Membrana celular: estructura y funciones de la bicapa lipídica y proteínas

• La membrana plasmática, que rodea a todas las células, define la
extensión de la célula y mantiene las diferencias esenciales entre
el contenido de ésta y su entorno.
• Esta membrana es algo más que una barrera pasiva. Es también
un filtro altamente selectivo que mantiene la desigual
concentración de iones a ambos lados de ella, y además permite
que los nutrientes penetren y los productos residuales salgan de
la célula.

• Las moléculas protéicas están «disueltas» en la bicapa lipídica y
median las diversas funciones de la membrana: algunas sirven para
el transporte de moléculas específicas hacia el interior y el exterior
de la célula; otras son enzimas que catalizan reacciones asociadas a
la membrana; finalmente, otras actúan de eslabones estructurales
entre el citoesqueleto de la célula y la matriz extracelular, o de
receptores que reciben y traducen las señales químicas
procedentes del entorno de la célula.

• Todas las membranas biológicas, incluidas la membrana plasmática
y las membranas internas de la células eucarióticas, tienen una
estructura general común: se trata de agrupaciones de moléculas
lipídicas y protéicas, unidas por interacciones no covalentes.
• Las moléculas lipídicas están dispuestas en forma de una doble
capa continua
• Esta bicapa lipídica constituye la estructura básica de la membrana
y actúa de barrera impermeable al flujo de la mayoría de moléculas
hidrosolubles.

• Las membranas son estructuras asimétricas: la
composición lipídica y protéica de sus dos
caras se diferencia de manera que refleja las
diferentes funciones realizadas por las dos
superficies.
• Los lípidos de las membranas son moléculas
anfipáticas que espontáneamente forman
bicapas.
• Las moléculas lipídicas son insolubles en agua
pero se disuelven fácilmente en disolventes
orgánicos.
• Constituyen aproximadamente un 50% de la
masa de la mayoría de membranas plasmáticas
de las células animales.
• Existen unas 5 x 106 moléculas lipídicas en una
sección de bicapa lipídica de 1nm x 1 nm, o
aproximadamente 109 moléculas lipídicas en la
membrana plasmática de una célula animal
pequeña.

• Los tres tipos principales de lípidos de las membranas celulares son: los
fosfolípidos (los más abundantes), el colesterol y los glucolípidos.
• Los tres tipos son anfipáticos, es decir, tienen un extremo hidrofílico (que se
siente atraído por el agua o polar), y un extremo hidrofóbico (que rehúye el
agua o no polar).

• Una molécula típica de fosfolípido,
tiene una cabeza polar y dos colas
hidrocarbonadas hidrofóbicas.
• Las colas varían de longitud
(normalmente de 14 a 24 átomos
de carbono.
• Una de ellas contiene
generalmente uno o más dobles
enlaces cis (es decir, es insaturada)
• La otra carece de ellos (es decir, es
saturada).
• Cada doble enlace cis genera una
curvatura en la cola.
• Estas diferencias de longitud y
grado de saturación entre las colas
son importantes porque afectan la
fluidez de la membrana.

• Cuando las moléculas anfipáticas están rodeadas por todas
partes por un ambiente acuoso, tienden a agregare
escondiendo de dos maneras: pueden formar micelas
esféricas, con las colas hacia el interior, y pueden formar
láminas bimoleculares , o bicapas.

En medio acuoso, cada molécula de lípido
obliga a las moléculas de agua vecinas a
adoptar estados más ordenados (las que están
sombreadas de color azul)
Cuando las moléculas de lípido se agregan, sólo
están más ordenadas las moléculas de agua que
están en contacto directo con el agregado. Al ser
menos, la entropía aumenta.

• La formación de la parte lipídica de las membranas biológicas
es un proceso de auto-ensamblado. Los compartimentos
formados por bicapas lipídicas tienden a cerrarse de nuevo
después de haber sido rotos.

• Además de sus propiedades de auto-ensamblaje
y auto-sellado, una bicapa lipídica
tiene otras características que la convierten en
una estructura ideal para las membranas
celulares. Una de las más importantes es la
fluidez.
• La bicapa lipídica es un fluido bidimensional.
• Las moléculas lipídicas de las bicapas artificiales
muy rara vez migran de la monocapa de un lado
a la del otro lado; este proceso, denominado
flip-flop, se produce menos de una vez por
semana en cualquier molécula lipídica .
• Las moléculas lipídicas intercambian fácilmente
su lugar con el de las moléculas vecinas dentro
de una monocapa (aprox. 107 por segundo).
Esto da lugar a una rápida difusión lateral.
• Estudios indican que las moléculas lipídicas
giran con gran rapidez alrededor de sus ejes
longitudinales y que sus cadenas
hidrocarbonadas son flexibles, produciéndose
el mayor grado de flexión cerca del centro de la
bicapa, y el menor junto a la cabeza polar.
• El componente lipídico de una membrana
biológica es un líquido bidimensional en el que
las moléculas constituyentes se mueven
rápidamente, pero generalmente dentro de su
propia monocapa.

– de rotación: es como si girara la
molécula en torno a su eje. Es muy
frecuente y el responsable en parte de
los otros movimientos.
– de difusión lateral: las moléculas se
difunden de manera lateral dentro de la
misma capa. Es el movimiento más
frecuente.
– flip-flop: es el movimiento de la
molécula lipídica de una monocapa a la
otra gracias a unas enzimas llamadas
flipasas. Es el movimiento menos
frecuente, por ser energéticamente más
desfavorable.
– de flexión: son los movimientos
producidos por las colas hidrófobas de
los fosfolípidos.
• La fluidez es una de las características más
importantes de las membranas. Depende de
factores como :
– la temperatura, la fluidez aumenta al
aumentar la temperatura.
– la naturaleza de los lípidos, la presencia
de lípidos insaturados y de cadena corta
favorecen el aumento de fluidez; la
presencia de colesterol endurece las
membranas, reduciendo su fluidez y
permeabilidad.
•

• Otra determinante de la fluidez de una membrana es el colesterol. Las membranas plasmáticas
de los eucariotas contienen cantidades relativamente elevadas de colesterol, hasta una
proporción de una molécula de colesterol por cada molécula de fosfolípido.
• Además de regular la fluidez, se cree que el colesterol aumenta la estabilidad mecánica de la
bicapa.
• Las moléculas de colesterol se orientan en la bicapa con sus grupos hidroxilo próximos a las
cabezas polares de las moléculas de los fosfolípidos; sus anillos esteroides planos interactúan –y
en parte inmovilizan– .

• A las concentraciones en que se presenta el colesterol en la
mayoría de membranas plasmáticas de los eucariotas, también
ejerce el efecto de impedir que las cadenas hidrocarbonadas se
junten y cristalicen.
• De esta manera el colesterol inhibe las transiciones de la fase
inducidas por la temperatura, impidiendo así el drástico
descenso de la fluidez de la membrana que, en caso contrario,
se produciría a bajas temperaturas.

• Las membranas plasmáticas de la mayoría de las células eucarióticas
contienen no sólo grandes cantidades de colesterol sino también
diversos tipos de fosfolípidos.
• La membrana plasmática del eritrocito humano contiene cuatro
fosfolípidos principales – fosfatidilcolina, enfingomielina, fosfatidilserina
y fosfatidiletanolamina – .
• La razón por la que la membrana plasmática de la célula eucariotica
contiene una gran variedad de fosfolípidos, es quizá que los lípidos de la
membrana actúa como un disolvente bidimensional de las proteínas que
necesitan ciertos fosfolípidos específicos para actuar de manera óptima.
• La asimetría se genera durante la biosíntesis de la bicapa en el retículo
endoplasmático.
• Función: ayuda a mantener las proteínas de membrana orientadas
adecuadamente en la bicapa.

• Los glucolípidos se presentan probablemente en las membranas
plasmáticas de todas las células animales, donde suelen constituir
aproximadamente un 5% de las moléculas lipídicas de la monocapa
exterior.
• Varían considerablemente de una especie a otra e incluso varían entre los
tejidos de una misma especie.
• En las bacterias y en las plantas, casi todos los glucolípidos derivan del
glicerol, mientras que en las células animales derivan siempre de la
esfingosina, un largo amino alcohol.

• Estos últimos compuestos, denominados
glucoesfingolípidos, tienen una estructura
general que es similar a las de los
fosfolípidos basados en glicerol, ya que
poseen un grupo de cabeza polar y dos
cadenas hidrocarbonadas hidrofóbicas
(aunque una de las cadenas deriva de la
esfingosina y la otra es una cadena de
ácido graso). Sin embargo, todas las
moléculas de glucolípido se distinguen por
el hecho de que el grupo de cabeza polar
consiste en uno o más residuos de azúcar.

• Glucolípidos neutros: sus grupos
polares de cabeza consisten en un
número que oscila entre 1 y 15 o
más azúcares neutros. Algunos
glucolípidos neutros únicamente
se encuentran en ciertos
mamíferos.
• Un notable ejemplo lo constituye
el galactocerebrósido, uno de los
glucolípidos más simples, que tan
sólo tiene galactosa en su grupo
polar de cabeza. Se trata del
glucolípido principal de la mielina.
• Un rasgo característico de estas
células mielinizantes es la gran
cantidad de galactocerebrósido
que presentan en su membrana
plasmática, constituyendo casi el
40% de la monocapa exterior.

