SlideShare une entreprise Scribd logo
1  sur  19
Movimiento del agua y los solutos
La membrana celular actúa como barrera semipermeable impidiendo la entrada
de la mayor parte de las moléculas, dejando pasar selectivamente a otras.
Para entender los sucesos que acontecen es necesario refrescar los conceptos de
potencial de agua
difusión
ósmosis
Potencial de agua
El potencial de agua es la tendencia del agua a moverse de un área de mayor
concentración a una de menor concentración. Las moléculas de agua se mueven
de acuerdo a la diferencia de energía potencial entre el punto donde se
encuentran y el lugar hacia donde se dirigen. La presión y la gravedad son dos
de los orígenes de este movimiento.
Recuerde por ejemplo el ciclo hidrológico en el cual el agua fluye de las partes altas a las
bajas, al igual que el agua de lluvia cae de las nubes, y para volver a formar parte de
ellas es necesario que el sol la evapore. La energía es necesaria tanto para mantener este
ciclo, como para llevar el agua a una zona alta.
Difusión simple
La difusión es el movimiento neto de sustancia (líquida o gaseosa) de un área
de alta concentración a una de baja concentración. Dado que las moléculas de
cualquier sustancia se encuentran en movimiento cuando su temperatura esta
por encima de cero absoluto (0 grados Kelvin, o -273 o
C), existe una
disponibilidad de energía para que las mismas se muevan desde un estado de
potencial alto a uno de potencial bajo. La mayoría de las moléculas se mueven
desde una concentración alta a una baja, es decir el movimiento neto es desde
altas concentraciones a bajas concentraciones.
Modificado de: http://www.biosci.uga.edu/almanac/bio_103/notes/may_13.html
Eventualmente, si no se agrega energía al sistema las moléculas llegan a un
estado de equilibrio en el cual se encuentran distribuidas homogéneamente en
el sistema.
Células y Difusión
Entre las pocas moléculas simples que pueden cruzar la membrana celular por
difusión se encuentran gases como nitrógeno, el anhídrido carbónico y el
oxígeno. También difunden moléculas sin carga como el etanol y resulta
ligeramente permeable al agua y a la urea.
Para que tenga lugar el fenómeno de la difusión, la distribución espacial de
moléculas no debe ser homogénea, debe existir una diferencia, o gradiente de
concentración entre dos puntos del medio.
La difusión constituye una de las principales formas de movimiento de
sustancias entre las células y una de las formas en que las pequeñas moléculas
cruzan la membrana celular.
El intercambio de gases en branquias y pulmones es consecuencia de
fenómenos de difusión. El anhídrido carbónico se regenera constantemente
dado que es producido en las células como consecuencia de fenómenos
metabólicos, y como la fuente está en el interior de la célula, el flujo neto del
CO2 es hacia el exterior de la célula. Los procesos metabólicos, requieren
usualmente oxígeno, cuya concentración es mayor en el exterior de la célula,
por lo tanto su flujo neto es hacia el interior.
El primer paso de la difusión pasiva en el entorno celular, es el movimiento de
una molécula desde la solución acuosa a la porción hidrofóbica de la bicapa
fosfolipídica.
La medida de la "fobia" al agua de una molécula, esta dada por su coeficiente
de partición K.
Donde K es la constante de equilibrio de la partición entre aceite y agua. (para
el caso de la membrana se analiza Cm, la concentración en el centro de la bicapa
hidrófoba).
K es una medida de la tendencia de una molécula a "huir" del agua, a mayor K,
mayor es la posibilidad de disolución de una molécula en la bicapa lipídica.
La velocidad de difusión (dn/dt expresada en mol/s) de moléculas pequeñas a
través de una membrana esta dada por una variante de la Ley de Fick y de
acuerdo a ella, la misma es proporcional a la diferencia de concentraciones a
ambos lados de la membrana (C1aq-C2aq). Además, para una membrana de
superficie A y de espesor x, es proporcional a A e inversamente proporcional a
x. Por otra parte resulta proporcional a P (coeficiente de permeabilidad), todo lo
cual resulta en:
siendo P proporcional a K
y donde D (característico tanto del soluto como del medio en el que se disuelve)
es el coeficiente de difusión de la molécula dentro de la membrana y x el
espesor de la misma. Reemplazando nos queda
Por lo tanto la velocidad de difusión es directamente proporcional tanto a la
constante de difusión (D) como a la de partición (K) e inversamente
proporcional al espesor de la membrana (x). Dado que x prácticamente no varía
siendo de alrededor de 3 nm. y, por otra parte las diferencia de los coeficientes
de difusión D no suelen ser significativo (para bajas concentraciones se
mantiene prácticamente constante). Considerando para un área A constante
podríamos simplificar mas y dejar
por lo tanto la velocidad con que difunden las moléculas depende de su
coeficiente de partición y de la diferencia de concentración ambos lados de la
membrana. En otras palabras cuanto mas hidrófoba sea la molécula, con mayor
velocidad difundirá por la membrana plasmática y además esta velocidad se
incrementará cuanto mayor sea la diferencia de concentración de las
moléculas entre ambos lados de la membrana. Estas relaciones valen para
interpretar la difusión de gases y moléculas pequeñas sin carga como el etanol
a través de la membrana plasmática.
Ósmosis
Por ósmosis se conoce al fenómeno de difusión de agua a través de una
membrana semipermeable (conocidas también como de permeabilidad
diferencial o de permeabilidad selectiva).
Ejemplos de ese tipo de membrana son la membrana celular, como así también
productos como los tubos de diálisis y las envolturas de acetato de celulosa de
algunas salchichas.
La presencia de solutos decrece el potencial de agua de una sustancia, por lo tanto
existe más agua por unidad de volumen en un vaso de agua corriente que en el
volumen equivalente de agua de mar.
En una célula, que posee organelas y moléculas grandes, la dirección del flujo
del agua es, generalmente, hacia el interior de la célula.
Si observa la animación, podrá ver que en compartimentos separados por una
membrana semipermeable, cuando disminuye la concentración de solutos (en la
animación las partículas rojas simulan proteínas), en uno de ellos, el agua se
moverá desde allí hacia el compartimiento con alta concentración del soluto o,
en otras palabras desde el compartimiento con potencial de agua alto al
compartimiento con potencial de agua bajo.
La presión osmótica se define como la presión hidrostática necesaria para
detener el flujo neto de agua a través de una membrana semipermeable que
separa soluciones de composición diferente. La presión osmótica (p) está dada
por:
donde p es presión osmótica medida en atmósferas (atm), R la constante de los
gases, T la temperatura absoluta y DC la diferencia de las concentraciones de
solutos a ambos lados de la membrana.
La presión osmótica es una propiedad de tipo coligativa, es decir, depende del
número de partículas. Así por ejemplo una solución de NaCl 0,5 M, si
estuviera totalmente disociada en Na+
y Cl-
, sería equivalente a una solución de
glucosa 1M.
Las soluciones hipertónicas son aquellas, que con referencias al interior de la
célula, contienen mayor cantidad de solutos (y por lo tanto menor potencial
de agua).
Las hipotónicas son aquellas, que en cambio contienen menor cantidad de
solutos (o, en otras palabras, mayor potencial de agua).
Las soluciones isotónicas tienen concentraciones equivalentes de solutos y,
en este caso, al existir igual cantidad de movimiento de agua hacia y desde el
exterior, el flujo neto es nulo.
Las células animales se hinchan cuando son colocadas en soluciones hipotónica,
algunas como los eritrocitos terminan estallando debido al agua que penetra en
ellas por flujo osmótico (se lisan),
Una de las principales funciones del cuerpo de los animales es el
mantenimiento de la isotonicidad del plasma sanguíneo, es decir un medio
interno isotónico. Esto elimina los problemas asociados con la pérdida o
ganancia de agua desde y hacia las células. Estamos hablando por supuesto de
una de las claves de la homeostasis.
A diferencia de la células animales, las células de bacterias y plantas están
rodeadas por una pared celular rígida, en este caso
Cuando se encuentran en un medio hipotónico, el agua que penetra por flujo
osmótico genera una presión de turgencia que empuja al citosol y la
membrana plasmática contra la pared celular.
En cambio en soluciones hipertónicas las células se retraen, separándose la
membrana de la pared celular como consecuencia de la pérdida de agua por
flujo osmótico (fenómeno conocido como plasmólisis).
Organismos unicelulares como Paramecium, y otros organismos de vida libre en
agua dulce, tienen el problema de que son usualmente hipertónicos con relación
a su medio ambiente. Por lo tanto el agua tiende a fluir a través de la membrana
hinchando a la célula y eventualmente rompiéndola, hecho molesto para
cualquier célula. Una vacuola contráctil es la respuesta del Paramecium a este
problema, si bien el bombear agua hacia exterior de la célula requiere energía
ya que trabaja contra un gradiente de concentración.
Proteínas de membrana que intervienen en el transporte
Debido a a su interior hidrofóbico, la bicapa lipídica de una célula constituye
una barrera altamente impermeable a la mayoría de las moléculas polares. Esta
función de barrera tiene gran importancia ya que le permite a la célula
mantener en su citosol a ciertos solutos a concentraciones diferentes a las que
están en el fluido extracelular; lo mismo ocurre en cada compartimiento
