4.- MECANISMES DE TRANSPORT A LA MEMBRANA PLASMÀTICA (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 1º curso
Asignatura Biología Celular
Año del apunte 2015
Páginas 9
Fecha de subida 17/03/2016
Descargas 3
Subido por

Vista previa del texto

Biologia Cel·lular Anna Jiménez Pouget 4.- MECANISMES DE TRANSPORT A LA MEMBRANA PLASMÀTICA Gran part de la investigació d’aquests mecanismes de transport s’ha pogut realitzar gràcies als liposomes, que són vesícules esfèriques amb una bicapa lipídica composta per fosfolípids i colesterol. Contenen un nucli de solució aquosa; els lípids esfèrics que contenen material no aquós es denominen micel·les. Els liposomes han estat molt útils en la investigació dels processos de transport. S’utilitzen com a transportadors de diverses substàncies entre l’exterior i l’interior de la cèl·lula.
El mecanisme és el següent: es treu la proteïna que es vol estudiar de la membrana mantenint-la funcional i inserint-la en un liposoma per poder treballar i veure el seu funcionament. Aquest sistema d’estudi s’anomena SISTEMA LLIURE DE CÈL·LULES.
El transport de molècules a la membrana plasmàtica es dóna del medi més concentrat al medi menys concentrat. La membrana plasmàtica transporta ions per mantenir el seu balanç osmòtic, és a dir, si al medi extern es produeix un canvi, gràcies a aquest transport s’hi podrà adaptar. Per fer aquests transports a vegades és necessària energia.
El transport de l’aigua a través de la bicapa és complicat (és lent) per tant no serveix per regular els canvis osmòtics per difusió. Per aquest motiu es creen canals per on pot passar ràpidament (difusió facilitada)- canal o proteïnes transportadores.
La membrana plasmàtica separa l’interior de la cèl·lula amb l’exterior. És una membrana selectiva, per la qual cosa la concentració dels diferents ions a l’interior i a l’exterior és diferent i regular. La membrana el que intenta és que ambdós medis es mantinguin en equilibri.
Tipus de transport:  Transport actiu  a contra de gradient de concentració. De menys a més. Requereix energia (ATP).
 Transport passiu  a favor de gradient. De més concentració a menys. No requereix energia (ATP).
 Uniport  transport d’una sola molècula o ió.
 Cootransport  transport de dues o més molècules o ions alhora.
- simport: en el mateix sentit - antiport: en sentit contrari Gasos i molècules molt petites Difusió simple Molècules polars petites sense càrrega Molècules polars grans sense càrrega Transport passiu Proteïnes transportadores Ions Canals iònics Molècules polars carregades Difusió facilitada Primari Consumeix ATP Secundari Consumeix un altre tipus d'energia , no directament ATP Transport actiu Biologia Cel·lular Anna Jiménez Pouget 1.- Transport passiu: Trobem dos models: 3.1.- Difusió simple: pas directe a través de la bicapa.
 Passen per ella: 1. Gasos o molècules molt petites 2. Algunes molècules polars petites sense càrrega com ara l’etanol 3. Alguna molècula apolar sense càrrega pot passar de forma espontània (H2O, urea)  Normalment la bicapa és impermeable a les molècules polars, grans o amb càrrega.
 La Velocitat de difusió: Velocitat amb la que les substàncies travessen la membrana.
Depèn de nombrosos conceptes: coeficient de permeabilitat, gruix de la membrana, concentració, etc. Com més permeable és una molècula en lípids, més ràpid passa. La velocitat augmenta a mesura que augmenta el gradient de concentració d’aquella molècula o ió.
 Taxa de difusió (TD)  mesura quantes molècules passen d’un costat a un altre.
 Coeficients de participació (K)  capacitat de dissoldre la molècula en lípids o H2O (solubilitat). Quan K (augmenta), la difusió TD (disminueix). Mesura la afinitat relativa d’una substància pels lípids i per l’aigua.