• Los glucolípidos más complejos, los gangliósidos, contienen uno o varios residuos
de ácido siálico (conocido también como ácido N-acetilneuramínico o ANAN), que
les proporcionan una carga neta negativa.
• Los gangliósidos son más abundantes en la membrana plasmática de las neuronas,
en donde constituyen aproximadamente un 6% de la masa lipídica total.

PROTEÍNAS DE MEMBRANA
• LA ESTRUCTURA BÁSICA DE LA MEMBRANA ESTÁ
DETERMINADA POR LA BICAPA LIPÍDICA, LA MAYOR PARTE DE
SUS FUNCIONES ESPECÍFICAS ESTÁN DESEMPEÑADAS POR
PROTEÍNAS POR LO TANTO LA CANTIDAD Y TIPO DE
PROTEÍNAS DE UNA MEMBRANA REFLEJAN SU FUNCIÓN.

• Proteínas de membrana
• La mayor parte de las funciones específicas de las membranas biológicas están desempeñadas
por proteínas.
• Muchas proteínas de membrana se mantienen en la bicapa gracias a interacciones hidrofóbicas
con las moléculas lipídicas.
• El carácter hidrofóbico de algunas proteínas de membrana se ve incrementado por la unión
covalente de una o más cadenas de ácidos grasos, que ayudan a anclar estas proteínas en la
bicapa.

• Extracción de la membrana mediante:
– Solución salina:
Proteínas periféricas
– Detergentes o disolventes orgánicos:
Proteínas integrales
• Muchas proteínas atraviesan la bicapa quedando expuestas a un entorno acuoso en ambos lados
de la membrana; reciben el nombre de proteínas transmembrana.
• Otras proteínas sólo se hallan expuestas al agua, en un lado de la bicapa; algunas de estas
proteínas están ancladas en la membrana mediante interacciones no covalentes con las proteínas
transmembrana, mientras que otras pueden estar ancladas mediante la unión covalente a cadenas
de ácidos grasos que se encuentran en una monocapa o en la otra.

• Todas las células eucariotas tienen hidratos de carbono en su
superficie en forma de cadenas laterales de oligosacáridos
unidos covalentemente a las proteínas de membrana
(glucoproteínas) o en menor proporción unidas a los lípidos
(glucolípidos)

• Se cree que la mayoría de las proteínas de membrana que se
hallan expuestas en la superficie celular contienen residuos
de azúcar, mientras que 1 de cada 2 moléculas de lípidos
presenta azúcar
• La distribución de los carbohidratos es más asimétrica que la
de los fosfolípidos

• Los términos cubierta celular, glucocáliz y matriz extracelular
se utilizan a menudo para describir la zona periférica rica en
carbohidratos de la superficie

• Esquema de la cubierta celular (glucocaliz) que esta formada
por las cadenas laterales de oligosacáridos de los glucolípidos
y de las glucoproteínas intrínsecas de la membrana y las
glucoproteínas y los proteoglicanos absorbidos

Transporte de moléculas a través de las membranas
• La membrana actúa como una barrera altamente
impermeable a la mayoría de la moléculas polares,
impidiendo que la mayoría del contenido hidrosoluble de la
célula salga de ella

• Por esto mismos la célula ha tenido que desarrollar mecanismos
que le permitan:
• expulsar de su interior los desechos del metabolismo
• adquirir nutrientes del líquido extracelular,
• por lo cual se desarrolló la capacidad de la membrana celular de
permitir el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias

• Las membranas celulares permiten el paso del agua y de las
moléculas no polares por simple difusión física
• Son impermeables a moléculas polares las cuales son
transportadas por las proteínas de transporte a través de las
membranas

• CLASIFICACION
• Las proteínas poseen veinte
aminoácidos, los cuales se clasifican
en:
Glicina, alamina, valina, leucina,
isoleucina, fenil, alanina, triptófano,
serina, treonina, tirosina, prolina,
hidroxiprolina, metionina, cisteína,
cistina, lisina, arginina, histidina,
ácido aspártico y ácido glutámico.
• Según su composición
• pueden clasificarse en proteínas
"simples" y proteínas "conjugadas".
• Las "simples" o "Holoproteínas" son
aquellas que al hidrolizarse producen
únicamente aminoácidos
• Mientras que las "conjugadas" o
"Heteroproteínas" son proteínas que
al hidrolizarse producen también,
además de los aminoácidos, otros
componentes orgánicos o
inorgánicos.
• La porción no protéica de una
proteína conjugada se denomina
"grupo prostético".
• Las proteínas cojugadas se
subclasifican de acuerdo con la
naturaleza de sus grupos prostéticos.
CONJUGADAS
NOMBRE COMPONENTE NO
PROTEICO
Nucleoproteínas Acidos nucléicos
Lipoproteínas Lípidos
Fosfoproteínas Grupos fosfato
Metaloproteínas Metales
Glucoproteínas Monosacáridos

• Diferentes tipos de movimiento de las moléculas a través de las membranas
biológicas. Difusión pasiva y la difusión facilitada no requieren el consumo de
energía, ya que se realiza a favor de gradiente de concentración o electroquímico;
cuando las sustancias están cargadas la dirección y magnitud del flujo de iones a
través de una membrana depende tanto de la diferencia de concentración y de la
diferencia eléctrica a través de ella, estas dos fuerzas son por ello colectivamente
conocidas como gradiente electroquímico.

• Algunas sustancias entran directamente en la célula a través de
difusión pasiva pero muchas sustancias de interés para la célula
atraviesan la membrana mediante difusión facilitada. El transporte
activo se realiza con consumo de energía (acoplando a la hidrólisis
ATP) al realizarse enana dirección energéticamente desfavorable
contra un gradiente electroquímico o de concentración

• Transporte pasivo-
• el paso de una molécula sin carga es determinado por la diferencia
de concentración
• El paso de una molécula con carga lo va determinar su gradiente de
concentración y su gradiente eléctrico total a través de la
membrana (potencial de membrana). Ambos gradientes juntos
constituyen el gradiente electroquímico

• Transporte activo- algunas proteínas transportadoras
funcionan como bombas que impulsan activamengte el
movimiento de los solutos especificos en contra de sus
gradientes electroquímicos, se encuentran estrechamente
acopladas a una fuente de energía metabólica. Esto implica
con frecuencia la hidrólisis de ATP

• Diferentes tipos de proteínas
transportadoras de membrana
• Se suelen distinguir dos clases de
proteínas que intervienen en la
difusión facilitada:
• Las proteínas canales o de canal
facilitan la difusión formando poros
(e.g porinas) abiertos en la membrana
que permiten la libre difusión de
cualquier molécula de tamaño y carga
apropiados.
• Las proteínas transportadoras se unen
específicamente en un lado de la
membrana a las moléculas que van a
ser transportadas, sufren entonces un
cambio conformacional que permite
que la molécula pase a través de la
membrana y sea finalmente liberada al
otro lado.

• Se distinguen tres tipos de transportadores:
• Uniportes, transportan un solo tipo de
molécula a favor de gradiente de
concentración
• Cotransporte (simportes y antiportes), que
catalizan el movimiento de una molécula en
contra de su gradiente de concentración
dirigido por el cotransporte (en la misma
dirección o en sentidos opuestos
respectivamente) de otra molécula o ión a
favor de gradiente.
• Uniporte- transporta un soluto de un lado a
otro de la membrana
• Cotransporte- la transferencia de un soluto
depende de la transferencia simultánea o
secuencial de un segundo soluto:
• A) simporte- ya sea en la misma dirección
• B) antiporte- en la dirección opuesta del
transporte de intercambio

• Existen también canales iónicos
(que transportan iones,
moléculas cargadas) cuya
apertura es regulada por la
unión de un pequeño ligando
(e.g. un neurotransmisor,
acetilcolina) o con una apertura
regulada por cambios en el
voltaje eléctrico (canales
iónicos regulados por voltaje
para cationes, etc…).

• Las bombas potenciadas por
ATP permiten a la célula el
transporte activo de ciertas
moléculas en contra de
gradiente de concentración
o electroquímico. Los
triángulos señalan los
gradientes con la punta
indicando hacia la zona de
menor concentración o de
potencial eléctrico.

• Ejemplos de proteínas que
permiten el transporte de iones,
denominadas bombas.
• El primer ejemplo (más a la
derecha) es un complejo de la
cadena respiratoria de las
mitocondrias.
• A continuación una
bacteriorodopsina, que usa la luz
visible para mover protones a
través de la membrana
• Por último , una bomba que
intercambia sodio y potasio,
ayudando a establecer los
gradientes de estos iones en la
membrana plasmática.
(Modificado de Alberts et al.,
2002).