intracelular envuelto por una membrana. El desarrollo evolutivo ha creado
sistemas celulares destinados transportar específicamente moléculas
hidrosolubles, subsanando el problema del aislamiento celular.
El transporte de moléculas es realizado por parte de las proteínas integradas en
la membrana celular. Por lo general es altamente selectivo en lo que se refiere a
los productos químicos que permiten pasar.
Las tres clases principales de proteínas de membrana (todas ellas de
transmembrana) que intervienen en el pasaje de moléculas a través de la misma
son:
proteínas de canal que conforman un "túnel" que permite el paso de agua y
electrolitos a favor de un gradiente de concentración o potencial eléctrico
(forman un canal que atraviesa la bicapa en todo su espesor). La partícula que
pasa se selecciona de acuerdo a su tamaño y carga. Suelen estar cerrados y
abrirse frente a estímulos específicos. El pasaje se realiza de acuerdo al
gradiente de concentración de las moléculas.
Las células que presentan gran permeabilidad al agua poseen un canal que
facilita la entrada de la misma. La proteína responsable: la acuoporina, fue
identificada por Peter Agre en eritrocitos, a mediados de los ´80.
Agre probó su hipótesis en un experimento simple donde él comparó células
que tenían la proteína en cuestión con células que no lo tenían. Cuando las
células se pusieron en una solución de agua, aquéllas que tenían la proteína en
sus membranas absorbieron el agua por ósmosis y se inflaron, mientras aquéllas
que carecen de la proteína no eran afectadas en absoluto. Agre también ejecutó
los ensayos con las células artificiales, llamadas liposomas ( son un tipo de
burbuja de jabón por fuera y el interior constituido por agua). Él encontró que
los liposomas se volvieron permeables al agua si la proteína se incrustaba en
sus membranas.
¿Cómo trabaja el canal de agua ? Una pregunta de que llevó al NOBEL
En 2000, junto con otros equipos de investigación, Agre informó las primeras imágenes
de la estructura tridimensional de la aquaporina. Con estos datos, era posible trazar en
detalle cómo funciona el canal de agua. ¿Porque sólo admite las moléculas de agua y
no otras moléculas o iones? por ejemplo, no permite que pasen los protones. Esto es
crucial porque la diferencia en la concentración de protones entre el interior y el exterior
de la célula es la base del sistema de almacenamiento de energía de la célula.
La selectividad es una propiedad central de la aquaporina. Debido a la carga positiva del
centro del canal, los iones cargados positivamente se rechazan. Esto impide el pasaje de
protones a través del mismo. Las moléculas que se introducen a través del estrecho
canal se reacomodan, orientándose en el campo eléctrico local formado por los átomos de
la pared. Los protones (o más bien los iones oxonium, H3O+) se detienen en el camino
y son rechazados debido a sus cargas positivas.
Imagen traducida de: sitio del Premio Nobel 2003
bombas: utilizan energía (provista por el ATP) para transportar moléculas
contra un gradiente de concentración
transportadores: este tipo de proteínas, luego de fijar las moléculas a
transportar (A),
Proteína transportadora
sufren un cambio de conformación (B) en manera tal que permite a las
moléculas fijadas, atravesar la membrana plasmática. Se conocen tres tipos de
transportadores:
Tipos de transportadores
"uniport" llevan una soluto por vez
"symport" transportan el soluto y co-transportan otro diferente al mismo
tiempo y en la misma dirección.
"antiport" transportan soluto hacia el interior (o exterior) y co-transportan
soluto en la dirección opuesta. Uno entra y el otro sale o vice-versa.
Transporte Activo y Pasivo
Para el transporte pasivo no se requiere que la célula gaste energía. Entre los
ejemplos de este tipo de transporte se incluyen la difusión de oxígeno y
anhídrido carbónico, la ósmosis del agua y la difusión facilitada.
El transporte activo, en cambio, requiere por parte de la célula un gasto de
energía que usualmente se da en la forma de consumo de ATP. Ejemplos del
mismo son el transporte de moléculas de gran tamaño (no solubles en lípidos) y
la bomba sodio-potasio.
Difusión facilitada
La difusión facilitada se realiza tanto por medio de las proteínas canal como por
los "uniport". Permite que moléculas que de otra manera no podrían atravesar
la membrana, difundan libremente hacia afuera y adentro de la célula.
Este proceso permite el paso de iones pequeños tales como K+
, Na+
, Cl-
,
monosacáridos, aminoácidos y otras moléculas.
Al igual que en la difusión simple el movimiento es a favor del gradiente de
concentración de las moléculas. Sin embargo su velocidad de transporte es
mayor que el se pronostica con la ley de Fick, ya que no entran en contacto con
el centro hidrofóbico de la bicapa. El transporte es específico, transportándose
un tipo de moléculas o un grupo de ellas estrechamente relacionados.
La velocidad de transporte en la difusión facilitado esta limitada por el numero
de canales disponibles en la membrana. La velocidad de transporte se satura
cuando todos los transportadores están funcionando a su máxima capacidad
(ver que la curva indica una "saturación") mientras que en la difusión simple la
velocidad de depende solo del gradiente de concentración.
La glucosa entra en la mayor parte de las células por difusión facilitada. Parece
existir un número limitado de proteínas transportadoras de glucosa. El rápido
consumo de la glucosa por la célula (por la tan conocida glicólisis) mantiene el
gradiente de concentración. Sin embargo, cuando la concentración externa de
glucosa aumenta, la velocidad de transporte no excede cierto límite, sugiriendo
una limitación en el transporte.
Transporte activo
El transporte activo requiere un gasto de energía para transportar la molécula
de un lado al otro de la membrana, pero el transporte activo es el único que
puede transportar moléculas contra un gradiente de concentración, al igual
que la difusión facilitada el transporte activo esta limitado por el numero de
proteínas transportadoras presentes.
Son de interés dos grandes categorías de transporte activo: primario y
secundario.
Transporte activo primario
Usa energía (generalmente obtenida de la hidrólisis de ATP), a nivel de la
misma proteína de membrana produciendo un cambio conformacional que
resulta en el transporte de una molécula a través de la proteína.
El ejemplo mas conocido es la bomba de Na+/K+. La bomba de Na+/K+
realiza un contratransporte (usando un "antyport"). Transporta K+ al interior
de la célula y Na+ al exterior de la misma, al mismo tiempo, gastando en el
proceso ATP.
En el caso del transporte activo, las proteínas transportadoras deben mover moléculas
contra un gradiente de concentración. Por ejemplo en la bomba de sodio-potasio de las
células nerviosas el Na+
es mantenido a bajas concentraciones en el interior de las
células y el K+
a altas concentraciones (ver cuadro). Las concentraciones están
invertidas en el exterior de las células.
Concentraciones iónicas
Ión
Interior
de la Célula
Sangre
Sodio 12 mM 145 mM
Potasio 140 mM 4 mM
El valor del potencial eléctrico generado por la diferencia de permeabilidad de
los iones y su distribución a ambos lados de la membrana es de -70 mV,
resultando el interior de la célula negativo con respecto al exterior. Una idea de
la magnitud de este voltaje lo da el hecho que, si consideramos que la
membrana tiene un espesor de alrededor de 3,5 nm, el gradiente de voltaje a
través de le membrana sería de 0,07 V/ 3,5 x 10 -7cm o sea 200.000 V/cm.
Las bombas iónicas activadas por ATP generan y mantienen gradientes iónicos
a través de la membrana plasmática.
Cuando se propaga un mensaje nervioso los iones pasan a través de la membrana (sale
el potasio y entra el sodio) transmitiendo el mensaje. Luego de este proceso, los iones
deben ser transportados activamente a la "posición de partida" a lo largo de la
membrana. Cerca de un tercio del ATP utilizado por un animal en reposo se consume
para mantener la bomba Na+/K+.
Existen cuatro tipos de "bombas" que utilizan ATP para mover solutos contra
gradientes de concentración.
Las bombas de clase P (compuestas por dos polipéptidos diferentes: alfa y beta)
intervienen en el transporte de H+
, Na+
, K+
y Ca++
, se las encuentra en .
las membranas plasmáticas de vegetales, hongos y bacterias , donde
En las membranas plasmáticas de eucariotas actúan como bombas de Na+
/ K+
y
H+
/K+
(células gástricas) y este tipo se lo encuentra además como bombas de Ca++
en
dichas células (y en el retículo sarcoplásmico de células musculares)
La bombas clase F
Las bombas de clase V (múltiples subunidades de membrana y citosólicas)
intervienen en el transporte de H+
de membranas de vacuolas de vegetales y hongos,
en los endosomas y lisosomas de células animales y en ciertas células animales
secretoras de ácidos (p.ej. osteoclastos)
Las bombas de clase ABC (del inglés ATP Binding Cassete, con dos dominios de
trasmembrana y dos citosólicos) intervienen en el transporte de iones y moléculas
pequeñas. Se encuentran en membranas plasmáticas bacterianas como permeasas
asociadas al transporte de aminoácidos y monosacáridos. En retículo endoplásmico de
células de mamíferos asociadas al transporte de péptidos relacionados con la
presentación de antígenos por las proteínas de CHM, y en membrana plasmática de
mamíferos asociadas al transporte de moléculas pequeñas, fosfolípidos y fármacos
lipidosímiles pequeños. Esta superfamilia incluye a la MDR1(del inglés MultiDrug
Resistence) que exporta un gran número de fármacos y es factor clave de la
resistencia de las células cancerosas a los quimioterápicos y a la proteína CFTR