𝐶𝑚 Coeficient de partició 𝑘 = 𝐶𝑎𝑞, Cm: concentració en el cor hidrofòbic de la bicapa Caq: la concentració en la solució aquosa.
Com més petita és la molècula: més facilitat de creuar la bicapa del que seria d’esperar segons la K i l’inrevés passa amb les molècules més grans.
3.2.- Difusió facilitada A) Per proteïnes transportadores  Molècules polars grans sense càrrega.
Exemple: la glucosa  Ions  Molècules polars carregades El transportador GLUT 1: agafa la molècula de glucosa de la sang i l’introdueix dins de la cèl·lula. Es troba a totes les cèl·lules. Té dues conformacions: Oberta: té un espai per posar la glucosa (té afinitat per aquesta) i després quan aquest lloc és ocupat per la glucosa fa que la proteïna canviï de conformació i això fa que s’obri l’interior i perdi l’afinitat cap a la glucosa de manera que l’allibera a l’interior de la cèl·lula. Quan deixa la glucosa torna a canviar a conformació oberta i torna a començar el cicle.
Biologia Cel·lular Anna Jiménez Pouget GLUT 1: és una proteïna formada per dues cadenes polipeptídiques (subunitats), en les quals hi ha 24 porcions transmembranals, 12 per cada cadena polipeptídica (subunitat).
El transport es produeix del medi més concentrat al menys concentrat. Quan la diferència de concentració és molt elevada augmenta la velocitat del transport fins que arribarà a un punt que s’anomena saturació. Quan totes les proteïnes GLUT 1 estan treballant al màxim rendiment la velocitat no segueix augmentant. NO DEIXA DE FUNCIONAR però no pot augmentar la velocitat ja que està treballant al màxim rendiment. Glut 1: té una estructura tridimensional.
Estructura general dels transportadors B) Per proteïnes de canal Hi ha proteïnes que formen canals que permeten el pas de l’aigua, aquestes s’anomenen aquaporina.
Turgència Plasmòlisi Solució hipotònica: més concentrada dins que fora, la cèl·lula s’infla (entra aigua) fins a la possibilitat de trencar-se. Es produeix un estat de turgència.
Solució hipertònica: més concentració fora que fins. La cèl·lula perd aigua, s’encongeix, es produeix un estat de plasmòlisi. Després, si el medi passes a estar més concentrat a dins, és a dir tornéssim a tenir una solució hipotònica, es produiria una deplasmòlisi, que seria quan la cèl·lula en plasmòlisi es començaria a inflar fins a l’estat de turgència.
Una aquaporina té 4 canals. Està formada per 4 subunitats, que són 4 cadenes polipeptídiques. Són 4 cadenes polipeptídiques de 6 porcions transmembranals cadascuna. En total 24 porcions transmembranals. Condueixen selectivament les molècules d’aigua cap a dins i fora de la cèl·lula, i prevenen el pas de ions i altres soluts.
Les aquaporines són proteïnes integrals que formen porus de membrana.
Tots els canals tenen una regió que fa de filtre, ja que al obrir el canal no passa qualsevol cosa, només permeten passar els ions concrets que permet passar el canal. El pas dels ions fa que l’interior de la cèl·lula sigui més electronegatiu, aquesta diferència de potencial que s’ha produït s’anomena potencial de membrana. Són per tant, FILTRES SELECTIUS, CANALS ESPECÍFICS.
Biologia Cel·lular Anna Jiménez Pouget C) Canals iònics Hi ha canals que estan permanentment oberts, com per exemple els canals de potassi. Com que el potassi està més concentrat a dins que a fora, aquests canals permanentment oberts permetran la sortida d’aquests ions de potassi. Per tant, permeten que escapin ions positius, i això permet que l’interior de la membrana sigui electronegatiu, essent l’exterior de la cèl·lula més electropositiu.