• Proteínas Integrales: Se encuentran ancladas de manera parcial o
completa a la bicapa lipidica, las que atraviesan completamente la bicapa
pueden tener uno o más de sus dominios anclados a esta. Las hay con un
solo cruce como la glicoforina o con varios como algunos receptores. En
ambos casos la secuencia o secuencias de aminoácidos localizadas entre
las cadenas de ácidos grasos adoptan una conformación en alfa hélice. La
aquaporina, un canal que cruza numerosas veces la membrana, posee
secuencias de aminoácidos de la zona hidrofóbica que se disponen en
hebras beta. (Modificado de Pollard et al., 2007)
Alberts, 2002

• Proteínas periféricas: Se encuentran asociadas a proteínas intengrales, sun función
es transitoria
Alberts, 2002

• La gran mayoría de las reacciones
metabólicas tienen lugar gracias a
la presencia de un catalizador de
naturaleza protéica específico
para cada reacción. Estos
biocatalizadores reciben el
nombre de enzimas. La gran
mayoría de las proteínas son
enzimas.
• Las enzimas son muy especificas en el
trabajo que realizan. Por ejemplo, las
enzimas de amilasa, solo trabajan en
almidón, las enzimas de proteasa lo
hacen con proteínas, etc., esto
permite que las enzimas contengan
características que son de gran
beneficio celular.

Vitaminas hidrosolubles , sus coenzimas derivadas y sus funciones
Vitamina Coenzima derivada Abreviatura Función
Tiamina (B1)
Pirofosfato de tiamina TPP Descarboxilación y transferencia de
grupos acilo.
Riboflavina (B2)
Flavina mononucleótido FMN
Portadores de hidrógeno y electrones
Flavina y adenina FAD
en oxido-reducciones
dinucleótido
Ácido Nicotínico
Nicotinamida y adenina
dinucleótido
NAD+
Portadores de hidrógeno y electrones
en oxido-reducciones
Nicotinamida y adenina
dinucleótido fosfato
NADP+
Piridoxina, piridoxal y
piridoxamina (B6)
Transaminación y decarboxilación
Ácido Pantoténico Coenzima A CoASH Transferencia de acilos
Biotina
Enlazada covalentemente a
carboxilasas
Carboxilación
Ácido Fólico Tetrahidrofolato TH4 Transferencia de un carbono
Cobalamina (B12) Coenzima de cobamida Reordenamientos, transferencia de
metilos

Clasificación de las Enzimas (según International Union of Biochemestry)
CLASE TIPO DE REACCIÓN CATALIZADA
1 - Oxidorreductasas
Síntesis de componentes a tráves de la ruptura oxidativa o reductora de un
enlace de alta energía.
p. ej. alcohol deshidrogenasa
alcohol + NAD+ ® colina + glutamato
2 - Transferasas
Transferencia de un grupo funcional de una molécula a otra.
p. ej. aspartato aminotransferasa
L-aspartato + 2-oxoglutarato ® 2- oxalacetato + 1-L-glutamato
3 - Hidrolasas Ruptura de enlaces por hidrólisis
p. ej. Acetilcolina + H2O ® 2 oxalacetato + L- glutamato
4 - Liasas
Ruptura de enlaces por eliminación
p. ej. Piruvato descarboxilasa
2 oxoácido ® aldehído + CO2
5 - Isomerasas
Modificación de la forma o del ordenamiento espacial de las moléculas .
p. ej. Fosfoglicerato mutasa
2-fosfoglicerato ® 3- fosfoglicerato
6 - Ligasas
Unión de moléculas usando la energía que se deriva de la hidrólisis de los
enlaces de alta energía
p. ej. Acetil- CoA ligasa
ATP + acetato+ CoA ® AMP + acetato + CoA + pirofosfato + acetil-CoA

• MECANISMO DE ACCIÓN
• Como hemos visto las propiedades químicas de una enzima dependen casi
enteramente de las cadenas laterales. La actividad catalítica de una enzima resulta
de la unión de la molécula de sustrato al sitio activo de la enzima por medio de
interacciones generalmente débiles. Al parecer, las más significativas son las
interacciones puente hidrógeno. También debemos recordar que esta unión es
sumamente específica.

• Según su función
• La diversidad en las funciones de las proteínas en el organismo es quizá la más
extensas que se pueda atribuir a una familia de biomoléculas.
• Enzimas: Son proteínas cuya función es la "catalisis de las reacciones bioquímicas".
Algunas de stas reacciones son muy sencillas; otras requieren de la participación
de verdaderos complejos multienzimáticos. El poder catalítico de las enzimas es
extraordinario: aumentan la velocidad de una reacción, al menos un millon de
veces.
• Las enzimas pertenecen al grupo de las proteínas globulares y muchas de ellas son
proteínas conjugadas.
• Proteínas de transporte: Muchos iones y moléculas específicas son transportados
por proteínas específicas. Por ejemplo, la hemoglobina transporta el oxígeno y una
porción del gascarbónico desdes y hacia los pulmones, respectivamente. En la
memebrana mitocondrial se encuentra una serie de proteínas que trasnportan
electrones hasta el oxígeno en el proceso de respiración aeróbica.
• Proteínas del movimiento coordinado: El músculo está compuesto por una
variedad de proteínas fibrosas. Estas tienen la capacidad de modificar su
estructura en relación con cambios en el ambiente electroquímico que las rodea y
producir a nivel macro el efecto de una contracción muscular.

• Proteínas estructurales o de soporte: Las proteínas fibrosas como el colágeno y
las a-queratinas constituyen la estructura de muchos tejidos de soporte del
organismo, como los tendones y los huesos.
• Anticuerpos: Son proteínas altamenmte específicas que tienen la capacidad de
identificar susustancias extrañas tale como los virus, las bacterias y las células de
otros organismos.
• Proteoreceptores: Son proteínas que participan activamente en el proceso de
recepción de los impulsos nerviosos como en el caso de la "rodopsina" presente
en los bastoncillos de la retina del ojo.
• Hormonas y Proteínas represoras: son proteínas que participan en la regulación
de procesos metabólicos; las proteínas represoras son elementos importantes
dentro del proceso de transmisión de la información genética en la bisíntesis de
otras moléculas.
•

• La bomba sodio potasio ATP
(adenin-tri-fosfatido)
Estructura proteica
• es una proteína de membrana
que actúa como un
transportador de intercambio
antiporte (transferencia
simultánea de dos solutos en
diferentes direcciones) que
hidroliza ATP.
• Es una ATPasa de transporte
tipo P, es decir, sufre
fosforilaciones reversibles
durante el proceso de
transporte.
• Está formada por dos
subunidades, alfa y beta, que
forman un tetrámero
integrado en la membrana.

• La subunidad alfa está compuesta
por 10 segmentos transmembrana y
en ella se encuentra el centro de
unión del ATP que se localiza en el
lado citosólico de la membrana.
También posee dos centros de
unión al potasio extracelulares y
tres centros de unión al sodio
intracelulares que se encuentran
accesibles para los iones en función
de si la proteína está fosforilada.
• La subunidad beta contiene una sola
región helicoidal transmembrana y
no parece ser esencial para el
transporte ni para la actividad
ATPasa. La enzima está glucosilada
en la cara externa (como la mayoría
de proteínas de membrana) y
requiere de magnesio como
cofactor para su funcionamiento ya
que es una ATPasa.

• La base iónica del potencial de membrana
• 1 está determinado en gran parte por el gradiente de concentración de K+
• 2 la membrana plasmática en reposo es más permeable al k+ que al Na+ o a los
aniones
• El gradiente de K+ y las diferencias de permeabilidad iónica están determinados, a
su vez por las propiedades de las proteínas de transporte específicas de la propia
membrana plasmática

• El transporte activo puede ser impulsado por los gradientes iónicos
• Muchos sistemas de transporte activo son impulsados por la energía
almacenada en los gradientes iónicos y no directamente por la hidrólisis
del ATP todos ellos funcionan como sistemas de cotransporte- algunos
como cotransportes unidireccionales otros como transportes de
intercambio

Canales iónicos
algunos canales protéicos transmembrana constituyen una puerta que solo se abre
transitoriamente pues se encuentran regulados,
-se abren en respuesta a un ligando extracelular que se une a un receptor específico
de la superficie celular y reciben el nombre de canales regulados por ligando
-otros se abren en respuesta a cambios en la concentración intracelular de iones
determinados

• La mayoría de los canales no permanecen abiertos permanentemente, sino que se
abren en respuesta a estímulos. Estos estímulos pueden ser tanto la presencia de
una sustancia inductora como una modificación de la carga eléctrica de la
membrana (modificación del potencial eléctrico). Los canales que se abren o
cierran en presencia de sustancias inductoras (ligandos) son llamados
dependientes de ligando y los otros, dependientes de voltaje.