(proteína reguladora transmembrana de la fibrosis quística), un canal para el Cl-
que
es defectuosa en la fibrosis quística.
Transporte activo secundario
Utiliza la energía para establecer un gradiente a través de la membrana celular,
y luego utiliza ese gradiente para transportar una molécula de interés contra su
gradiente de concentración.
Un ejemplo de ese mecanismo es el siguiente: Escherichia coli establece un gradiente de
protones (H+
) entre ambos lados de la membrana utilizando energía para bombear
protones hacia afuera de la célula. Luego estos protones se acoplan a la lactosa (un
azúcar que sirve de nutriente al microorganismo) a nivel de la lactosa-permeasa (otra
proteína de transmembrana), la lactosa permeasa usa la energía del protón moviéndose
a favor de su gradiente de concentración para transportar la lactosa dentro de la célula.
Este transporte acoplado en la misma dirección a través de la membrana celular
se denomina cotransporte (utiliza las proteínas "symport"). Escherichia coli
utiliza este tipo de mecanismo para transportar otros azucares tales como ribosa
y arabinosa, como así también numerosos aminoácidos.
El mecanismo de transporte secundario Na+-glucosa
Otro sistema de transporte secundario usa la bomba de Sodio/Potasio en una
primera etapa, genera así un fuerte gradiente de Sodio a través de la membrana.
Luego la proteína "simport" para el sistema Sodio-Glucosa usa la energía del
gradiente de Sodio para transportar Glucosa al interior de la célula.
Este sistema se usa de manera original en las células epiteliales del intestino.
Estas células toman glucosa y sodio del intestino y lo transportan al torrente
sanguíneo utilizando la acción concertada de los "simport" para Sodio/Glucosa,
la glucosa permeasa ( una proteína canal de difusión facilitada para la glucosa)
y las bombas de Sodio/Potasio.
Se debe hacer notar que las células del intestino se encuentran unidas entre sí
por "uniones oclusivas" que impiden que nada proveniente del intestino pase
al torrente sanguíneo sin ser primero filtradas por las células epiteliales.
Este mecanismo es la base de la formulación de las "sales de rehidratación oral"
que contiene glucosa y electrolitos, utilizada para combatir los efectos de la
diarrea provocada por el cólera y otras bacterias patógenas. La cura implica no
solamente el uso de antibióticos sino además la reposición del agua que se
pierde por acción de las toxinas microbianas. La administración oral de glucosa
y sales, que se absorben coordinadamente a nivel del intestino delgado, genera
un gradiente osmótico que arrastra el agua desde la luz del intestino hacia la
sangre.
Transporte mediado por vesículas
Las vesículas y vacuolas que se fusionan con la membrana celular pueden
utilizarse para el transporte y liberación de productos químicos hacia el exterior
de la célula o para permitir que los mismos entren en la célula. Se aplica el
término exocitosis cuando el transporte es hacia fuera de la célula.
Modificada de http://www.stanford.edu/group/Urchin/GIFS/exocyt.gif.
Note como la vesícula a la izquierda se fusiona con la membrana celular que se
encuentra a la derecha y expulsa su contenido hacia el exterior de la célula.
Endocitosis: es el proceso mediante el cual la sustancia es transportada al
interior de la célula a través de la membrana. Se conocen tres tipos de
endocitosis:
1. Fagocitosis: en este proceso, la célula crea una proyecciones de la
membrana y el citosol llamadas pseudopodos que rodean la partícula
sólida. Una vez rodeada, los pseudopodos se fusionan formando una
vesícula alrededor de la partícula llamada vesícula fagocítica o
fagosoma. El material sólido dentro de la vesícula es seguidamente
digerido por enzimas liberadas por los lisosomas. Los glóbulos blancos
constituyen el ejemplo más notable de células que fagocitan bacterias y
otras sustancias extrañas como mecanismo de defensa
2. Pinocitosis: en este proceso, la sustancia a transportar es una gotita o
vesícula de líquido extracelular. En este caso, no se forman pseudópodos,
sino que la membrana se repliega creando una vesícula pinocítica. Una
vez que el contenido de la vesícula ha sido procesado, la membrana de la
vesícula vuelve a la superficie de la célula.
De esta forma hay un tráfico constante de membranas entre la superficie
de la célula y su interior
3. En la endocitosis las partículas hacen que la membrana celular se
invagine y luego forme una vesícula que se dirige al interior.
Modificado de: http://whfreeman.com/life/update/chap04.html.
4. Endocitosis mediada por receptor: este es un proceso similar a la
pinocitosis, con la salvedad que la invaginación de la membrana sólo tiene
lugar cuando una determinada molécula, llamada ligando, se une al receptor
existente en la membrana (1, 2). Las "fositas recubiertas" ("coated pits") son
invaginaciones de la membrana donde se encuentran los receptores.
Captación de la LDL (lipoproteína que contiene ésteres de colesterol)
Aterosclerosis, colesterol y receptores de LDL, Investigación y Ciencia, Michael S. Brown
y Joseph L. Goldstein, Enero 1985
Una vez formada la vesícula endocítica (3), que al formarse queda recubierta
por una proteína llamada clatrina, está se despoja de la clatrina (4) y se une a
otras vesículas para formar una estructura mayor llamada endosoma (5).
Dentro del endosoma se produce la separación del ligando y del receptor (6):
Los receptores son separados y devueltos a la membrana (7, 8), mientras que el
ligando se fusiona con un lisosoma siendo digerido por las enzimas de este
último (7´, 8´).
Difusión unidimensional
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/transporte/difusion/difusion.htm
Transporte en la membrana.
http://www.arrakis.es/~lluengo/transporte.html
Membrana citoplasmica. Transporte de nutrientes el transporte en los procariotas
http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/07_Micro.html
MOVIMIENTO DE LOS FLUIDOS Y LIQUIDOS DISUELTOS EN EL CUERPO
http://www.iqb.es/fisio/cap1/Cap1_1.htm
Transporte de aminoácidos en vegetales
http://www.ciencias.uma.es/publicaciones/encuentros/ENCUENTROS37/transporte.html
TSi Ud. desea saber algo sobre transporte al nivel del núcleo celular..
http://www.bio.ub.es/~mreina/doctorado/nucleo.htm
Transporte a través de Membranas
http://ciencia-cl.iespana.es/ciencia-cl/transporte.htm
MIT Hypertextbook: Membrane Transport Mechanisms: http://esg-
www.mit.edu:8001/esgbio/cb/membranes/transport.html
MIT Hypertextbook: Membranes: http://esg-
www.mit.edu:8001/esgbio/cb/membranes/intro.html
Equilibrium Dialysis Experiment: http://131.183.61.190/eqDial/Intro
ATP (adenosín trifosfato): El principal producto químico utilizado por los
sistemas vivientes para almacenar energía, consiste en un una base (adenina)
unida a un azúcar (ribosa) y a tres fosfatos.
Bomba sodio-potasio: El mecanismo que, usando la energía del ATP, retorna
a la distribución original las concentraciones de sodio y potasio a lo largo de
membrana luego de la transmisión del impulso nervioso
Difusión: El movimiento espontáneo de partículas desde un área de alta
concentración a un área de baja concentración
Endocitosis: (del griego endon = dentro; kytos = célula): La incorporación de
material desde el exterior de la célula hacia el interior por la formación, en la
membrana plasmática, de una vesícula que rodea al material en manera tal
que la célula lo pueda incorporar. Incluye 1) fagocitosis 2) pinocitosis 3)
endocitosis mediada por receptor
Exocitosis: El proceso en el cual una vesícula primero se fusiona con la
membrana plasmática y luego se abre y libera su contenido al exterior.
Fagocitos: (del griego phagos = comilón; kytos = célula): literalmente "célula
comilona" deriv. fagocitosis, forma de endocitosis en la cual la célula rodea a
partículas sólidas, bacterias o virus que son introducidas para su destrucción.
Fagocitosis: Una forma de endocitosis en la cual células sanguíneas (los
fagocitos) engloban partículas (entre otras, bacterias)
Glicolisis: El proceso metabólico universal del mundo celular en el cual la
glucosa (6 carbonos) se rompe en dos moléculas de piruvato (tres carbonos) y
en el proceso se produce ATP y NADH.
Homeostasis: (del griego homos = mismo o similar, stasis = estar): La
capacidad de mantener relativamente constante el medio interno
Osmosis: (del griego osmos = impulso) movimiento de las moléculas de agua a
través de una membrana en respuesta a diferencias en la concentración de los
solutos. El agua se mueve de áreas de alta concentración de agua/ baja
concentración de solutos a áreas de baja concentración de agua/alta
concentración de solutos. Movimiento del agua a través de una barrera
semipermeable, como la membrana celular, desde un alto potencial de agua a
un bajo potencial de agua.
Oxonium: derivados resultantes de agregar a ciertos compuestos un protón al
átomo de oxígeno, lo que origina un ión positivo (ión oxonium)
Transporte activo: Transporte de moléculas contra un gradiente de
concentración (de regiones de baja concentración a regiones de alta
concentración) con ayuda de proteínas de la membrana celular y energía
proveniente del ATP.
Transporte pasivo: Difusión a través de la membrana plasmática sin gasto
energético por parte de la célula
Vacuolas: Espacios rodeados por membrana que en la mayor parte de las
células animales y vegetales remueven productos de desecho o almacenan
productos alimenticios.
Vesículas: Pequeños espacios rodeados por membrana que en la mayor parte
de las células animales y vegetales transportan macromoléculas hacia el
exterior e interior de la célula y entre las organelas celulares.