Origen del potencial de membrana: Potencial de membrana: diferencia elèctrica entre l’interior (negatiu) i l’exterior (positiu) de la membrana. No és generat només per aquest canal sinó també per la bomba de sodi potassi del transport actiu.
Selectivitat dels canals iònics. Capacitat de cada ió d’establir quatre contactes amb diferents molècules. En un canal de potassi només les molècules de potassi tindran la mida necessària per poder-lo travessar. Fer el contacte adequat amb les quatre molècules. “Ha d’encaixar”.
Biologia Cel·lular Anna Jiménez Pouget 30/9/2015 Exemple de canal iònic: Canal de potassi: Grups carbonils de les 4 subunitats agafen només els ions de potassi ja que són els únics que s’enganxen correctament. El moviment coordinat dels grups carbonils són els que permeten el pas de les molècules i, per tant, permeten l’entrada del potassi.
Hi ha molts canals iònics, però ens centrarem en els canals regulats per voltatge i per lligand.
 Canals regulats per voltatge (canals de sodi i de potassi).
a) Canals de Na  format per una sola proteïna.
b) Canals de K format per 4 proteïnes.
El canal de sodi està format per una sola cadena polipeptídica formada per 4 subunitats, amb 6 porcions transmembranals. El canal de potassi està format per 4 cadenes polipeptídiques (subunitats) amb 6 porcions transmembranals. Les dues estructures fan una funció semblant i però tenen estructures lleugerament diferent.
La cara interior de la membrana és electronegativa en relació a l’exterior.
Tots dos contenen 24 porcions transmembranals i l’estructura lineal és similar. El segment S4 fa de sensor del voltatge, funciona com a indicador. Aquest segment té aminoàcids positius, per tant, és una porció hidròfila. Aquest sensor té càrrega positiva i, per tant, està replegat cap a l’interior, ja que el citosol és més negatiu, en aquesta conformació el canal està tancat. Quan la membrana es despolaritza, l’interior deixa de ser negatiu, i el segment S4 canvia de conformació (degut al canvi de potencial), s’expandeix i, per tant, obra el canal per a que la membrana interna torni a ser electronegativa, és a dir, els ions de Na i K (els de potassi cap a l’exterior) poden passar fins que torna a canviar el potencial. Per obrir aquest canal és necessari un canvi en la polaritat de la membrana. En qüestió de molt poc temps la membrana tornarà a repolaritzar-se. El canal es tanca abans de que es produeixi un altre cop l’equilibri de voltatge. Hi ha un sensor S4 per cada subunitat del canal. L’impuls nerviós es transmet per canals de sodi o potassi regulats per voltatge, perquè a mesura que entra Na+ es va despolaritzant la membrana, i llavors va passant de canal en canal.
Biologia Cel·lular  Anna Jiménez Pouget Canals regulats per lligand, són canals que estan tancats i que només s’obren quan interactuen amb un lligand, és a dir, quan se’ls enganxa una molècula determinada.
Exemples: acetilcolina, neurotransmissors.
EXEMPLE: Contracció muscular quan ens cremem. Els músculs es contrauen quan hi ha un increment de calci, el calci és un segon missatger.
1. Canals de calci s’obren i el calci entra.
2. Senyala a les vesícules que s’han de secretar els neurotransmissors, i per això s’allibera acetilcolina (neurotransmissors).
3. A la cèl·lula muscular es troben canals de sodi regulats per acetilcolina (canals regulats per lligand), aquests canals s’obren i com que el sodi està més concentrat a fora, tendeix a entrar.
4. Com que l’interior deixa de ser negatiu, es produeix una despolarització de la membrana, i això activa els canals de sodi per voltatge (s’obren en traca) i transmet aquest impuls nerviós.
5. Es transmet cap a l’interior de la cèl·lula muscular en regions internes o contacta amb la membrana del reticle endoplasmàtic o sarcoplasmàtic. On hi ha un canal de calci regulat per voltatge, el qual s’obre i el calci surt del reticle sarcoplasmàtic.