• Carriers (acarreadores) o permeasas:
• Al igual que los canales iónicos, las permeasas
están formadas por proteínas transmembrana
multipaso. Suelen transportar una gran
variedad de iones como el HCO3- y otras
moléculas polares sin carga como la glucosa.
• Este tipo de proteínas fijan una única molécula
de sustrato (o unas pocas) a la vez, y a
continuación sufren un cambio conformacional
reversible que les permite transportar el soluto
de un lado al otro de la membrana
(translocación).
• Para entender la difusión facilitada no hay que
pensar si una sustancia “entra o sale” de la
célula, lo importante es considerar que se está
movilizando algo a favor del gradiente (químico
o eléctrico) gracias a la acción de proteínas
transportadoras.
• Por esta razón es que no se requiere de energía
adicional, no se requiere gasto de ATP, ya que
es el propio gradiente el que impulsa el pasaje
a través de los transportadores.
• Este tipo de transporte es siempre sin gasto de
energía y a favor del gradiente electroquímico

Funciones ddee llaass pprrootteeíínnaass ddee mmeemmbbrraannaa

SSeegguunnddooss mmeennssaajjeerrooss

Concentracion yy ggrraaddiieenntteess eelleeccttrrooqquuíímmiiccooss
Dos proteínas son cruciales para generar y mantener el potencial de membrana,
la primera es la bomba de sodio-potasio que bombea activamente sodio hacia el
exterior de la célula y potasio al interior.
La otra es una canal de fuga de potasio que permite que el potasio salga de la
célula a favor de su gradiente de concentración

Equilibrios iónicos y potenciales
de reposo
La mayoría de las células animales presentan una
diferencia de potencial eléctrico (voltaje) a través
de sus membranas

Génesis del potencial de membrana
• La distribución de iones a través de la membrana celular y la naturaleza de la
membrana nos dan la explicación del potencial de membrana
• Como consecuencia de la salida neta de potasio el interior de la célula pasa a ser
eléctricamente negativo en relación con el exterior
• el potencial de membrana resultante retarda el movimiento hacia afuera del
potasio a través del canal de fuga
• La tendencia del potasio a salir a causa de su gradiente de concentración se halla
exactamente equilibrada por la tendencia de potasio a penetrar en la célula a
causa de su gradiente eléctrico (potencial de membrana)

Fuerzas que actúan sobre los iones
• Gradiente de concentración []
• Gradiente eléctrico +-
• Se alcanza el equilibrio cuando la entrada y la
salida del ión son iguales
• El potencial de membrana en el cual se
alcanza este equilibrio es el potencial de
equilibrio

La bomba de sodio potasio es electrogénica, porque extrae tres átomos de
sodio por cada dos de potasio que introduce por tanto contribuye al potencial
de membrana
K+
CONCENTRACIÓN
K+
ELÉCTRICO
INTERIOR DE LA
CÉLULA -
EQUILIBRIO
Exceso de
Cationes en
exterior
ATP-asa
Na+-K+
2K+ 3Na+

Normalmente el citoplasma suele ser
eléctricamente negativo en relación con el líquido
extracelular
• La diferencia de potencial eléctrico a través de
la membrana en condiciones de reposo recibe el
nombre de potencial de reposo de la membrana
y desempeña un papel muy importante en la
excitabilidad de las células nerviosas y fibras
musculares, así como en otras respuestas
celulares

• Todas las células capaces
de producir potenciales
de acción presentan
potenciales de
membrana de reposo de
cuantía considerable
• También la mayoría de
las células no excitables
tienen potenciales de
reposo

• El potencial de reposo es necesario
para que la célula pueda disparar un
potencial de acción
• La bomba Na+ - K+ ATPasa crea
gradientes de estos iones a través
de las membranas plasmáticas de
las células, transfiere una carga neta
a través de la membrana y
contribuye directamente al
potencial de reposo

PPootteenncciiaall ddee rreeppoossoo

• En química, la bomba sodio-potasio es una proteína de
membrana fundamental en la fisiología de las células que se
encuentra en todas nuestras membranas celulares. Su
función es el transporte de los iones inorgánicos más
importantes en biología (el sodio y el potasio) entre el
medio extracelular y el citoplasma, proceso fundamental en
todo el reino animal.
• La ATPasa Na+/K+, genera un gradiente de concentración de
K+, y es el movimiento de este ión, a través de los canales de
K+ de reposo, desde el citosol al exterior celular a favor de su
gradiente de concentración el que genera el potencial de
membrana negativo en el interior.
• Por tanto, son los canales de K+ de reposo, que están
siempre abiertos, los que generan el potencial de reposo

IIoonniicc BBaassiiss ooff RRMMPP

• Estructura proteica
• La bomba sodio potasio ATP
(adenin-tri-fosfatido) es una
proteína de membrana que
actúa como un transportador
de intercambio antiporte
(transferencia simultánea de
dos solutos en diferentes
direcciones) que hidroliza ATP.
• Es una ATPasa de transporte
tipo P, es decir, sufre
fosforilaciones reversibles
durante el proceso de
transporte.
• Está formada por dos
subunidades, alfa y beta, que
forman un tetrámero
integrado en la membrana.

• Mantenimiento de la osmolaridad
y del volumen celular
• La bomba de Na+/K+ juega un papel
muy importante en el
mantenimiento del volumen
celular entre el interior y el
exterior de la célula existen
diferentes niveles de
concentración, siendo mayor la
concentración de solutos dentro
que fuera de la célula.
• La bomba extrae de la célula más
moléculas de las que introduce
tiende a igualar las
concentraciones y,
consecuentemente, la presión
osmótica.

• Sin la existencia de la bomba,
dado que los solutos orgánicos
intracelulares, a pesar de
contribuir en sí mismos poco a
la presión osmótica total, tienen
una gran cantidad de solutos
inorgánicos asociados, la
concentración intracelular de
estos (que generalmente son
iones) es mayor que la
extracelular, se produciría un
proceso osmótico, consistente
en el paso de agua a través de la
membrana plasmática hacia el
interior de la célula, que
aumentaría de volumen y
diluiría sus componentes.
• Las consecuencias serían
catastróficas ya que la célula
podría llegar a reventar (proceso
conocido como lisis).

• Osmolaridad
• Es el número de osmoles por litro de solución
• Osmolalidad
• Es el número de osmoles por kilogramo de
solvente

• La osmolaridad se modifica por el volumen
de los diversos solutos en la solución y por la
temperatura, la osmolalidad no.

• Las sustancias con actividad osmótica en el
cuerpo se disuelven en agua cuya densidad
es 1, así las concentraciones osmolales
pueden expresarse como osmoles por litro
(Osm/L) de agua

Concentración osmolal del plasma
• Tonicidad se emplea para describir la
osmolalidad de un soluto en relación con el
plasma
• Isotónicas solución que tiene la misma
osmolalidad que el plasma
• Hipertónicas las que tienen una osmolalidad
mayor que el plasma
• Hipotónicas osmolalidad menor que el
plasma

• Osmolalidad del plasma
290 mOsm de cada litro
de plasma normal la
actividad osmótica se
debe al Na+ y a sus
aniones acompañantes,
en particular Cl- y HCO3-

• La osmolalidad
plasmática total es
importante para valorar
la deshidratación o
sobrehidratación y otras
alteraciones electrolíticas
• La hiperosmolalidad
puede causar coma
(coma hiperosmolar)

• Las células eucariotas mantienen concentraciones muy bajas de Ca++ en
el citosol, el gradiente se mantiene por las bombas de Ca++ que están en
las membranas y que transportan activamente CA++
• En el músculo la bomba de CA++ es responsable del bombeo de Ca++
desde el citosol hacia el retículo sarcoplásmico
Canal de calcio del retículo sarcoplasmático canal inactivado
citoplasma
Membrana del
Retículo
sarcoplámico
lumen
inactivación

Secuencia de fenómenos en la contracción del
músculo esquelético
• 1. descarga de la neurona motora
• 2. liberación del neurotransmisor
• 3. unión de la Ach con los receptores
nicotínicos para acetilcolina
• 4. aumento de la conductancia al
sodio y al potasio en la membrana
de la placa terminal
• 5. generación del potencial de placa
terminal
• 6. generación del potencial de
acción en las fibras musculares
• 7. propagación de la despolarización
hacia el interior a lo largo de los
túbulos T
• 8. liberación de Ca2+ de las cisternas
terminales y difusión de este ión a
los filamentos gruesos y delgados
• 9. unión del Ca 2+ con la troponina C
y se descubren los sitios de unión de
la actina con la miosina
• 10. formación de enlaces cruzados
entre la actina y la miosina y
deslizamiento de los filamentos
delgados sobre los gruesos, lo que
produce el acortamiento

Acoplamiento exitación-contracción

Mecanismo de deslizamiento de los filamentos
en la contracción

Secuencia de fenómenos en la relajación del
músculo esquelético
• 1. el calcio se bombea al retículo
sarcoplásmico
• 2. liberación de calcio de la troponina
• 3. cesa la interacción entre la actina y la
miosina

Organización del cuerpo
• Compartimientos líquidos
• En el humano adulto promedio el 18% del
peso corporal lo constituyen las proteínas y
sustancias relacionadas, el 7% son minerales
y el 15% es grasa; el restante 60% es agua

Cerca del 60% del cuerpo humano adulto es líquido, la mayor parte de
éste líquido se encuentra dentro de las células y se denomina líquido
intracelular, casi un tercio se encuentra alrededor de las células y se
denomina líquido extracelular

LEC
• En los animales dotados
de sistema vascular
cerrado el LEC se divide
en dos componentes
• Líquido intersticial
• Plasma sanguíneo
circulante

• El plasma más elementos
celulares sanguíneos
conforman el volumen
sanguíneo total
• El liquido intersticial es la
parte externa del sistema
vascular que baña a las
células

Unidades para medir la concentración
de solutos
• Cuando se consideran los efectos de varias
sustancias fisiológicas y las interacciones
entre éstas, el número de moléculas cargas
eléctricas, o las partículas de sustancia por
unidad de volumen de un líquido corporal en
particular son más importantes que el mero
peso de la sustancia por unidad de volumen

• Por esta razón a menudo las concentraciones
se expresan en moles, equivalentes u
osmoles
• Moles
• Un mol es el peso molecular-gramo de una
sustancia o el peso molecular de una
sustancia en gramos

• Mol incluye 6x10 23 moléculas
• mmol y mmol
• así
• Un mol de NaCl = 23+35.5=58.5g
• El mol es la unidad básica para expresar la
cantidad de sustancia según el sistema
internacional (SI) de unidades

• Equivalentes
• Muchos de los solutos importantes del
cuerpo se encuentran en forma de partículas
cargadas
• 1 equivalente es un mol de sustancia
ionizada, dividido entre su equivalencia.