Contenu connexe

Tendances

Tendances (19)

Difusión y Osmosis
Difusión y OsmosisDifusión y Osmosis
Difusión y Osmosis
 
transporte a_traves_de_membranas_celulares_2012
transporte a_traves_de_membranas_celulares_2012transporte a_traves_de_membranas_celulares_2012
transporte a_traves_de_membranas_celulares_2012
 
Ósmosis en células animales y vegetales
Ósmosis en células animales y vegetalesÓsmosis en células animales y vegetales
Ósmosis en células animales y vegetales
 
PresentacióN 02 La Estructura Celular
PresentacióN 02   La Estructura CelularPresentacióN 02   La Estructura Celular
PresentacióN 02 La Estructura Celular
 
Transporte celular-1
Transporte celular-1Transporte celular-1
Transporte celular-1
 
Osmosis1
Osmosis1Osmosis1
Osmosis1
 
10 osmosis y dialisis
10 osmosis y dialisis10 osmosis y dialisis
10 osmosis y dialisis
 
Osmosis taller
Osmosis taller Osmosis taller
Osmosis taller
 
Difusion
DifusionDifusion
Difusion
 
Célula
CélulaCélula
Célula
 
Práctica 3. efecto de la ósmosis en la papa.
Práctica 3. efecto de la ósmosis en la papa.Práctica 3. efecto de la ósmosis en la papa.
Práctica 3. efecto de la ósmosis en la papa.
 
4cb Como Entran Y Salen Sustancias De La C
4cb Como Entran Y Salen Sustancias De La C4cb Como Entran Y Salen Sustancias De La C
4cb Como Entran Y Salen Sustancias De La C
 
4cb Como Entran Y Salen Sustancias De La C
4cb Como Entran Y Salen Sustancias De La C4cb Como Entran Y Salen Sustancias De La C
4cb Como Entran Y Salen Sustancias De La C
 
La osmosis grado septimo
La osmosis grado septimoLa osmosis grado septimo
La osmosis grado septimo
 
Como Entran Y Salen Sustancias De La C
Como Entran Y Salen Sustancias De La CComo Entran Y Salen Sustancias De La C
Como Entran Y Salen Sustancias De La C
 
Guialab5
Guialab5Guialab5
Guialab5
 
Laboratoiro 5. biologia
Laboratoiro 5. biologiaLaboratoiro 5. biologia
Laboratoiro 5. biologia
 
Principios de la ósmosis y presión osmótica isabel
Principios de la ósmosis y presión osmótica isabelPrincipios de la ósmosis y presión osmótica isabel
Principios de la ósmosis y presión osmótica isabel
 
Confe fenomenos biofisicos
Confe fenomenos biofisicosConfe fenomenos biofisicos
Confe fenomenos biofisicos
 

Similaire à Fisiologia tema 1

Como Entren Y Salen Las Sustancias De La Celula
Como Entren Y Salen Las Sustancias De La CelulaComo Entren Y Salen Las Sustancias De La Celula
Como Entren Y Salen Las Sustancias De La CelulaEvelyn Araujo
 
Como Entran Y Salen Sustancias De La Celula
Como Entran Y Salen Sustancias De La CelulaComo Entran Y Salen Sustancias De La Celula
Como Entran Y Salen Sustancias De La Celulaguest5981d0
 
UNIDAD 2. TRANSPORTE CELULAR Y SOLUCIONES.pdf
UNIDAD 2. TRANSPORTE CELULAR Y SOLUCIONES.pdfUNIDAD 2. TRANSPORTE CELULAR Y SOLUCIONES.pdf
UNIDAD 2. TRANSPORTE CELULAR Y SOLUCIONES.pdfValeskFerJr
 
OSMOSIS equipo.pptx
OSMOSIS equipo.pptxOSMOSIS equipo.pptx
OSMOSIS equipo.pptxsergioramcas
 
OSMOSIS Y PRESION OSMOTICA RPM 18.pdf
OSMOSIS Y PRESION OSMOTICA RPM 18.pdfOSMOSIS Y PRESION OSMOTICA RPM 18.pdf
OSMOSIS Y PRESION OSMOTICA RPM 18.pdfIPN
 
Transporte Pasivo A Traves De La Membrana.
Transporte Pasivo A Traves De La Membrana. Transporte Pasivo A Traves De La Membrana.
Transporte Pasivo A Traves De La Membrana. Jhanes Calcano
 
