca la apertura de los canales (Andrea), que entra en la célula gracias al canal regulado por voltaje. Hace que las vesículas con acetilcolina se fusionen con la membrana de la célula y la acetilcolina queda en el espacio sináptico. Esta va al receptor de la acetilcolina, que es un canal de Na. Entonces la acetilcolina se actúa como ligando: hace que se abra el canal y entre Na en la célula, produciéndose así la despolarización, lo que provoca un potencial de acción que hará que se abran los canales y este impulso vaya recorriendo la célula, abriéndose un canal regulado por voltaje por donde entra calcio, CRISTINA.
TRANSPORTE ACTIVO Es un transporte en contra de gradiente, y que por tanto conlleva un gasto de energía. Permite transportar moléculas impermeables a la bicapa lipídica y es realizado por proteínas con cinética enzimática, que pro tanto presentan saturación y competencia. Hay dos tipos: 33 1. Transporte activo primario: hidroliza una molécula de ATP, y existe un consumo directo de de ATP; es realizado por las ATPasas o Bombas.
(las primeras solo transportan iones, las tres últimas iones y moléculas).
ATPasas: fosforilan las moléculas e hidrolizan ATP. Hay varias: la Na+ y K- que se encuentra en la membrana plasmática de animales y que mantiene la concentración de Na en el interior de células y la de K alta en el interior de las células manteniendo así el potencial de membrana; la de H+ situada en la membrana plasmática de plantas y hongos que impulsa protones fuera de la célula generando el potencial de membrana. ; la de Ca2+ situada en la membrana plasmática de eucariotas que impulsa Ca2+ fuera de la célula manteniendo la concentración de Ca2+ baja en el citosol; y la de Ca2+ del retículo sarcoplasmático de animales que impulsa el Ca2+ dentro del SR.
34 Hay dos subunidades, la beta que es reguladora, y la alfa que fosforila la molécula, es decir, realiza la actividad catalítica.
Bomba Na+/K- (Tipo P): las bombas mantienen el potencial de membrana, la presión osmótica y regulad todo el transporte activo secundario. Gastan el 25% del ATP en el proceso de actuación.
Esta en particular funciona así: salen tres Na y entran dos K, gastándose una molécula de ATP; debido a la fosforilación se provocan cambios conformacionales y se libera Na al otro lado y el K también.
En el E2 de abajo: se libera la azul porque ahora es de baja afinidad, y se mete la roja porque ahora es de alta afinidad. En el segundo E2 de abajo, se desfosforila la proteína.
ATPasas V: mueve la parte C gracias a la entrada de protones y consumen ATP. Transportan H+ y mantienen el pH bajo en los orgánulos. Se encuentran en los lisosomas y 35 en vesículas secretoras de animales y en las membranas de vacuolas de vegetales.
ATPasas F: entra el protón a favor de gradiente y produce ATP. Transportan H+ y generan un gradiente capaz de inducir la síntesis de ATP. Se encuentran en la membrana de mitocondrias de eucariotas, en la membrana tilacoidal de plantas y en la membrana plasmática de procariotas.
ATPasas ABC: mueven diferentes tipos de moléculas. Existen en la membrana plasmática y en la de los orgánulos de procariotas y eucariotas, donde introducen proteínas, exportan proteínas y también pueden introducir y sacar orgánulos; en la membrana plasmática de las células tumorales de animales remueven las medicinas hidrofóbicas y los productos naturales hidrofóbicos de la célula.
Multiple drogue resistance (MDR) (familia ABC): se usan para quitar tumores en la quimio. Hay veces que no funciona dado que las células tumorales tienen muchos transportadores MDR y no los pueden matar.
36 Bomba de Cl- (ABC family): fibrosis cística (1/2500): producción de mucosidad espesa en determinados tejidos epiteliales (pulmones, células sudoríparas, codifica para proteína CFTR.
2. Transporte activo secundario: no hay consumo directo de ATP y es llevado a cabo por las permeasas. Las proteínas que lo realizan no hidrolizan ATP, sino que lo hacen gracias a que hay otra proteína que mueve a favor de gradiente, así que primero pasa una molécula a favor de gradiente y luego otra en contra, y en la segunda molécula se consume ATP, y por eso es indirecto. En las células vegetales, la molécula que se transporta a favor de gradiente son protones. En las células animales la molécula que se transporta a favor de gradiente es el sodio.
37 El cotransporte puede ser: - Antiporter: cuando la molécula que va a favor de gradiente y la que va en contra van en direcciones opuestas.
- Simporter: van en la misma dirección. Un ejemplo es el transporte transepitelial de glucosa (como en este tejido las células están unidas por uniones estrechas, las sustancias no pueden atravesar entre dos células hasta el líquido extracelular directamente, sino que tienen que pasar por la célula): se transporta en contra de gradiente (si fuera a favor lo harían los glut) y el Na a favor de gradiente.
Desde el interior del intestino hasta el interior de la célula epitelial la glucosa entra por cotransporte en contra de su gradiente a la vez que el Na entra a favor de su gradiente; así que la glucosa entra a la célula epitelial por transporte activo secundario simporter. Dentro de la célula la concentración de Na es baja y la de glucosa alta. Para que esta concentración se mantenga así, es necesario que al otro extremo de la célula exista una bomba Na+/K- para hacer que la concentración de Na sea menor dentro (bombea tres Na hacia fuera y dos K hacia dentro con hidrólisis de un ATP. La glucosa sale de la célula por difusión facilitada, mediante una permeasa, porque la concentración de glucosa en el líquido extracelular es menor.
38 RESUMEN DEL TRANSPORTE DE PEQUEÑAS MOLÉCULAS E IONES.
COMPARACIÓN ENTRE DIFUSIÓN SIMPLE, FACILITADA Y TRANSPORTE ACTIVO.
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