• Un mol de NaCl se disocia en 1 Eq de Na+ y 1
eq de Cl-
• 1 eq de Na+ =23g/1, pero 1 Eq de Ca2+ =40g/2
=20g
• La equivalencia eléctrica no siempre es la
misma que la equivalencia química

• Los mecanismos que permiten a las sustancias cruzar las membranas plasmáticas
son esenciales para la vida y la comunicación de las células. Para ello, la célula
dispone de dos procesos: Transporte pasivo: cuando no se requiere energía para
que la sustancia cruce la membrana plasmática
• Transporte activo: cuando la célula utiliza ATP como fuente de energía pasa hacer
atravesar la membrana a una sustancia en particular
• TRANSPORTE PASIVO
• Los mecanismos de transporte pasivo son:
• Difusión simple
• Osmosis
• Ultrafiltración
• Difusión facilitada

• La difusión es el proceso por el cual un gas o una sustancia en solución se
dispersa por el movimiento de sus partículas para llenar todo el volumen
disponible
• Las moléculas en solución están dotadas de energía cinética y, por tanto tienen
movimientos que se realizan al azar.
• La difusión consiste en la mezcla de estas moléculas debido a su energía cinética
cuando existe un gradiente de concentración, es decir cuando en una parte de la
solución la concentración de las moléculas es más elevada.
• La difusión tiene lugar hasta que la concentración se iguala en todas las partes y
será tanto más rápida cuanto mayor sea energía cinética (que depende de la
temperatura) y el gradiente de concentración y cuanto menor sea el tamaño de las
moléculas.
Difusión

• Las partículas (moléculas o átomos) de una
sustancia disuelta en un solvente están en
movimiento aleatorio continuo.
• Existe un flujo neto de partículas del soluto
de las áreas de alta a las de baja
concentración
• Algunas sustancias como el agua, el oxígeno,
dióxido de carbono, esteroides, vitaminas
liposolubles, urea, glicerina, alcoholes de
pequeño peso molecular atraviesan la
membrana celular por difusión, disolviendose
en la capa de fosfolípidos.
• Algunas sustancias iónicas también pueden
cruzar la membrana plasmática por difusión,
pero empleando los canales constituídos por
proteínas integrales llenas de agua. Algunos
ejemplos notables son el Na+, K+, HCO3, Ca++,
etc. Debido al pequeño tamaño de los canales,
la difusión a través de estos es mucho más
lenta que a través de la bicapa fosfolipídica

• La difusión de las moléculas de solvente hacia la región en la que hay mayor
concentración de soluto al cual la membrana es semipermeable se llama ósmosis
• Es otro proceso de transporte pasivo, mediante el cual, un disolvente - el agua en el
caso de los sistemas biológicos - pasa selectivamente a través de una membrana semi-permeable.
• La membrana de las células es una membrana semi-permeable ya que permite el paso
del agua por difusión pero no la de iones y otros materiales.
• Si la concentración de agua es mayor (o lo que es lo mismo la concentración de solutos
menor) de un lado de la membrana es mayor que la del otro lado, existe una tendencia
a que el agua pase al lado donde su concentración es menor.
ósmosis

• La tendencia del movimiento de
las moléculas de solvente hacia la
región con mayor concentración
de soluto puede prevenirse si se
aplica presión a la solución más
concentrada
• El movimiento del agua a través de
la membrana semi-permeable
genera un presión hidrostática
llamada presión osmótica. La
presión osmótica es la presión
necesaria para prevenir el
movimiento neto del agua a través
de una membrana semi-permeable
que separa dos soluciones de
diferentes concentraciones.

TTrraannssppoorrttee ddee mmeemmbbrraannaa -- ÓÓssmmoossiiss

– La ósmosis puede entenderse muy bien considerando el efecto de las diferentes
concentraciones de agua sobre la forma de las células.
– Para mantener la forma de un célula, por ejemplo un hematíe, esta debe estar rodeada
de una solución isotónica, lo que quiere decir que la concentración de agua de esta
solución es la misma que la del interior de la célula. En condiciones normales, el suero
salino normal (0.9% de NaCl) es isotónico para los hematíes.
Si los hematíes son llevados a una solución que contenga menos sales (se dice que la
solución es hipotónica), dado que la membrana celular es semi-permeable, sólo el agua
puede atravesarla. Al ser la concentración de agua mayor en la solución hipotónica, el
agua entra en el hematíe con lo que este se hincha, pudiendo eventualmente estallar
(este fenómeno se conoce con el nombre de hemolisis.
Por el contrario, si los hematíes se llevan a una solución hipertónica (con una
concentración de sales superior a la del hematíe) parte del agua de este pasará a la
solución produciéndose el fenómeno de crenación y quedando los hematiés como
"arrugados".

• Transporte de membrana de macromoléculas y partículas : exocitosis y endocitosis
• La endocitosis consiste en un invaginación de una región de la membrana
plasmática que posteriormente se estrangula para dar lugar a una vesícula
intracelular.
• De este modo, la célula incorpora, englobándolas en el interior de esta vesícula,
partículas procedentes del medio extracelular .
• La deformación de la membrana plasmática que acompaña a los procesos de
endocitosis está controlada por una proteína del citosol, denominada clatrina, que
se polimeriza para formar un revestimiento de aspecto reticular, el cual atrae
hacia su interior a la porción de membrana que dará lugar a la vesícula. El
revestimiento de clatrina se elimina una vez dicha vesícula se separa de la
membrana por estrangulamiento.

• Un rasgo importante de la endocitosis y exocitosis es que en las macromoléculas
segregadas o ingeridas se hallan secuestradas vesículas y no suelen mezclarse con
otras macromoléculas o con los orgánulos de las células
• Mediante mecanismos desconocidos las vesículas se fusionan solo con la
estructura específica de la membrana, asegurando una transferencia correcta de
macromoléculas entre el interior y el exterior

TTrraannssppoorrttee vveessiiccuullaarr ppiinnoocciittoossiiss
• Existen dos modalidades de
endocitosis en función del
tamaño de las partículas
incorporadas:
• a) Pinocitosis.- Consiste en la
incorporación, en forma de
pequeñas vesículas, de partículas
de pequeño tamaño (incluidas las
macromoléculas) que se
encuentran en disolución.
• La inmensa mayoría de las células
tienen la capacidad de incorporar
por este procedimiento distintos
tipos de sustancias.

• Algunos procesos de pinocitosis están mediados por receptores específicos de naturaleza protéica
que se encuentran en la membrana celular; estos receptores fijan de manera específica sobre la
membrana a determinadas macromoléculas, que a continuación son incorporadas en forma de
vesículas pinocíticas; de este modo la célula puede incorporar macromoléculas específicas que se
encuentran en pequeñas cantidades en el medio extracelular sin tener que acompañarlas de una gran
cantidad de líquido.
• La pinocitosis mediada por receptores específicos es el procedimiento por el que penetran en la
célula determinadas hormonas, el colesterol, e incluso virus y algunas toxinas de origen bacteriano.

VVeessiiccuullaarr TTrraannssppoorrtt
RReecceeppttoorr--MMeeddiiaatteedd EEnnddooccyyttoossiiss
• b) Fagocitosis.- Consiste en la incorporación, en forma de grandes vesículas
denominadas fagosomas, de partículas de tamaño superior al de las
macromoléculas, que se encuentran en suspensión en el medio extracelular.
• De este modo, la célula puede incorporar una gran variedad de partículas de
tamaño variado: complejos supramoleculares u orgánulos procedentes de células
muertas en descomposición, e incluso células enteras. Sólo algunos tipos celulares
tienen la capacidad de fagocitar; entre ellos destacan algunos protozoos que se
alimentan de partículas orgánicas en suspensión y algunos leucocitos que
fagocitan a los microorganismos invasores con el objeto de eliminarlos.

• La exocitosis es un proceso inverso al de endocitosis, en el que una vesícula
intracelular se aproxima a la membrana plasmática fundiéndose con ella de
manera que el contenido de dicha vesícula es vertido al medio extracelular .Por
exocitosis la célula puede expulsar los restos del proceso de digestión celular que
no le resultan útiles y también los productos de secreción procedentes del aparato
de Golgi en forma de vesículas secretoras

• Las proteínas que serán segregadas
se sintetizan en los ribosomas del
RER, pasan al interior del lumen
delRE y son transportadas al
complejo de Golgi en vesículas de
transporte acá las proteínas son
modificadas , concentradas y
seleccionadas y finalmente
empaquetadas en una vesícula que
se separa del CG y se fusionan con la
membrana plasmática.