Transporte Cel
Transporte CelTransporte Cel
Transporte Celangelmath
 
Transp. membrana nm1 2012
Transp. membrana nm1 2012Transp. membrana nm1 2012
Transp. membrana nm1 2012Andreita Torres
 
Difusión y Ósmosis (por Santiago Philibert)
Difusión y Ósmosis (por Santiago Philibert)Difusión y Ósmosis (por Santiago Philibert)
Difusión y Ósmosis (por Santiago Philibert)Santiago Philibert
 
Tipos de transporte celular
Tipos de transporte celularTipos de transporte celular
Tipos de transporte celularMarcelaBatillana
 

Similaire à Fisiologia tema 1 (20)

Como Entren Y Salen Las Sustancias De La Celula
Como Entren Y Salen Las Sustancias De La CelulaComo Entren Y Salen Las Sustancias De La Celula
Como Entren Y Salen Las Sustancias De La Celula
 
Como Entran Y Salen Sustancias De La Celula
Como Entran Y Salen Sustancias De La CelulaComo Entran Y Salen Sustancias De La Celula
Como Entran Y Salen Sustancias De La Celula
 
Como Entran Y Salen Sustancias De La Celula
Como Entran Y Salen Sustancias De La CelulaComo Entran Y Salen Sustancias De La Celula
Como Entran Y Salen Sustancias De La Celula
 
Como Entran Y Salen Sustancias De La Celula
Como Entran Y Salen Sustancias De La CelulaComo Entran Y Salen Sustancias De La Celula
Como Entran Y Salen Sustancias De La Celula
 
Como Entran Y Salen Sustancias De La Celula
Como Entran Y Salen Sustancias De La CelulaComo Entran Y Salen Sustancias De La Celula
Como Entran Y Salen Sustancias De La Celula
 
UNIDAD 2. TRANSPORTE CELULAR Y SOLUCIONES.pdf
UNIDAD 2. TRANSPORTE CELULAR Y SOLUCIONES.pdfUNIDAD 2. TRANSPORTE CELULAR Y SOLUCIONES.pdf
UNIDAD 2. TRANSPORTE CELULAR Y SOLUCIONES.pdf
 
OSMOSIS equipo.pptx
OSMOSIS equipo.pptxOSMOSIS equipo.pptx
OSMOSIS equipo.pptx
 
Fisiologia vegetal i curso-2012 4
Fisiologia vegetal i  curso-2012 4Fisiologia vegetal i  curso-2012 4
Fisiologia vegetal i curso-2012 4
 
OSMOSIS Y PRESION OSMOTICA RPM 18.pdf
OSMOSIS Y PRESION OSMOTICA RPM 18.pdfOSMOSIS Y PRESION OSMOTICA RPM 18.pdf
OSMOSIS Y PRESION OSMOTICA RPM 18.pdf
 
Transporte de sustancias a trav%c3%a9s de la membranas[1]
Transporte de sustancias a trav%c3%a9s de la membranas[1]Transporte de sustancias a trav%c3%a9s de la membranas[1]
Transporte de sustancias a trav%c3%a9s de la membranas[1]
 
Transporte Pasivo A Traves De La Membrana.
Transporte Pasivo A Traves De La Membrana. Transporte Pasivo A Traves De La Membrana.
Transporte Pasivo A Traves De La Membrana.
 
Transporte Cel
Transporte CelTransporte Cel
Transporte Cel
 
Desktop
DesktopDesktop
Desktop
 
Desktop
DesktopDesktop
Desktop
 
6. trasnporte celular
6. trasnporte celular6. trasnporte celular
6. trasnporte celular
 
Membrana plasmática
Membrana plasmáticaMembrana plasmática
Membrana plasmática
 
Transp. membrana nm1 2012
Transp. membrana nm1 2012Transp. membrana nm1 2012
Transp. membrana nm1 2012
 
Difusión y Ósmosis (por Santiago Philibert)
Difusión y Ósmosis (por Santiago Philibert)Difusión y Ósmosis (por Santiago Philibert)
Difusión y Ósmosis (por Santiago Philibert)
 
Ppt clase 2 (transporte y membrana)
Ppt clase 2 (transporte y membrana)Ppt clase 2 (transporte y membrana)
Ppt clase 2 (transporte y membrana)
 
Tipos de transporte celular
Tipos de transporte celularTipos de transporte celular
Tipos de transporte celular
 

Plus de kadmielmikal

Plus de kadmielmikal (8)

