TRANSPORTE DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS CELULARES
Las diferencias entre el liquido intracelular y extracelular que son muy importantes para la vida de la célula son:
- Liquido extracelular
- Contiene una gran cantidad de sodio
- Contiene una pequeña cantidad de potasio
- contiene una gran cantidad de iones cloruro
- Liquido intracelular
- contiene una gran cantidad de potasio
- contiene una pequeña cantidad de sodio
- contiene muy poca cantidad de iones cloruro
- contiene una gran concentración de fosfatos y proteínas
LA MEMBRANA CELULAR CONSISTE EN UNA BICAPA LIPÍDICA CON PROTEÍNAS DE TRANSPORTE DE LA MEMBRANA CELULAR
La bicapa lipídica no es miscible con el líquido extracelular ni con el líquido intracelular. Por tanto, constituye una barrera frente al movimiento de moléculas de agua y de sustancias insolubles entre los compartimientos del líquido extracelular e intracelular.
Las moléculas proteicas de la membrana tienen unas propiedades totalmente diferentes para transportar sustancias.
- PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS: Son proteínas las cuales su estructura interrumpen la continuidad de la bicapa lipidica y constituyen una ruta alterna a través de la membrana
- PROTEÍNAS DE LOS CANALES: Proteínas que contienen espacios acuosos en todo el trayecto del interior de la molécula, permitiendo el paso libre de agua, iones y moléculas seleccionadas
- PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS: Proteínas que se unen a las moléculas que se van a transportar la cual sufre cambios conformacionales, realizando el desplazo de las sustancias a través de intersticios de las proteinas hasta el otro lado
Procesos básicos en los que se produce el transporte de la membrana celular ya sea directamente a través de la bicapa lipídica o a través de las proteínas
la difusión se refiere a un movimiento molecular aleatorio de las sustancias molécula a molécula, a través de espacios intermoleculares de la membrana o en combinación con una proteína transportadora. La energía necesaria para que se produzca la difusión es la energía del movimiento cinético normal de la materia.
el transporte activo se refiere al movimiento de iones o de otras sustancias a través de la membrana en combinación con una proteína transportadora de tal manera que la proteína transportadora hace que la sustancia se mueva contra un gradiente de energía
Difusión
Debido a que todas las moléculas iones y sustancias disueltas están en movimiento constante, de modo que cada partícula se mueve de manera completamente independiente a este movimiento continuo de moléculas entre sí en los líquidos o los gases.
La difusión a través de la membrana celular se divide en dos subtipos:
- difusión simple
- difusión facilitada.
Movimiento cinético de las moléculas o de los iones se produce a través de una abertura de la membrana o a través de espacios intermoleculares sin
ninguna interacción con las proteínas transportadoras de la membrana.
DIFUSIÓN DE SUSTANCIAS LIPOSOLUBLES A TRAVÉS DE LA BICAPA LIPÍDICA:
Liposolubulidad es unfactor importante que determina la rapidez con la que una sistancia se difunde a traves de la bicapa lipidica
aquellas sustancias que pueden disolverse directamente en la bicapa lipidica son
- oxigeno
- anhídrido carbónico
- alcoholes
- nitrógeno
Difusión de agua y de otras moléculas insolubles en lípidos a través de canales proteicos:
debido a que el agua es insoluble en los lipidos, debe pasar rapidamente por los canales de las moleculas proteicas que pentetran en todo el espesor de la memebrana.
Necesitan unas en específicos llamadas «acuaporinas» que permiten el paso rápido de agua a través de la membrana, existen al menos 13 tipos diferentes.
Al igual que otras moléculas son insolubles en lipidos pueden utilizar los canales de los poros proteicos .
Los poros están compuestos por proteínas de membranas celulares integrales que forman tubos abiertos a través de la membrana y que están siempre abiertos; las caracteristicas de un poro que le permite su selectividad dandole paso a ciertas moleculas son :
- Diámetro del poro
- Cargas eléctricas
- su forma
- Enlaces químicos situados a lo largo de las superficies internas
Estos canales se distinguen por:
- Son permeables de manera selectiva a ciertas sustancias
- los canales se pueden abrir o cerrar por compuertas que son reguladas por señales eléctricas (canales activados por el voltaje) o sustancias químicas que se unen a las proteínas de canales (canales activados por ligandos).
Permeabilidad selectiva de los canales proteicos
un ejemplo de esto seria:
Se descubrió que los canales de potasio tienen una estructura tetramérica consistente en cuatro subunidades proteicas idénticas que rodean a un poro central (fig. 4-4). En la parte superior del poro del canal se distribuyen bucles de poro que forman un estrecho filtro de selectividad. Como revestimiento del filtro de selectividad hay oxígenos de carbonilo. Cuando los iones potasio hidratados entran en el filtro de selectividad, interaccionan con los oxígenos de carbonilo y envuelven la mayoría de sus moléculas de agua ligadas, lo que permite que los iones potasio deshidratados pasen a través del canal. Sin embargo, los oxígenos de carbonilo están demasiado separados para permitir su interacción estrecha con los iones sodio, más pequeños, que de este modo son excluidos en la práctica por el filtro de selectividad y no pueden pasar a través del poro.
La existencia diferentes filtros de selectividad determinan, la especificidad de los diversos canales para cationes o aniones o para iones determinados como:
- sodio (Na+)
- potasio (K+)
- calcio (Ca++),
Activación de los canales proteicos
El proceso de activacion de canales proporciona un medio para controlar la permeabilidad iónica de los canales.