• Las moléculas que serán
segregadas se transportan
activamente al interior de la
vesícula secretora
• Este proceso es impulsado
por un gradiente iónico
• Las vesículas secretoras se
liberan únicamente cuando
se estimula la célula por una
señal extracelular
• La señal generalmente es un
mensajero químico como una
hormona
• Esta señal puede producir un
aumento transitorio en la
entrada de Ca++
• El aumento de Ca++ inicia la
exocitosis liberando su
contenido al exterior

Concentration && EElleeccttrroocchheemmiiccaall
GGrraaddiieennttss

Génesis del potencial de membrana
• La distribución de iones a través de la
membrana celular y la naturaleza de la
membrana nos dan la explicación del
potencial de membrana

La bomba de sodio potasio es electrogénica, porque extrae tres átomos de
sodio por cada dos de potasio que introduce por tanto contribuye al
potencial de membrana
K+
CONCENTRACIÓN
K+
ELÉCTRICO
INTERIOR DE LA
CÉLULA -
EQUILIBRIO
Exceso de
Cationes en
exterior
ATP-asa
Na+-K+
2K+ 3Na+

Potencial de acción generación y
conducción
El potencial de acción es un cambio rápido del
potencial de membrana seguido de un retorno al
potencial de reposo

• La comunicación entre las células nerviosas se basa en
una alteración eléctrica que se propaga a lo largo de la
membrana y que recibe el nombre de potencial de acción

• El tamaño y la forma del
potencial de acción difiere
considerablemente de un
tejido excitable a otro
• Se propaga con la misma
forma y tamaño a lo largo
de toda la fibra muscular
o célula nerviosa

DDeessppoollaarriizzaacciióónn//RReeppoollaarriizzaacciióónn

El potencial de acción es la base de la capacidad de
las células nerviosas para transportar una señal y
hace posible la contracción casi simultánea de una
fibra muscular

El potencial de acción se dispara cuando la despolarización es
suficiente para que el potencial de membrana alcance un
determinado valor umbral

• El potencial de acción difiere de la respuesta depolarizante
local en tres aspectos:
• 1) Se trata de una respuesta mucho mayor en la que se
invierten la polaridad de la membrana
• 2) El potencial de acción se propaga sin decremento a lo
largo de toda la fibra nerviosa o muscular
• 3) El tamaño y al forma del potencial de acción se mantienen
cosntantes a lo largo de la fibra, su magnitud no decrece
con la distancia

PPootteenncciiaall llooccaall
Chemical
Synapses

• Cuando se aplica un
estímulo de valor umbral
la forma y el tamaño del
potencial de acción no se
modifica; la magnitud no
aumenta al aumentar la
intensidad del estímulo

• Un estímulo subumbral
no produce un potencial
de acción un estímulo
umbral produce un
• El potencial de acción
constituye una respuesta
todo o nada

PPootteenncciiaall ddee aacccciióónn

Mecaninsmos iónicos responsables del
• 1.- aumento rápido de la conductancia a Na+ en la fase
temprana del potencial de acción
• 2.- el pico del potencial de acción no alcanza más que +50mV
• 3.- aumento de la conductancia al K+ más lentamente
• 4.- el K+ proporciona una tendencia opuesta
• 5.- la conductancia del Na+ decrece muy rápidamente hacia
su valor de reposo
• 6.- retorno del potencial de membrana al potencial de
reposo debido a la rápida disminución de la conductancia al
Na+ y al aumento de la conductancia al K+

Canales iónicos y compuertas
• Las corrientes iónicas
atraviesan las
membranas plasmáticas
por canales distintos para
sodio y potasio cada uno
con características
propias, para penetrar en
el canal deben perder la
mayor parte de su agua y
pasar a través del filtro
de selectividad
Canal de sodio

• El bloqueador específico para
los canales de sodio sensibles
a TTX (tetrodotoxina) se une
al lado extracelular
• El canal parece tener una
compuerta de inactivación
responsable de los cambios
de conductancia

• El tetratetilamonio
(TEA) es un
bloqueador de los
canales de potasio
bloquea al canal por
la parte interior de la
membrana

• El sistema nervioso
central contiene
alrededor de 100 000
millones de neuronas,
también contiene de 10 a
50 veces éste número de
células gliales
• Se calcula que el 40% de
los genes participan en su
formación
NEURONAS
CELULAS GLIALES

• Los axones de muchas
neuronas están
mielinizados, cuentan con
vaina de mielina, la mielina
es un complejo lipoprotéico
que se envuelve alrededor
del axón
• Fuera del SNC la mielina se
produce en las células de
Schwan, células similares a
las gliales
• La vaina de mielina envuelve
todo el axón excepto en sus
extremos y en los nodos de
Ranvier

• Desde el punto de vista funcional la neurona casi siempre
tiene cuatro zonas importantes:
• 1.- una zona receptora dendrítica en donde se integran los
múltiples cambios del potencial local mediante las conexiones
sinápticas
• 2.- un sitio en el cual se generan los potenciales de acción que
se propagan
• 3.- Un proceso axónico que transmite los impulsos
propagados a las terminales nerviosas
• 4.- las terminales nerviosas donde los potenciales de acción
inducen la liberación del transmisor sináptico

• 1. DENDRITA. Filamento que emerge de la
neurona y que transporta la señal eléctrica
producida por un estímulo nervioso.
2. TRANSMISOR. El impulso nervioso se
traduce en la liberación de una proteína
neurotransmisora.
3. IMPULSO NERVIOSO. La información llevada
por el neurotransmisor es transformada de
nuevo en un mensaje eléctrico.
4. SINAPSIS. El punto de comunicación entre
dos neuronas.
5. NEURONA PRESINÁPTICA.
6. AXÓN. Filamento que recibe información de
la neurona postsináptica.

Excitación y conducción
• Las células
nerviosas tienen un
umbral de
excitación bajo
• El estímulo puede
ser químico
eléctrico o
mecánico
• Se producen dos tipos de cambios
fisicoquímicos:
• 1.- Potenciales sinápticos,
generadores o electrotónicos:
• producidos por estímulos inferiores
al umbral, que tienen un efecto
sobre el potencial de membrana
• 2.- Potenciales de acción

PPootteenncciiaall ddee aacccciióónn//ddeeppoollaarriizzaacciióónn

rreeppoollaarriizzaacciióónn

RReeffrraaccttoorryy PPeerriioodd

SSiiggnnaall CCoonndduuccttiioonn
UUnnmmyyeelliinnaatteedd FFiibbeerr
CCoonnttiinnuuoouuss CCoonndduuccttiioonn

SSiiggnnaall CCoonndduuccttiioonn
MMyyeelliinnaatteedd FFiibbeerr
SSaallttaattoorryy CCoonndduuccttiioonn

Conducción ortodrómica y antidrómica
• Un axón puede conducir en ambas direcciones.
• Cuando un PA se inicia en su parte media se establecen dos
impulsos que transcurren en sentidos opuestos a causa de
la conducción electrotónica.
• En un animal vivo los impulsos solo se conducen en un
sentido desde las uniones sinápticas o receptores a lo largo
de los axones hasta el final, es decir ortodrómica.
• La conducción sentido contrario se llama antidrómica.

AAxxoonnaall TTrraannssppoorrtt
(fast & slow)
(fast only)

NNeeuurroonn’’ss IIoonn CChhaannnneellss

Clasificación de las neuronas
• Las neuronas se clasifican desde el punto de vista
morfológico en cuatro tipos principales según su forma y
la distribución de sus proyecciones.
• Las neuronas unipolares: Poseen una sola proyección y
son raras en los vertebrados, salvo al principio del
desarrollo embrionario.
• Las neuronas bipolares: Poseen dos proyecciones que
salen del soma, una sola dendrita y un solo axón. Las
neuronas bipolares están localizadas en los ganglios
vestibular y coclear y en el epitelio olfatorio de la cavidad
nasal.
• Neuronas seudounipolares: Poseen una sola proyección
que sale del cuerpo celular, pero esta proyección se
ramifica más tarde en una rama periférica y una central.
La rama central entra en el SNC, y la rama periférica
procede hacia su destino en el cuerpo.
• Neuronas motoras. Poseen su cuerpo neuronal periférico

Las neuronas se clasifican también en tres grupos
generales según su función:
• Neuronas sensitivas (aferentes): Reciben estimulación
sensitiva a nivel de sus terminaciones dendríticas y
conducen impulsos hacia el SNC para su procesamiento. Las
localizadas en la periferia del cuerpo vigilan los cambios en
el ambiente, y las que se encuentran dentro del cuerpo
vigilan el ambiente interior.
• Neuronas motoras (eferentes): Se originan en el SNC y
conducen sus impulsos hacia músculos, glándulas y otras
neuronas.
• Las interneuronas: Están localizadas dentro del SNC,
funcionan como integradoras estableciendo redes de
circuitos neuronales entre las neuronas sensitivas y motoras
y otras interneuronas.

