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Transporte de Sustancias en Membranas Celulares: Barrera Lipídica y Proteínas, Apuntes de Medicina Oral

El transporte de sustancias a través de las membranas celulares, enfatizando en la barrera lipídica y las proteínas de transporte. Se abordan los conceptos de difusión y transporte activo, así como la importancia de la liposolubilidad y la permeabilidad selectiva de las membranas.

Tipo: Apuntes

2020/2021

Subido el 26/06/2021

nico-maiolo
nico-maiolo 🇦🇷

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Transporte de sustancias a través de las
membranas celulares
LA BARRERA LIPÍDICA Y LAS PROTEÍNAS DE
TRANSPORTE DE LA MEMBRANA CELULAR
La membrana plasmática se forma de una bicapa lipídica
que contiene también moléculas proteicas insertadas en los lípidos,
muchas atraviesan todo el grosor de la misma.
La membrana no es miscible con el líquido extracelular ni
con el líquido intracelular, por eso constituye una barrera frente al
movimiento de agua y de sustancias insolubles entre los
compartimientos. De todos modos son pocas las sustancias que
difunden directamente a través de ella, y son principalmente las
sustancias liposolubles.
Las proteínas de la membrana tienen su particularidad
para transportar las sustancias. Sus estructuras interrumpen la
continuidad de la bicapa y constituyen una ruta alternativa; actuando
como proteínas transportadora.
«Proteínas de los canales: tienen espacios acuosos en todo el interior y permiten el movimiento libre
de agua.
«Proteínas transportadoras: se unen a las moléculas de los iones que van a transportar, producen
cambios conformacionales lo que hace que se desplacen las moléculas hacia el interior de la célula.
“Difusión” frente “transporte activo”
La difusión se refiere al movimiento molecular aleatorio de las sustancias molécula a molécula a través de
los espacios intermoleculares de la membrana o en combinación con una molécula transportadora. La energía se
adquiere del movimiento cinético normal de la materia.
El transporte activo hace referencia al movimiento de iones o de sustancias a través de la membrana en
combinación con proteínas transportadoras; de un estado de baja concentración a un estado de alta concentración. Este
movimiento precisa una fuente de energía adicional a la energía cinética.
DIFUSIÓN
El movimiento de las partículas es lo que se denomina “calor” ya que a mayor movimiento mayor es la
temperatura; este movimiento nunca se interrumpe salvo a temperatura cero absoluto. El movimiento continuo de
moléculas entre sí en los líquidos o los gases se denomina difusión.
Difusión a través de la membrana celular
Clasificación:
«Difusión simple El movimiento cinético de las moléculas o de los iones se producen a través de
una abertura de la membrana o de espacios intermoleculares SIN la interacción de una proteína
transportadora. A mayor cantidad de materia, mayor es la velocidad. Se puede dar por dos rutas:
oA través de los intersticios de la bicapa lipídica si la sustancia es liposoluble.
oA través de los canales acuosos por medio de las proteínas transportadoras.
«Difusión facilitada se NECESITA de una proteína transportadora la cual se une químicamente con
las sustancias y se produce el desplazamiento a través de la membrana.
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Transporte de sustancias a través de las

membranas celulares

LA BARRERA LIPÍDICA Y LAS PROTEÍNAS DE

TRANSPORTE DE LA MEMBRANA CELULAR

La membrana plasmática se forma de una bicapa lipídica que contiene también moléculas proteicas insertadas en los lípidos, muchas atraviesan todo el grosor de la misma. La membrana no es miscible con el líquido extracelular ni con el líquido intracelular, por eso constituye una barrera frente al movimiento de agua y de sustancias insolubles entre los compartimientos. De todos modos son pocas las sustancias que difunden directamente a través de ella, y son principalmente las sustancias liposolubles. Las proteínas de la membrana tienen su particularidad para transportar las sustancias. Sus estructuras interrumpen la continuidad de la bicapa y constituyen una ruta alternativa; actuando como proteínas transportadora. « Proteínas de los canales: tienen espacios acuosos en todo el interior y permiten el movimiento libre de agua. « Proteínas transportadoras: se unen a las moléculas de los iones que van a transportar, producen cambios conformacionales lo que hace que se desplacen las moléculas hacia el interior de la célula. “Difusión” frente “transporte activo” La difusión se refiere al movimiento molecular aleatorio de las sustancias molécula a molécula a través de los espacios intermoleculares de la membrana o en combinación con una molécula transportadora. La energía se adquiere del movimiento cinético normal de la materia. El transporte activo hace referencia al movimiento de iones o de sustancias a través de la membrana en combinación con proteínas transportadoras; de un estado de baja concentración a un estado de alta concentración. Este movimiento precisa una fuente de energía adicional a la energía cinética.