La apertura y el cierre de las compuertas están controlados de dos maneras principales:
ACTIVACION POR VOLTAJE
La conformación molecular de la compuerta o de sus enlaces químicos responde al potencial eléctrico que se establece a través de la membrana celular.
ACTIVACION POR LIGANDOS
Se abren por la unión de una sustancia química (un ligando) a la proteína, que produce un cambio conformacional o un cambio de los enlaces químicos de la molécula de la proteína que abre o cierra la compuerta.
Estado abierto frente a estado cerrado de los canales activados:
Se debe tomar en cuenta que en el canal se conduce la corriente según un mecanismo de «todo o nada». Es decir, la compuerta del canal se abre súbitamente y después se cierra súbitamente.
A un potencial de voltaje dado, el canal puede permanecer cerrado todo o casi todo el tiempo.
Otro nivel de voltaje puede permanecer abierto todo o la mayor parte del tiempo.
Voltajes intermedios las compuertas tienden a abrirse y cerrarse súbitamente de manera intermitente, lo que da un flujo medio de corriente que está en algún punto entre el mínimo y el máximo.
Método del pinzamiento zonal de membrana (patch-clamp) para el registro del flujo de las corrientes iónicas a través de canales aislados:
El método del «pinzamiento zonal de membrana» (patch-clamp) para el registro del flujo de una corriente iónica a través de canales proteicos aislados.
También se denomina difusión mediada por un transportador porque una sustancia que se transporta a través de la membrana con la ayuda de una proteína transportadora específica para contribuir al transporte.
Hay una característica que hace que la difusión facilitada difiera de la difusión simple:
a medida que aumenta la concentración de la sustancia que difunde, la velocidad de la difusión simple sigue aumentando de manera proporcional, aunque en el caso de la difusión facilitada la velocidad de la difusión no puede aumentar por encima del nivel de la Vmáx.
sustancias que atraviesan las membranas celulares mediante difusión facilitada están la glucosa y la mayoría de los aminoácidos.
El encargado de transportar la glucosa se le conoce como GLUT en este caso de la se han descubierto en varios tejidos al menos 14 miembros de una familia de proteínas de membrana. También pueden transportar otros monosacáridos que tienen estructuras similares a la glucosa como:
- Fructuosa
- Galactosa
Importante es la velocidad neta de difusión de una sustancia en la dirección
deseada. Esta velocidad neta está determinada por varios factores.
Hacia adentro:
La velocidad a la que la sustancia difunde hacia dentro es proporcional a la concentración de las moléculas en el exterior, porque esta concentración determina cuántas moléculas chocan contra el exterior de la membrana cada segundo.
Hacia afuera:
la velocidad a la que las moléculas difunden hacia afuera es proporcional a su concentración en el interior de la membrana.
Efecto del potencial eléctrico de membrana sobre la difusión de iones: el «potencial de Nernst»
Cuando la diferencia de concentración se hace lo suficientemente elevada, los dos efectos se contrarrestan entre sí. A la temperatura corporal normal (37 °C), la diferencia eléctrica que permitirá que se alcance el equilibrio entre una diferencia de concentración dada de iones univalentes, como los iones Na+, se puede determinar a partir de la fórmula siguiente, que se denomina ecuación de Nernst:
El agua al ser la sustancia más abundante que se difunde a través de la membrana celular se difunde en ambas direcciones a través de la membrana . Estas cantidades que se difunde en ambas direcciones está equilibrada de manera tan precisa que se produce un movimiento neto cero de agua, manteniéndose el volumen celular constante.
El proceso de movimiento neto del agua que se debe a la producción de una diferencia de la concentración del agua se denomina ósmosis
La cantidad de presión necesaria para detener la ósmosis se denomina presión osmótica
Importancia del número de partículas osmóticas (concentración molar) en la determinación de la presión osmótica
La presión osmótica que ejercen las partículas de una solución se determina por el número de partículas por unidad de volumen del líquido
La razón es porque todas las partículas de una solución , ejercen, la misma cantidad de presión contra la membrana.
El factor que determina la presión osmótica de una solución es la concentración de la solución en función del número de partículas
«Osmolalidad»: el osmol
Para expresar la concentración de una solución en función del número de partículas se utiliza la unidad denominada osmol en lugar de los gramos.
Un osmol es el peso molecular-gramo de un soluto osmóticamente activo.
Así, se dice que una solución que tiene 1 osmol de soluto disuelto por cada kilogramo de agua tiene una osmolalidad de 1 osmol por kilogramo
La osmolaridad normal de los líquidos extracelular e intracelular es de aproximadamente 300 mosmol por kilogramo de agua.
Relación entre osmolalidad y presión osmótica:
A la temperatura corporal normal, 37 °C, una concentración de un osmol por litro producirá una presión osmótica de 19.300 mmHg en la solución.
- La concentración de 1 mosmol por litro es equivalente a una presión osmótica de 19,3 mmHg.
- La multiplicación de este valor por la concentración 300 miliosmolar de los líquidos corporales da una presión osmótica calculada total de los líquidos corporales de 5.790 mmHg.
El término «osmolaridad»
es la concentración osmolar expresada en osmoles por litro de solución
más práctico medir la osmolaridad, por lo tanto esta es la práctica habitual en casi todos los estudios fisiológicos.
AVCE 