• Los nervios
periféricos de los
mamíferos están
compuestos por
muchos axones
juntos en una
envoltura fibrosa
llamada perineuro

Tipo de fibra función Diámetro mM Vel. Cond.
m/seg
A
a PROPIOCEPCIÓN,
MOTORA, SOMÁTICA 12-20 70-120
MOTORA 5-12 30-70
b TACTO, PRESIÓN
MUSCULARES 3-6 15-30
g MOTORA EN HUSOS
d DOLOR , FRÍO, TACTO 2-5 12-30
B AUTÓNOMAS
PREGANGLIONARES <3 3-15
C
RAIZ DORSAL DOLOR, TEMP,
MECANO RREC,
RESPUESTAS
REFLEJAS
0.4-1.2 0.5-2
POSGANGLIONARES 0.3-1.3 0.7-2.3
SIMPÁTICA SIMPÁTICAS

Clasificación numérica para neuronas
sensoriales
número origen Tipo de fibra
Ia Huso muscular Aa
Ib Órgano tendinoso de
Golgi Aa
II Huso muscular,
terminación en
ramillete, tacto,
presión
Ab
III Receptores para
dolor y frío, algunos
receptores para tacto
Ab
IV Dolor temperatura y
otros receptores C

Susceptibilidad de las fibras nerviosas A, B y C al
bloqueo de la conducción.
susceptibilidad +++
susceptible
s
++
susceptible
s
+-
susceptible
s
hipoxia B A C
presión A B C
Anestésicos
locales
C B A

• Las proteínas G son transductores de señales que
llevan información desde el receptor hasta una o
más proteínas efectoras.
• Existe una gran superfamilia de receptores para
numerosos fármacos destinatarios que interactúan
con ciertas proteínas reguladoras heterotriméricas
ligadas a GTP conocidas como proteínas G.
• Los receptores acoplados a la proteína G (G protein-coupled
receptors, GPCR) comprenden a los de
varias aminas biógenas, eicosanoides y otras
moléculas que envían señales a lípidos, péptidos
hormonales, opiáceos, aminoácidos como GABA y
muchos otros péptidos y ligandos proteínicos.

• Los efectores que son regulados por la proteína G
comprenden enzimas como:
• la adenililciclasa,
• fosfolipasa C,
• Fosfodiesterasas
• También regulan canales de iones de la membrana
plasmática selectivos para Ca2+ y K+.
• Gracias a su número e importancia fisiológica, los
GPCR constituyen objetivos muy utilizados para los
fármacos; quizás la mitad de los fármacos que no son
antibióticos están dirigidos hacia estos receptores,
que constituyen la tercera familia más grande de
genes en el ser humano.

• Forman una familia de proteínas caracterizadas por
su interacción con guanosín trifosfato (GTP)
conducente a la hidrólisis del nucleótido a guanosín
difosfato (GDP).
• Su nombre deriva la inicial de guanosina.
• En la fisiología celular actúan como interruptores
biológicos mediante la transducción de señales.
• Un estímulo del exterior celular, un ligando por
ejemplo, accede al receptor celular asociado a
proteína G o GPCR desencadenado una cascada de
actividades enzimáticas o segundos mensajeros
como respuesta.

• Debido a su estructura molecular, las proteínas G se
clasifican en dos tipos, heterotriméricas y
monoméricas.
• Las primeras, grandes o heterotriméricas, están
constituidas por tres subunidades distintas,
denominadas αβγ; se trata de proteínas ancladas a
membrana, aunque no integrales de membrana.
• Las segundas, pequeñas o monoméricas, con una
única subunidad, se encuentran libres en el citosol y
nucleoplasma.

• Las proteínas G están integradas por
subunidades cada una como un transmisor de
señal metabólica especifica.
• Se sabe que existe centenares de estas
proteínas en los circuitos metabólicos del
sistema nervioso, circulatorio y anabólico.
• Este tipos de proteínas G tienen un papel
importante en todas las células del organismo

• Estas proteínas acoplan a mas de 100
receptores distintos para diversas proteínas
• como la adenilato ciclasa, la guanilato ciclasa,
y algunos tipos de canales iónicos

• PROTEINAS G:
– HETEROTRIMÉRICAS
– Monomericas
• CARACTERISTICAS COMUNES:
– Transducen señales de membrana
– Son interruptores moleculares: on/off y
tiempo
– Unen GTP, que es fundamental para su
activación.
– Hidrolizan GTP

• Las proteínas G grandes, o heterotriméricas, se sitúan
en la membrana plasmática, a la cual están ligadas
por sus subunidades α y γ mediante estructuras
hidrofóbicas, de tipo ácido graso.
• Queda una tercera subunidad, la β, que se asocia a la
subunidad γ.
• En conjunto, y en reposo, es decir, con GDP unido a la
subunidad α, las tres subunidades se sitúan en algún
lugar de la membrana biológica, poseyendo
movimiento dada su fluidez.

• Cuando un GPCR recibe un estímulo y se activa a la
proteína G, con la adquisición de GTP, que es
hidrolizado posteriormente, ésta se disgrega en dos
partes:
• βγ, que puede ejercer funciones biológicas como la
apertura de canales; y otra,
• α, que activa cascadas de señalización celular, como
por ejemplo mediante adenilato ciclasa y la
generación de AMP cíclico.

Las proteínas
G Unión a
Estado activo
nucleótidos de
guanina
Estado inactivo
Trifosfato de guanosina
GTP
Di fosfato de
guanosina
GDP

Las proteínas G son
heterotrimeros compuestas
por las subunidades
Alfa(con 39-46 kilodalton de
peso molecular),
Beta (37 kD)
Gamma (8 kD).

• Las proteínas G se clasifican:
• Si estimulan la actividad de la adenil ciclasa en
alguna o varias de sus isoformas en Gs
• si inhiben la actividad de dicha enzima en Gi y
todas las subunidades alfa que activan
distintas isoformas de fosfolipasa Cβ

LAS PROTEINAS G SE CLASIFICAN EN 3 GRUPOS
1.-Gs Activa a la AC
2.-Gi Que inhibe a la AC ,incluye
a la transducina y a la gustducina
3.-Gq Que activa principalmente la cascada
de fosfoinositidos , a las proteínas
G12, se encuentran en diversos
tipos de células incluido el sistema nervioso

 El proceso de activación de proteínas efectoras inducidas por ligando puede explicarse según un
modelo en tres fases
 1 El receptor (azul claro) se encuentra en estado de reposo, así como el efector (rojo pálido). La
proteína G se encuentra con todas sus subunidades asociadas y con GDP; por lo tanto, inactiva.
 2 La unión de la hormona induce un cambio conformacional en el receptor, que se activa (azul
oscuro).
 3 El receptor activado se une a la subunidad Gβγ.
 4 A consecuencia de dicha interacción, Gα cambia su conformación, se disocia el GDP y se adopta
GTP, por lo que la proteína se encuentra activa. Gα se desplaza separándose del resto de
subunidades aprovechando su independencia derivada de la posesión de anclas en la bicapa
lipídica.
 5 La hormona se disocia del receptor, por lo cual se inactiva (azul claro). Gα se une al efector y lo
activa (rojo). El efector realiza una actividad catalítica.
 6 La hidrólisis de GTP a GDP causa la disociación de Gα del efector y se reasocia con Gβγ. Todo el
sistema queda en reposo, inactivo.

la activación de
cascadas complejas
de mensajeros
intracelulares
denominados
secundarios
ActivaLons a GGPsC, RG i, Gq
Produciendo
respuestas
Regulación
directa de
canales iónicos
Regulación de
la fosforilacion
de proteínas

• Las proteínas G monoméricas o pequeñas son GTPasas de masas moleculares
entre 20 y 40 kDa Actúan como reguladoras de procesos claves, como :
• la proliferación celular (p. ej. Ras),
• tráfico de vesículas (p. ej. Rab)
• la estructura del citoesqueleto (p. ej. Rho).
• En el mismo polipéptido se presenta tanto la actividad GTPasa como la capacidad
de reconocimiento de motivos estructurales en otras moléculas, siendo además
muy móviles en el interior celular, sin poseer la restricción de encontrarse ligadas
las membranas celulares.
• Para regular su actividad GTPasa, existen también proteínas GEF y GAP, antes
mencionadas.
• Pertenecen a la superfamilia Ras en la que se han identificado más de 100
proteínas diferentes subdivididas en 5 subfamilias: Ras, Rho, Rab, Arf y Ran
(Barandier et al., 2003),
• En muchos casos, se encuentran solubles en el citosol

• Los genes codificantes de los distintos miembros de la familia
Ras están muy conservados evolutivamente, lo que sugiere
que estas proteínas son muy importantes en los procesos
celulares.
• Los genes ras se expresan en todos los tipos celulares y
órganos, aunque existen diferencias en cuanto a expresión
pre- y postnatal, y en ciertos tejidos adultos se expresan
preferentemente uno u otro miembro de la familia. H-ras se
expresa mayoritariamente en cerebro, músculo y piel; K-ras
en estómago, pulmón y timo; mientras que N-ras se expresa
en testículos y timo.