Aleshores es troba amb un canal de calci regulat per calci, per tant, el canal s’obra i surt calci a l’exterior. El reticle endoplasmàtic és una gran reserva de calci. Per tant es produeix una emissió massiva de calci. I aquesta fa que els filaments d’actina i de miosina llisquin produint d’aquesta manera la contracció muscular.
3.3.- TRANSPORT ACTIU Biologia Cel·lular Anna Jiménez Pouget És aquell que permet el pas de una molècula o d’un ió en contra del seu gradient. És necessari una aportació energètica. Pot ser de dos tipus:  Transport actiu primari: Directament en forma d’ATP  Transport actiu secundari: Consumeix un altre tipus d’energia que no és ATP de forma directa.
A) Transport actiu primari: En el transport actiu primari parlem de bombes perquè bombegen molècules i ions en contra del seu gradient. Hi ha diferents bombes.
a) Classe P. Bomba sodi-potassi, bombes de H+ i K+, bombes de calci. Apart d’utilitzar ATP, queden fosforil·lades en algun procés.
S’anomenen així perquè en una part del procés queden fosforil·lades.
b) Superfamília de les ABC. Flipasses, transporten fosfolípids, colesterol, i altres molècules petites, consumint ATP.
c) Classe V. Bombeig de protons a dins de les membranes dels lisosomes i dels endosomes per tal que siguin àcides.
d) Classe F. Les que sintetitzen ATP. Bombes de protons, es troben dins de la membrana mitocondrial i a la membrana dels tilacoides dels cloroplasts.
BOMBA SODI – POTASSI El sodi es troba més concentrat a fora de la cèl·lula, i el potassi a dintre d’aquesta. La bomba sodi-potassi transporta els ions en contra de gradient. Per tant, transporta el sodi cap a fora de la cèl·lula i el potassi cap a dins. 1/3 de tot l’ATP de la cèl·lula s’utilitza en aquesta bomba. Per cada ATP consumit transporta tres sodis cap a l’exterior i dos potassis cap a l’interior. Generant d’aquesta manera el potencial de membrana. En la conformació inicial té tres llocs d’unió pel sodi amb afinitat per aquest, dos pel potassi sense afinitat i un lloc amb afinitat per l’ATP. Llavors la bomba hidrolitza l’ATP, es fosforil·la i canvia la seva conformació quedant oberta capa l’exterior i l’afinitat també canvia, es perd la del sodi, per tal que els expulsi i augmenta l’afinitat pel potassi. Quan els dos llocs de potassi estan ocupats i els del sodi buits es torna a canviar la conformació ja que la bomba es desfosforil·la recuperant les afinitats del principi, expulsant el potassi a l’interior i acceptant el sodi, tornant a començar el cicle.
Funcions principals de la bomba Na+-K+:  Manteniment del balanç osmòtic: Expulsen més ions dels que entren de manera que es produeix un equilibri osmòtic.
 Subministrant ions pel transport actiu secundari. Ho veurem més endavant.
 Contribueixen al manteniment del potencial de membrana: no és l’única font que el fa, només contribueix.
2/10/2015 Biologia Cel·lular Anna Jiménez Pouget Cootransport  transport de dues o més molècules o ions alhora.
- simport: les dos molècules o ions van en el mateix sentit.
- antiport: les dos molècules o ions transportats van en direcció contraria Bomba de Ca2+ /bomba d’ ions calci Serveix per treure calci del citosol cap al reticle. A la membrana del reticle endoplasmàtic (sarcoplasmàtic) hi ha bombes de calci que capten calci per poder-lo tornar a expulsar.
Aquestes bombes transporten el calci contra gradient. Del citosol a l’interior del reticle endoplasmàtic on està més concentrat. Es tracta d’una bomba que només transporta calci. El seu funcionament és similar a la bomba sodi i potassi. També és fosforil·la i canvia la seva conformació. En el moment en que està oberta cap al citosol té més afinitat pel calci, omple els dos llocs i, a més, el lloc del ATP s’omple, aquest es fosforil·la i canvia de conformació.