Fisiologia6
Fisiologia6Fisiologia6
Fisiologia6
 
Fisiologia5
Fisiologia5Fisiologia5
Fisiologia5
 
Fisiologia4
Fisiologia4Fisiologia4
Fisiologia4
 
Fisiologia3
Fisiologia3Fisiologia3
Fisiologia3
 
Fisiologia2
Fisiologia2Fisiologia2
Fisiologia2
 
Maizdulce
MaizdulceMaizdulce
Maizdulce
 
Luis a ponte vargas
Luis a ponte vargasLuis a ponte vargas
Luis a ponte vargas
 
Luis a ponte vargas
Luis a ponte vargasLuis a ponte vargas
Luis a ponte vargas
 

Fisiologia tema 1

  • 1. Movimiento del agua y los solutos La membrana celular actúa como barrera semipermeable impidiendo la entrada de la mayor parte de las moléculas, dejando pasar selectivamente a otras. Para entender los sucesos que acontecen es necesario refrescar los conceptos de potencial de agua difusión ósmosis Potencial de agua El potencial de agua es la tendencia del agua a moverse de un área de mayor concentración a una de menor concentración. Las moléculas de agua se mueven de acuerdo a la diferencia de energía potencial entre el punto donde se encuentran y el lugar hacia donde se dirigen. La presión y la gravedad son dos de los orígenes de este movimiento. Recuerde por ejemplo el ciclo hidrológico en el cual el agua fluye de las partes altas a las bajas, al igual que el agua de lluvia cae de las nubes, y para volver a formar parte de ellas es necesario que el sol la evapore. La energía es necesaria tanto para mantener este ciclo, como para llevar el agua a una zona alta. Difusión simple La difusión es el movimiento neto de sustancia (líquida o gaseosa) de un área de alta concentración a una de baja concentración. Dado que las moléculas de cualquier sustancia se encuentran en movimiento cuando su temperatura esta por encima de cero absoluto (0 grados Kelvin, o -273 o C), existe una disponibilidad de energía para que las mismas se muevan desde un estado de potencial alto a uno de potencial bajo. La mayoría de las moléculas se mueven desde una concentración alta a una baja, es decir el movimiento neto es desde altas concentraciones a bajas concentraciones.
  • 2. Modificado de: http://www.biosci.uga.edu/almanac/bio_103/notes/may_13.html Eventualmente, si no se agrega energía al sistema las moléculas llegan a un estado de equilibrio en el cual se encuentran distribuidas homogéneamente en el sistema. Células y Difusión Entre las pocas moléculas simples que pueden cruzar la membrana celular por difusión se encuentran gases como nitrógeno, el anhídrido carbónico y el oxígeno. También difunden moléculas sin carga como el etanol y resulta ligeramente permeable al agua y a la urea. Para que tenga lugar el fenómeno de la difusión, la distribución espacial de moléculas no debe ser homogénea, debe existir una diferencia, o gradiente de concentración entre dos puntos del medio. La difusión constituye una de las principales formas de movimiento de sustancias entre las células y una de las formas en que las pequeñas moléculas cruzan la membrana celular. El intercambio de gases en branquias y pulmones es consecuencia de
  • 3. fenómenos de difusión. El anhídrido carbónico se regenera constantemente dado que es producido en las células como consecuencia de fenómenos metabólicos, y como la fuente está en el interior de la célula, el flujo neto del CO2 es hacia el exterior de la célula. Los procesos metabólicos, requieren usualmente oxígeno, cuya concentración es mayor en el exterior de la célula, por lo tanto su flujo neto es hacia el interior. El primer paso de la difusión pasiva en el entorno celular, es el movimiento de una molécula desde la solución acuosa a la porción hidrofóbica de la bicapa fosfolipídica. La medida de la "fobia" al agua de una molécula, esta dada por su coeficiente de partición K. Donde K es la constante de equilibrio de la partición entre aceite y agua. (para el caso de la membrana se analiza Cm, la concentración en el centro de la bicapa hidrófoba). K es una medida de la tendencia de una molécula a "huir" del agua, a mayor K, mayor es la posibilidad de disolución de una molécula en la bicapa lipídica. La velocidad de difusión (dn/dt expresada en mol/s) de moléculas pequeñas a través de una membrana esta dada por una variante de la Ley de Fick y de acuerdo a ella, la misma es proporcional a la diferencia de concentraciones a ambos lados de la membrana (C1aq-C2aq). Además, para una membrana de superficie A y de espesor x, es proporcional a A e inversamente proporcional a
  • 4. x. Por otra parte resulta proporcional a P (coeficiente de permeabilidad), todo lo cual resulta en: siendo P proporcional a K y donde D (característico tanto del soluto como del medio en el que se disuelve) es el coeficiente de difusión de la molécula dentro de la membrana y x el espesor de la misma. Reemplazando nos queda Por lo tanto la velocidad de difusión es directamente proporcional tanto a la constante de difusión (D) como a la de partición (K) e inversamente proporcional al espesor de la membrana (x). Dado que x prácticamente no varía siendo de alrededor de 3 nm. y, por otra parte las diferencia de los coeficientes de difusión D no suelen ser significativo (para bajas concentraciones se mantiene prácticamente constante). Considerando para un área A constante podríamos simplificar mas y dejar por lo tanto la velocidad con que difunden las moléculas depende de su coeficiente de partición y de la diferencia de concentración ambos lados de la membrana. En otras palabras cuanto mas hidrófoba sea la molécula, con mayor velocidad difundirá por la membrana plasmática y además esta velocidad se incrementará cuanto mayor sea la diferencia de concentración de las moléculas entre ambos lados de la membrana. Estas relaciones valen para interpretar la difusión de gases y moléculas pequeñas sin carga como el etanol a través de la membrana plasmática. Ósmosis Por ósmosis se conoce al fenómeno de difusión de agua a través de una membrana semipermeable (conocidas también como de permeabilidad diferencial o de permeabilidad selectiva). Ejemplos de ese tipo de membrana son la membrana celular, como así también productos como los tubos de diálisis y las envolturas de acetato de celulosa de algunas salchichas. La presencia de solutos decrece el potencial de agua de una sustancia, por lo tanto
  • 5. existe más agua por unidad de volumen en un vaso de agua corriente que en el volumen equivalente de agua de mar. En una célula, que posee organelas y moléculas grandes, la dirección del flujo del agua es, generalmente, hacia el interior de la célula. Si observa la animación, podrá ver que en compartimentos separados por una membrana semipermeable, cuando disminuye la concentración de solutos (en la animación las partículas rojas simulan proteínas), en uno de ellos, el agua se moverá desde allí hacia el compartimiento con alta concentración del soluto o, en otras palabras desde el compartimiento con potencial de agua alto al compartimiento con potencial de agua bajo. La presión osmótica se define como la presión hidrostática necesaria para detener el flujo neto de agua a través de una membrana semipermeable que separa soluciones de composición diferente. La presión osmótica (p) está dada por: donde p es presión osmótica medida en atmósferas (atm), R la constante de los gases, T la temperatura absoluta y DC la diferencia de las concentraciones de solutos a ambos lados de la membrana.
  • 6. La presión osmótica es una propiedad de tipo coligativa, es decir, depende del número de partículas. Así por ejemplo una solución de NaCl 0,5 M, si estuviera totalmente disociada en Na+ y Cl- , sería equivalente a una solución de glucosa 1M. Las soluciones hipertónicas son aquellas, que con referencias al interior de la célula, contienen mayor cantidad de solutos (y por lo tanto menor potencial de agua). Las hipotónicas son aquellas, que en cambio contienen menor cantidad de solutos (o, en otras palabras, mayor potencial de agua). Las soluciones isotónicas tienen concentraciones equivalentes de solutos y, en este caso, al existir igual cantidad de movimiento de agua hacia y desde el exterior, el flujo neto es nulo. Las células animales se hinchan cuando son colocadas en soluciones hipotónica, algunas como los eritrocitos terminan estallando debido al agua que penetra en ellas por flujo osmótico (se lisan), Una de las principales funciones del cuerpo de los animales es el mantenimiento de la isotonicidad del plasma sanguíneo, es decir un medio interno isotónico. Esto elimina los problemas asociados con la pérdida o ganancia de agua desde y hacia las células. Estamos hablando por supuesto de una de las claves de la homeostasis. A diferencia de la células animales, las células de bacterias y plantas están rodeadas por una pared celular rígida, en este caso Cuando se encuentran en un medio hipotónico, el agua que penetra por flujo osmótico genera una presión de turgencia que empuja al citosol y la membrana plasmática contra la pared celular. En cambio en soluciones hipertónicas las células se retraen, separándose la membrana de la pared celular como consecuencia de la pérdida de agua por flujo osmótico (fenómeno conocido como plasmólisis).