• Las proteínas Ras de mamíferos están localizadas en la cara
interna de la membrana plasmática como homodímeros o
heterodímeros (Santos et al., 1988). Para la unión de la
proteína Ras a la membrana son necesarias una serie de
señales moleculares que determinan la ruta por la cual esta
proteína se ancla en la membrana y su localización en islotes
lipídicos (rafts o caveolas, regiones ricas en colesterol) o en
zonas desorganizadas de la membrana (Hancock et al., 1990).
• la localización de Ras en la membrana también depende de
estas modificaciones postraduccionales. Así, se sabe que H-Ras
está localizada en islotes lipídicos, mientras que K-Ras se
localiza en zonas desorganizadas de la membrana (Prior et al.,
2001; Roy et al., 1999).

• Modificaciones postraduccionales y transporte de Ras a la membrana.(Adaptado de Rojas and Santos, 2002.)

RECEPTORES ACOPLADOS
A PROTEÍNAS G

• Estos receptores celulares median respuestas
a su interacción con diversas moléculas de
señalización como lo son los
neurotransmisores, neuropéptidos,
hormonas, péptidos vasoactivos,
aromatizantes, saborizantes, glucoproteínas y
otros mediadores locales.

• de los receptores de esta clase tienen una
estructura similar, esta consiste en una
cadena polipeptídica simple con siete
segmentos α-hélice trasmembranales que
tienen una estructura tridimensional común
(TM I-VII)

• estos dominios están unidos entre si por asas
polipeptídicas tres intracelulares (i1-i3),
• y tres asas extracelulares (e1-e3) una cuarta
asa citoplasmática puede formarse cuando el
segmento C- terminal se une a la membrana
por atracción lipídica a la cadena de
aminoácidos

• un segmento N-terminal glucosilado
extracelular, el segmento C-terminal a nivel
citoplasmático

• En cuanto a su estructura, los siete dominios
transmembrana poseen dos características clave:
• Orientación con el extremo amino terminal hacia el
exterior y el carboxilo terminal hacia el interior.
• Estructura de siete alfa-hélices transmembrana (H1 a
H7), cuatro segmentos extracelulares (E1 a E4) y
cuatro segmentos citosólicos (C1 a C4). El segmento
carboxiterminal, el tercer bucle citosólico (C3) y, a
veces, también el segundo (C4) están implicados en
la interacción con la proteína G.

• De acuerdo a la homología de secuencia y similitud funcional, se clasifican en seis
grandes grupos:
• Clase A (o 1) (receptores semejantes a rodopsina)
• Clase B (o 2) (receptores de de la familia secretina)
• Clase C (o 3) (receptor metabotrópico de glutamato)
• Clase D (o 4) (receptores fúngicos involucrados en la determinación sexual)
• Clase E (o 5) (receptores de AMPc)
• Clase F (o 6) (Frizzled/Smoothened, de las vías Wnt y hedgehog, respectivamente)

En cuanto a los efectores de las proteínas G, los de mamíferos pueden clasificarse de
Clase GΑ Efector asociado Segundo mensajero Ejemplos de receptores
Gsα Adenilil ciclasa Aumento de AMPc
β-adrenérgico,
glucagón, serotonina,
vasopresina
Giα
Adenililciclasa, canal
de K+
Disminución AMPc,
cambio en el potencial
de membrana
α2-adrenérgico,
muscarínico de
acetilcolina
Golfα Adenilil ciclasa Aumento AMPc Olfatorios
Gqα Fosfolipasa C Aumento IP3, DAG α1-adrenérgico
Goα Fosfolipasa C Aumento IP3, DAG Acetilcolina de células
endoteliales
GtΑ cGMP fosfodiesterasa Disminución cGMP
Rodopsina de las
células bastón
acuerdo a los siguientes grupos

Principal Mecanismo de Acción
Cuando no hay un ligando, el
receptor está asociado a la
proteína G.
Cuando un ligando se une al
receptor, lo cambia
conformacionalmente:
La Proteína G se separa del
receptor y la subunidad α se une
a un GTP.
Al unir el GTP y sustituirlo por un
GDP, las subunidades β y γ se
separan de α .
La unidad α + GTP produce
efectos metabólicos diversos que
no siempre se dan
simultáneamente.

– Activa la adenilato
Ciclasa.
– Activa la fosfolipasa C.
– Provoca cambios en
apertura y cierre de
los canales iónicos.

Seguidamente, se
produce la separación de
las subunidades desde la
proteína G, en 2
componentes, la
subunidad α y la βγ.
Finalmente, al hidrolizar
al GTP, la subunidad α se
desactiva,
restableciendo su unión
con el dímero βγ y la
proteína G queda lista
para un futuro ciclo de
activación.

Sistema Acoplado a la Adenilato
Ciclasa
• La AC es la enzima que sintetiza al 2º
mensajero llamado AMPc que a partir de la
hidrólisis del ATP, Y la enzima que degrada al
AMPc recibe el nombre de fofodiesterasa
(PDE).

Sistema Acoplado a la Adenilato
Ciclasa
• Cuando la AC se activa, su subunidad catalítica
convierte al ATP en AMPc, y este segundo
mensajero activa a la denominada proteína
cinasa que propaga y amplifica las señales
acopladas al sistema de la AC.

Sistema Acoplado a la Guanilato
Ciclasa
• Los sistemas celulares poseen un tipo de
proteína cinasa llamada proteína cinasa G
(PKG), dependiente de GMPc.

Sistema Acoplado a la Guanilato
Ciclasa
• La guanilato ciclasa es la que sisntetiza al 2º
mensajero GMPc a partir de la hidrólisis del
GTP, siendo la PKG homóloga a la PKA.
• El aumento citoplásmico del GMPc activa a
PKG uniéndose al domino regulador de la
enzima y causando un cambio
conformacional.

Sistema Acoplado a la Fosfolipasa
C
• Receptores asociados a proteínas Gq después
de interactuar con su ligando, estimulan a la
fosfolipasa C.
• Lo que se traduce en un aumento en el
recambio de fosfoinosítidos y la liberación de
calcio de compartimentos intracelulares.

• La fosfolipasa C produce la catabolización de
una molécula: el Fosfatidil Inositol, un
fosfolípido de la membrana
Fosfatidil
inositol
Inositol fosfato
Diacilglicerol

Cuadro 7.1- Cuadro comparativo de las vías de transmisión a través de segundos mensajeros
LOCALIZACIÓN
CELULAR
VÍA ADENILATO CICLASA (AC) Pasos generales VÍA DE LOS FOSFATO DE
INOSITOL
Espacio extracelular
Adrenalina
¯
Inductor (Primer mensajero)
¯
Adrenalina
¯
Membrana plasmática
Receptor b-adrenérgico
¯
Proteína Gs
¯
Adenilato ciclasa (AC)
¯
Receptor
¯
Transductor
¯
Amplificador
¯
Receptor a1-adrenérgico
¯
Proteína Gq
¯
Fosfolipasa C (PLC)
¯
Citosol
ATP
¯
AMPc
¯
Proteinquinasa A (PKA)
¯
Fosforilación de Fosforilquinasas
¯
Glucógeno ® Glucosa
Precursor Fosforilado
¯
Segundo mensajero
¯
Fosforilación de
Proteinquinasas
¯
Fosforilaciónes enzimáticas
¯
Respuesta Celular
PIP2
¯
DAG - IP3 - Ca2+
¯
Proteinquinasa C (PKC)
¯
Liberación de Ca2+ al citosol
¯
Vasoconstricción

• Uno que se une a proteínas G
• Otro que se fosfolira durante el proceso
de desensibilización del receptor

Las células poseen 2 tipos de
GTP-asas
• Monomérica y trimérica
• Cada uno tiene la capacidad de unir
trisfosfato de guanosina (GTP) y permite que
se una ala subunidad alfa de la proteína G
que a su ve z intercambia su GDP por un GTP

La union de GTP da lugar a que la
subunidad alfa se disocie y esta se une
con ciclasa de adenilato.
Se da la activacion de la ciclasa de
adenilato.
 Se desacopla el ligando del receptor
ligado a la proteína G y el receptor
regresa a su configuración original sin
afectar la actividad de la subunidad alfa

La subunidad alfa hidroliza su GTP en
GDP, se desprende de la ciclasa de
adenilato y se une a otra vez a las
subunidades Beta.
Así la G1 Actúa en forma similar a la
G5, pero se inhibe y no se produce cAMP
Esto impide la fosforilación.
Por eso la unión de un ligando particular a
un receptor especifico puede activar o
inactivar la célula según el tipo de proteína
G que se acopla.

AMP CÍCLICO Y SU FUNCIÓN COMO
SEGUNDO MENSAJERO
El cAMP es una molécula de
señalamiento intracelular que activa
la cinasa de proteína dependiente de
cAMP y se une en ella.
La cinasa A se disocia en su
componente regulador y 2
subunidades catalíticas activas.

• Fosforilan a otras enzimas en el citosol y por
consiguiente inicia una cascada de fosforilaciones
y su efecto es una respuesta especifica

• La transcripción de genes se dan por valores
elevados de cAMP.
• Se fosforila la cinasa A y por lo tanto se activa la
proina de union de los elementos de respuesta
de cAMP que estimula a los genes

• Cuando se encuentre cAMP en una
concentración elevada suficiente da lugar a la
reacción de la célula blanco

• El cAMP se degrada por la acción de
las fosfodiesterasas de cAMP en 5-
AMP

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