S’obre cap al reticle endoplasmàtic i els llocs d’unió pel calci perden afinitat. De manera que el calci és alliberat dins del reticle endoplasmàtic i, el múscul es relaxa.
Control de la secreció gàstrica. Bomba H+– K+ (classe P). (acidifica el medi) Hi ha unes bombes emmagatzemades en forma de vesícules que quan arriba una senyal histamínica (quan mengem) s’activen i es fusionen amb la membrana on hi ha les bombes.
Aquestes bombes acidifiquen el medi perquè els enzims de l’estomac puguin digerir correctament. Deixen sortir cap a fora protons i entrar cap al citosol ions K +, consumint ATP.
Aquesta segregació gàstrica només s’activa en cas de que haguem ingerit aliment. D’aquesta manera els enzims de l’estomac poden actuar millor.
Els protectors d’estomac actuen sobre aquesta bomba, per exemple l’omeoprazol.
Bombes de protons de la membrana lisosomal (Classe V) Per mantenir el pH àcid dels lisosomes és necessari l’acció d’aquesta bomba que permet transportar els protons contra gradient cap a l’interior de manera que aquest interior s’acidifiqui i puguin digerir allò que la cèl·lula hagi fagocitat.
Aquesta bomba consumeix ATP però no és fosforil·la com al bomba sodi-potassi o la bomba de calci.
Biologia Cel·lular Anna Jiménez Pouget Transportador de resistència multidrogues (MDR) (Classe ABC) Expulsen les drogues hidrosolubles que intenten entrar a la cèl·lula. Al que és dediquen és a transportar molècules hidrosolubles d’una banda a una altra de la membrana. També consumeixen ATP però no és fosforilen.
B) Transport actiu secundari Transport contra gradient en el qual no actua directament l’ATP, no és consumeix directament ATP. Exemple: transportar Glucosa des de l’epiteli intestinal a la sang i a la resta de cèl·lules.
El transportador de glucosa cap a l’interior de la cèl·lula té una restricció de moviment, sempre està en la cara de les microvellositats. La concentració de glucosa a l’interior de les cèl·lules intestinals en el moment en què hem menjat és més elevada que a la sang i que al lumen intestinal. Per fer entrar glucosa dins la cèl·lula i fer-la sortir després cap als fluids extracel·lulars s’ha de fer en contra de gradient, per tant, necessita energia. En aquest cas no està en forma d’ATP sinó en el gradient de sodi que és més gran a fora de la cèl·lula que a dins. Aquest transportador aprofita el gradient del sodi per fer entrar la glucosa. La tendència del sodi a entrar (a favor de gradient) ajuda a la glucosa a entrar a la cèl·lula en contra del seu gradient.
Tenim una proteïna simportadora que té una conformació oberta, amb afinitat pel sodi i per la glucosa. Quan el lloc de la glucosa i del sodi estan plens, es produeix un canvi de conformació que allibera el sodi i la glucosa a l’interior de la cèl·lula i torna a canviar a conformació oberta. Moviment de ping-pong. El gradient de sodi és generat per la bomba sodi i potassi, per tant, el transportador de Na + i glucosa no utilitza ATP directament però necessita l’acció de la bomba sodi i potassi per tal de poder funcionar. I aquesta bomba sodipotassi si que utilitza directament ATP. Un cop la glucosa ha entrat dins de la cèl·lula, per sortir cap a la sang pot utilitzar un sistema de difusió facilitada normal (transport passiu), es mou a favor de gradient i, per tant, no hi ha un consum d’energia.
A la membrana plasmàtica també hi ha transportadors de calci que també utilitzen la tendència del sodi a entrar per poder transportar el calci contra gradient.
...