  • 7. Organismos unicelulares como Paramecium, y otros organismos de vida libre en agua dulce, tienen el problema de que son usualmente hipertónicos con relación a su medio ambiente. Por lo tanto el agua tiende a fluir a través de la membrana hinchando a la célula y eventualmente rompiéndola, hecho molesto para cualquier célula. Una vacuola contráctil es la respuesta del Paramecium a este problema, si bien el bombear agua hacia exterior de la célula requiere energía ya que trabaja contra un gradiente de concentración. Proteínas de membrana que intervienen en el transporte Debido a a su interior hidrofóbico, la bicapa lipídica de una célula constituye una barrera altamente impermeable a la mayoría de las moléculas polares. Esta función de barrera tiene gran importancia ya que le permite a la célula mantener en su citosol a ciertos solutos a concentraciones diferentes a las que están en el fluido extracelular; lo mismo ocurre en cada compartimiento intracelular envuelto por una membrana. El desarrollo evolutivo ha creado sistemas celulares destinados transportar específicamente moléculas hidrosolubles, subsanando el problema del aislamiento celular. El transporte de moléculas es realizado por parte de las proteínas integradas en la membrana celular. Por lo general es altamente selectivo en lo que se refiere a los productos químicos que permiten pasar. Las tres clases principales de proteínas de membrana (todas ellas de transmembrana) que intervienen en el pasaje de moléculas a través de la misma son: proteínas de canal que conforman un "túnel" que permite el paso de agua y electrolitos a favor de un gradiente de concentración o potencial eléctrico (forman un canal que atraviesa la bicapa en todo su espesor). La partícula que pasa se selecciona de acuerdo a su tamaño y carga. Suelen estar cerrados y abrirse frente a estímulos específicos. El pasaje se realiza de acuerdo al gradiente de concentración de las moléculas. Las células que presentan gran permeabilidad al agua poseen un canal que facilita la entrada de la misma. La proteína responsable: la acuoporina, fue identificada por Peter Agre en eritrocitos, a mediados de los ´80.
  • 8. Agre probó su hipótesis en un experimento simple donde él comparó células que tenían la proteína en cuestión con células que no lo tenían. Cuando las células se pusieron en una solución de agua, aquéllas que tenían la proteína en sus membranas absorbieron el agua por ósmosis y se inflaron, mientras aquéllas que carecen de la proteína no eran afectadas en absoluto. Agre también ejecutó los ensayos con las células artificiales, llamadas liposomas ( son un tipo de burbuja de jabón por fuera y el interior constituido por agua). Él encontró que los liposomas se volvieron permeables al agua si la proteína se incrustaba en sus membranas. ¿Cómo trabaja el canal de agua ? Una pregunta de que llevó al NOBEL En 2000, junto con otros equipos de investigación, Agre informó las primeras imágenes de la estructura tridimensional de la aquaporina. Con estos datos, era posible trazar en detalle cómo funciona el canal de agua. ¿Porque sólo admite las moléculas de agua y no otras moléculas o iones? por ejemplo, no permite que pasen los protones. Esto es crucial porque la diferencia en la concentración de protones entre el interior y el exterior de la célula es la base del sistema de almacenamiento de energía de la célula. La selectividad es una propiedad central de la aquaporina. Debido a la carga positiva del centro del canal, los iones cargados positivamente se rechazan. Esto impide el pasaje de protones a través del mismo. Las moléculas que se introducen a través del estrecho canal se reacomodan, orientándose en el campo eléctrico local formado por los átomos de la pared. Los protones (o más bien los iones oxonium, H3O+) se detienen en el camino y son rechazados debido a sus cargas positivas.
  • 9. Imagen traducida de: sitio del Premio Nobel 2003 bombas: utilizan energía (provista por el ATP) para transportar moléculas contra un gradiente de concentración transportadores: este tipo de proteínas, luego de fijar las moléculas a transportar (A),
  • 10. Proteína transportadora sufren un cambio de conformación (B) en manera tal que permite a las moléculas fijadas, atravesar la membrana plasmática. Se conocen tres tipos de transportadores: Tipos de transportadores "uniport" llevan una soluto por vez "symport" transportan el soluto y co-transportan otro diferente al mismo tiempo y en la misma dirección. "antiport" transportan soluto hacia el interior (o exterior) y co-transportan soluto en la dirección opuesta. Uno entra y el otro sale o vice-versa. Transporte Activo y Pasivo Para el transporte pasivo no se requiere que la célula gaste energía. Entre los ejemplos de este tipo de transporte se incluyen la difusión de oxígeno y anhídrido carbónico, la ósmosis del agua y la difusión facilitada. El transporte activo, en cambio, requiere por parte de la célula un gasto de energía que usualmente se da en la forma de consumo de ATP. Ejemplos del mismo son el transporte de moléculas de gran tamaño (no solubles en lípidos) y la bomba sodio-potasio.
  • 11. Difusión facilitada La difusión facilitada se realiza tanto por medio de las proteínas canal como por los "uniport". Permite que moléculas que de otra manera no podrían atravesar la membrana, difundan libremente hacia afuera y adentro de la célula. Este proceso permite el paso de iones pequeños tales como K+ , Na+ , Cl- , monosacáridos, aminoácidos y otras moléculas. Al igual que en la difusión simple el movimiento es a favor del gradiente de concentración de las moléculas. Sin embargo su velocidad de transporte es mayor que el se pronostica con la ley de Fick, ya que no entran en contacto con el centro hidrofóbico de la bicapa. El transporte es específico, transportándose un tipo de moléculas o un grupo de ellas estrechamente relacionados. La velocidad de transporte en la difusión facilitado esta limitada por el numero de canales disponibles en la membrana. La velocidad de transporte se satura cuando todos los transportadores están funcionando a su máxima capacidad (ver que la curva indica una "saturación") mientras que en la difusión simple la velocidad de depende solo del gradiente de concentración. La glucosa entra en la mayor parte de las células por difusión facilitada. Parece existir un número limitado de proteínas transportadoras de glucosa. El rápido consumo de la glucosa por la célula (por la tan conocida glicólisis) mantiene el gradiente de concentración. Sin embargo, cuando la concentración externa de glucosa aumenta, la velocidad de transporte no excede cierto límite, sugiriendo una limitación en el transporte. Transporte activo El transporte activo requiere un gasto de energía para transportar la molécula de un lado al otro de la membrana, pero el transporte activo es el único que puede transportar moléculas contra un gradiente de concentración, al igual que la difusión facilitada el transporte activo esta limitado por el numero de proteínas transportadoras presentes. Son de interés dos grandes categorías de transporte activo: primario y secundario.
  • 12. Transporte activo primario Usa energía (generalmente obtenida de la hidrólisis de ATP), a nivel de la misma proteína de membrana produciendo un cambio conformacional que resulta en el transporte de una molécula a través de la proteína. El ejemplo mas conocido es la bomba de Na+/K+. La bomba de Na+/K+ realiza un contratransporte (usando un "antyport"). Transporta K+ al interior de la célula y Na+ al exterior de la misma, al mismo tiempo, gastando en el proceso ATP. En el caso del transporte activo, las proteínas transportadoras deben mover moléculas contra un gradiente de concentración. Por ejemplo en la bomba de sodio-potasio de las células nerviosas el Na+ es mantenido a bajas concentraciones en el interior de las células y el K+ a altas concentraciones (ver cuadro). Las concentraciones están invertidas en el exterior de las células. Concentraciones iónicas Ión Interior de la Célula Sangre Sodio 12 mM 145 mM Potasio 140 mM 4 mM El valor del potencial eléctrico generado por la diferencia de permeabilidad de los iones y su distribución a ambos lados de la membrana es de -70 mV, resultando el interior de la célula negativo con respecto al exterior. Una idea de la magnitud de este voltaje lo da el hecho que, si consideramos que la membrana tiene un espesor de alrededor de 3,5 nm, el gradiente de voltaje a través de le membrana sería de 0,07 V/ 3,5 x 10 -7cm o sea 200.000 V/cm. Las bombas iónicas activadas por ATP generan y mantienen gradientes iónicos a través de la membrana plasmática. Cuando se propaga un mensaje nervioso los iones pasan a través de la membrana (sale el potasio y entra el sodio) transmitiendo el mensaje. Luego de este proceso, los iones deben ser transportados activamente a la "posición de partida" a lo largo de la membrana. Cerca de un tercio del ATP utilizado por un animal en reposo se consume para mantener la bomba Na+/K+. Existen cuatro tipos de "bombas" que utilizan ATP para mover solutos contra gradientes de concentración. Las bombas de clase P (compuestas por dos polipéptidos diferentes: alfa y beta) intervienen en el transporte de H+ , Na+ , K+ y Ca++ , se las encuentra en . las membranas plasmáticas de vegetales, hongos y bacterias , donde