DIFUSIÓN

El movimiento de las partículas es lo que se denomina “calor” ya que a mayor movimiento mayor es la temperatura; este movimiento nunca se interrumpe salvo a temperatura cero absoluto. El movimiento continuo de moléculas entre sí en los líquidos o los gases se denomina difusión. Difusión a través de la membrana celular Clasificación: « Difusión simple  El movimiento cinético de las moléculas o de los iones se producen a través de una abertura de la membrana o de espacios intermoleculares SIN la interacción de una proteína transportadora. A mayor cantidad de materia, mayor es la velocidad. Se puede dar por dos rutas: o A través de los intersticios de la bicapa lipídica si la sustancia es liposoluble. o A través de los canales acuosos por medio de las proteínas transportadoras. « Difusión facilitada  se NECESITA de una proteína transportadora la cual se une químicamente con las sustancias y se produce el desplazamiento a través de la membrana.

Difusión de sustancias liposolubles a través de la bicapa lipídica Uno de los factores que determina la difusión de las sustancias a través de la membrana es la LIPOSOLUBILIDAD de la sustancia. Es por eso que la velocidad de la difusión de una sustancia a través de la membrana es DIRECTAMENTE PROPORCIONAL a la liposolubilidad. Un ejemplo es el oxigeno, tiene la capacidad de poder difundir sin ningún inconveniente a través de la membrana como si no la hubiera. Difusión de agua y de otras moléculas insolubles en lípidos a través de canales proteicos El agua es una molécula muy insoluble pero es capaz de atravesar la membrana a través de los canales de las proteínas transportadoras y lo hace de forma sorprendentemente rápida. Otras moléculas insolubles en lípidos pueden atravesar estos canales proteicos si son hidrosolubles y de un tamaño relativamente pequeño. Difusión a través de poros y canales proteicos: permeabilidad selectiva y “activación” de canales Los poros y canales proteicos se conforman de canales tubulares que se extienden desde el líquido extracelular hasta el intracelular. Estos poros están compuestos por proteínas de membranas celulares integrales que forman tubos abiertos en toda la membrana y permanecen siempre asi. Lo que le proporciona al poro la selectividad es el diámetro del mismo y las cargas eléctricas. Ejemplo: Las acuaporinas o canales de agua tienen un por estrecho que permite que las moléculas de agua difundan a través de la membrana en una única fila. Los canales proteicos: a. Son permeables de manera selectiva a ciertas sustancias b. Pueden abrir o cerrar por compuertas que son reguladas por: i. Señales eléctricas (canales activados por voltaje) ii. Sustancias químicas que se unen a las proteínas de canales (canales activados por ligandos) Permeabilidad selectiva de los canales proteicos Esto se debe a las características del propio canal: diámetro, forma y naturaleza de las cargas eléctricas y enlaces químicos situados a lo largo de sus superficies internas. Los canales de potasio son selectivos para ese tipo de iones. Estos se forman por una estructura tetramérica consistente de cuatro subunidades que rodean al poro. En la parte superior se encuentran los bucles del poro que le proveen un filtro de selectividad. Otro ejemplo es el canal de sodio, el cual su superficie interna está revestida con aminoácidos que tienen una carga intensamente negativa que están en el interior de las proteínas. Estas cargas negativas pueden arrastrar pequeños iones de sodio deshidratados hacia el interior (separando los iones de sodio de las moléculas de agua que los hidratan). Activación de los canales proteicos Proporciona un medio para control de la permeabilidad iónica de los canales. Se comprueba la existencia de una compuerta que es la extensión de una proteína transportadora, que pueden cerrar la abertura del canal o alejarse de la misma por una modificación conformacional de la forma de la proteína. Este mecanismo está regulado de dos maneras diferentes:

« B. Efecto del potencial eléctrico de membrana sobre la difusión de iones: “El potencial de Nernst”: Si se aplica un potencial eléctrico a través de la membrana, las cargas eléctricas de los iones hacen que se muevan aún cuando no haya ninguna diferencia de concentración que produzca movimiento. En el gráfico de la izquierda las concentraciones de iones negativos es la misma en ambos compartimentos, pero la aplicación de una carga negativa de un lado y positiva del otro, hace que la negativa repele a los iones negativos y la positiva los atraiga produciendo una difusión de iones. Cuando la concentración ya es demasiado elevada (figura derecha) ambos mecanismos (de concentración y de cargas) 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 de sodio, se puede determinar a partir de la ecuación de Nersnt. « C. Efecto de una diferencia de presión a través de la membrana: Se produce una gran diferencia de presión entre un lado y el otro de la membrana (membrana capilar sanguínea, la presión es 20 mmHg mayor en el interior del capilar). La presión: suma de todas las fuerzas de las diferentes moléculas que chocan contra una unidad de superficie en un momento dado. Por ello de un lado de la membrana la presión es mayor y se hace mayor presión sobre los canales de la misma. Esto se da por la mayor cantidad de moléculas que choca por segundo contra la membrana de un lado hacia otro. En consecuencia se dispone de mayor energía para producir el movimiento neto de moléculas desde el lado de presión elevada hacia el de presión baja. Ósmosis a través de membranas con permeabilidad selectiva: “difusión neta” de agua Ósmosis: proceso por el cual se produce un movimiento neto de agua debido a la diferencia de concentración de agua. Sin embargo pueden producirse diferencias de concentración de agua a través de la membrana que tienden a hacer que la célula se hinche o se contraiga. Presión osmótica: es la cantidad exacta de presión necesaria para detener la ósmosis de una solución.

TRANSPORTE ACTIVO DE SUSTANCIAS A TRAVES DE LA MEMBRANAS

« Se produce en CONTRA del gradiente de concentración « La energía se obtiene por la hidrólisis del ATP Transporte activo: A) PRIMARIO o Es primario porque utiliza primordialmente ATP para la energía que necesita. o Bombas:  Sodio/potasio  Calcio  Yoduros  Hidrógeno B) SECUNDARIO o La energía necesaria se la da el transporte activo primario o Cotransporte o Contratransporte C) TERCIARIO

A) BOMBA DE Na⁺/K⁺ Es un proceso de transporte que bombea iones Na⁺ hacia el exterior a través de la membrana celular, y al mismo tiempo bombea K⁺ hacia el interior.  Es responsable de mantener las diferencias de concentración de Na⁺ y K⁺ a través de la membrana, y de establecer un voltaje eléctrico negativo en el interior de la célula  Es la base de la función nerviosa porque permite transmitir las señales por todo el sistema nervioso  Proteína transportadora: complejo formado por dos proteínas globulares (α y β))  Características: o Tiene tres puntos receptores para la unión del Na⁺ en el interior o Tiene dos puntos receptores para la unión de K⁺ en el exterior o La porción interior de esta proteína cerca de los puntos de unión al Na⁺ tiene actividad ATPasa  Cuando dos iones K⁺ se unen al exterior de la proteína transportadora y tres iones Na⁺ se unen al interior se activa la función ATPasa, que libera una molécula de ATP dividiéndola en ADP y un enlace de PO₄⁻ de alta energía, que produce un cambio conformacional en la proteína transportando los iones: tres Na⁺ hacia el exterior por cada dos K⁺ hacia el interior. B) COTRANSPORTE Y CONTRATRANSPORTE: Como la concentración del Na⁺ siempre va a ser mayor en el espacio extracelular por la acción de la bomba sodio/potasio, el mismo va a tener un gradiente de concentración que va desde el líquido extracelular hacia el intracelular. Cuando ocurre este mecanismo se pueden producir dos situaciones: a) Cotransporte : ocurre cuando la entrada de sodio hacia el interior de la célula se da por acople con otra sustancia que puede ser Glucosa o Aminoácidos. Esto se va a llevar a cabo por medio de otra proteína transportadora que facilita este pasaje a través de la membrana hacia el interior de la célula. a. Glucosa :  La proteína transportadora tiene dos puntos de unión en su cara externa (uno para el sodio y otro para la glucosa)  La concentración de sodio es mayor en el exterior y eso suministra la energía para el transporte  No se producirá un cambio conformacional en la proteína hasta que una molécula de glucosa se una  Cuando ambos iones están unidos se produce el cambio conformacional y el sodio y la glucosa se transportan al mismo tiempo hacia el interior  Se produce especialmente a través de las células epiteliales del tubo digestivo y túbulos renales para favorecer la absorción de las sustancias hacia la sangre. b) Contratransporte : se da cuando el sodio intenta nuevamente ingresar al interior de la célula y la sustancia a la cual se acoplará va a difundir hacia el exterior de la célula. Entonces el ión sodio se une al punto de unión externo y la sustancia se une al punto de unión interno. Se produce un cambio