  • 13. En las membranas plasmáticas de eucariotas actúan como bombas de Na+ / K+ y H+ /K+ (células gástricas) y este tipo se lo encuentra además como bombas de Ca++ en dichas células (y en el retículo sarcoplásmico de células musculares) La bombas clase F Las bombas de clase V (múltiples subunidades de membrana y citosólicas) intervienen en el transporte de H+ de membranas de vacuolas de vegetales y hongos, en los endosomas y lisosomas de células animales y en ciertas células animales secretoras de ácidos (p.ej. osteoclastos) Las bombas de clase ABC (del inglés ATP Binding Cassete, con dos dominios de trasmembrana y dos citosólicos) intervienen en el transporte de iones y moléculas pequeñas. Se encuentran en membranas plasmáticas bacterianas como permeasas asociadas al transporte de aminoácidos y monosacáridos. En retículo endoplásmico de células de mamíferos asociadas al transporte de péptidos relacionados con la presentación de antígenos por las proteínas de CHM, y en membrana plasmática de mamíferos asociadas al transporte de moléculas pequeñas, fosfolípidos y fármacos lipidosímiles pequeños. Esta superfamilia incluye a la MDR1(del inglés MultiDrug Resistence) que exporta un gran número de fármacos y es factor clave de la resistencia de las células cancerosas a los quimioterápicos y a la proteína CFTR (proteína reguladora transmembrana de la fibrosis quística), un canal para el Cl- que es defectuosa en la fibrosis quística. Transporte activo secundario Utiliza la energía para establecer un gradiente a través de la membrana celular, y luego utiliza ese gradiente para transportar una molécula de interés contra su gradiente de concentración. Un ejemplo de ese mecanismo es el siguiente: Escherichia coli establece un gradiente de protones (H+ ) entre ambos lados de la membrana utilizando energía para bombear protones hacia afuera de la célula. Luego estos protones se acoplan a la lactosa (un azúcar que sirve de nutriente al microorganismo) a nivel de la lactosa-permeasa (otra proteína de transmembrana), la lactosa permeasa usa la energía del protón moviéndose a favor de su gradiente de concentración para transportar la lactosa dentro de la célula. Este transporte acoplado en la misma dirección a través de la membrana celular se denomina cotransporte (utiliza las proteínas "symport"). Escherichia coli utiliza este tipo de mecanismo para transportar otros azucares tales como ribosa y arabinosa, como así también numerosos aminoácidos.
  • 14. El mecanismo de transporte secundario Na+-glucosa Otro sistema de transporte secundario usa la bomba de Sodio/Potasio en una primera etapa, genera así un fuerte gradiente de Sodio a través de la membrana. Luego la proteína "simport" para el sistema Sodio-Glucosa usa la energía del gradiente de Sodio para transportar Glucosa al interior de la célula. Este sistema se usa de manera original en las células epiteliales del intestino. Estas células toman glucosa y sodio del intestino y lo transportan al torrente sanguíneo utilizando la acción concertada de los "simport" para Sodio/Glucosa, la glucosa permeasa ( una proteína canal de difusión facilitada para la glucosa) y las bombas de Sodio/Potasio. Se debe hacer notar que las células del intestino se encuentran unidas entre sí por "uniones oclusivas" que impiden que nada proveniente del intestino pase al torrente sanguíneo sin ser primero filtradas por las células epiteliales.
  • 15. Este mecanismo es la base de la formulación de las "sales de rehidratación oral" que contiene glucosa y electrolitos, utilizada para combatir los efectos de la diarrea provocada por el cólera y otras bacterias patógenas. La cura implica no solamente el uso de antibióticos sino además la reposición del agua que se pierde por acción de las toxinas microbianas. La administración oral de glucosa y sales, que se absorben coordinadamente a nivel del intestino delgado, genera un gradiente osmótico que arrastra el agua desde la luz del intestino hacia la sangre. Transporte mediado por vesículas Las vesículas y vacuolas que se fusionan con la membrana celular pueden utilizarse para el transporte y liberación de productos químicos hacia el exterior de la célula o para permitir que los mismos entren en la célula. Se aplica el término exocitosis cuando el transporte es hacia fuera de la célula. Modificada de http://www.stanford.edu/group/Urchin/GIFS/exocyt.gif. Note como la vesícula a la izquierda se fusiona con la membrana celular que se encuentra a la derecha y expulsa su contenido hacia el exterior de la célula. Endocitosis: es el proceso mediante el cual la sustancia es transportada al interior de la célula a través de la membrana. Se conocen tres tipos de endocitosis:
  • 16. 1. Fagocitosis: en este proceso, la célula crea una proyecciones de la membrana y el citosol llamadas pseudopodos que rodean la partícula sólida. Una vez rodeada, los pseudopodos se fusionan formando una vesícula alrededor de la partícula llamada vesícula fagocítica o fagosoma. El material sólido dentro de la vesícula es seguidamente digerido por enzimas liberadas por los lisosomas. Los glóbulos blancos constituyen el ejemplo más notable de células que fagocitan bacterias y otras sustancias extrañas como mecanismo de defensa 2. Pinocitosis: en este proceso, la sustancia a transportar es una gotita o vesícula de líquido extracelular. En este caso, no se forman pseudópodos, sino que la membrana se repliega creando una vesícula pinocítica. Una vez que el contenido de la vesícula ha sido procesado, la membrana de la vesícula vuelve a la superficie de la célula. De esta forma hay un tráfico constante de membranas entre la superficie de la célula y su interior 3. En la endocitosis las partículas hacen que la membrana celular se invagine y luego forme una vesícula que se dirige al interior. Modificado de: http://whfreeman.com/life/update/chap04.html. 4. Endocitosis mediada por receptor: este es un proceso similar a la pinocitosis, con la salvedad que la invaginación de la membrana sólo tiene
  • 17. lugar cuando una determinada molécula, llamada ligando, se une al receptor existente en la membrana (1, 2). Las "fositas recubiertas" ("coated pits") son invaginaciones de la membrana donde se encuentran los receptores. Captación de la LDL (lipoproteína que contiene ésteres de colesterol) Aterosclerosis, colesterol y receptores de LDL, Investigación y Ciencia, Michael S. Brown y Joseph L. Goldstein, Enero 1985 Una vez formada la vesícula endocítica (3), que al formarse queda recubierta por una proteína llamada clatrina, está se despoja de la clatrina (4) y se une a otras vesículas para formar una estructura mayor llamada endosoma (5). Dentro del endosoma se produce la separación del ligando y del receptor (6): Los receptores son separados y devueltos a la membrana (7, 8), mientras que el ligando se fusiona con un lisosoma siendo digerido por las enzimas de este último (7´, 8´). Difusión unidimensional http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/transporte/difusion/difusion.htm Transporte en la membrana. http://www.arrakis.es/~lluengo/transporte.html
  • 18. Membrana citoplasmica. Transporte de nutrientes el transporte en los procariotas http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/07_Micro.html MOVIMIENTO DE LOS FLUIDOS Y LIQUIDOS DISUELTOS EN EL CUERPO http://www.iqb.es/fisio/cap1/Cap1_1.htm Transporte de aminoácidos en vegetales http://www.ciencias.uma.es/publicaciones/encuentros/ENCUENTROS37/transporte.html TSi Ud. desea saber algo sobre transporte al nivel del núcleo celular.. http://www.bio.ub.es/~mreina/doctorado/nucleo.htm Transporte a través de Membranas http://ciencia-cl.iespana.es/ciencia-cl/transporte.htm MIT Hypertextbook: Membrane Transport Mechanisms: http://esg- www.mit.edu:8001/esgbio/cb/membranes/transport.html MIT Hypertextbook: Membranes: http://esg- www.mit.edu:8001/esgbio/cb/membranes/intro.html Equilibrium Dialysis Experiment: http://131.183.61.190/eqDial/Intro ATP (adenosín trifosfato): El principal producto químico utilizado por los sistemas vivientes para almacenar energía, consiste en un una base (adenina) unida a un azúcar (ribosa) y a tres fosfatos. Bomba sodio-potasio: El mecanismo que, usando la energía del ATP, retorna a la distribución original las concentraciones de sodio y potasio a lo largo de membrana luego de la transmisión del impulso nervioso Difusión: El movimiento espontáneo de partículas desde un área de alta concentración a un área de baja concentración Endocitosis: (del griego endon = dentro; kytos = célula): La incorporación de material desde el exterior de la célula hacia el interior por la formación, en la membrana plasmática, de una vesícula que rodea al material en manera tal que la célula lo pueda incorporar. Incluye 1) fagocitosis 2) pinocitosis 3) endocitosis mediada por receptor
  • 19. Exocitosis: El proceso en el cual una vesícula primero se fusiona con la membrana plasmática y luego se abre y libera su contenido al exterior. Fagocitos: (del griego phagos = comilón; kytos = célula): literalmente "célula comilona" deriv. fagocitosis, forma de endocitosis en la cual la célula rodea a partículas sólidas, bacterias o virus que son introducidas para su destrucción. Fagocitosis: Una forma de endocitosis en la cual células sanguíneas (los fagocitos) engloban partículas (entre otras, bacterias) Glicolisis: El proceso metabólico universal del mundo celular en el cual la glucosa (6 carbonos) se rompe en dos moléculas de piruvato (tres carbonos) y en el proceso se produce ATP y NADH. Homeostasis: (del griego homos = mismo o similar, stasis = estar): La capacidad de mantener relativamente constante el medio interno Osmosis: (del griego osmos = impulso) movimiento de las moléculas de agua a través de una membrana en respuesta a diferencias en la concentración de los solutos. El agua se mueve de áreas de alta concentración de agua/ baja concentración de solutos a áreas de baja concentración de agua/alta concentración de solutos. Movimiento del agua a través de una barrera semipermeable, como la membrana celular, desde un alto potencial de agua a un bajo potencial de agua. Oxonium: derivados resultantes de agregar a ciertos compuestos un protón al átomo de oxígeno, lo que origina un ión positivo (ión oxonium) Transporte activo: Transporte de moléculas contra un gradiente de concentración (de regiones de baja concentración a regiones de alta concentración) con ayuda de proteínas de la membrana celular y energía proveniente del ATP. Transporte pasivo: Difusión a través de la membrana plasmática sin gasto energético por parte de la célula Vacuolas: Espacios rodeados por membrana que en la mayor parte de las células animales y vegetales remueven productos de desecho o almacenan productos alimenticios. Vesículas: Pequeños espacios rodeados por membrana que en la mayor parte de las células animales y vegetales transportan macromoléculas hacia el exterior e interior de la célula y entre las organelas celulares.