FISIOLOGÍA CAPITULO 4: TRANSPORTE DE LAS SUSTANCIAS A TRAVES DE LAS MEMBRANAS CELULARES

FISIOLOGÍA CAPITULO 4: TRANSPORTE DE LAS SUSTANCIAS A TRAVES DE LAS MEMBRANAS CELULARES

Liquido Extracelular

• Abundante en sodio poco potasio
• Abundante en cloruro

Liquido Intracelular:

• Abundante en potasio poco sodio
• Abundante en fosfatos y proteínas

La membrana celular es una bicapa lipídica no  m iscible que forma una barrera frente al movimiento de moléculas de agua y sustancias insolubles entre los compartimentos del LIC y LEC.

• Debido a la composición de la membrana, las sustancias lipídicas penetran y se difunden directamente a través de la sustancia lipídica que la compone.
• La MC contiene grandes cantidades de proteínas que tienden a interrumpir su continuidad y funcionar como rutas alternas para el paso de sustancias; cada una de estas es distinta, actúan de manera distinta y son altamente selectivas:

• Proteínas transportadoras: Iones o moléculas a transportar se unen a ellas y provocan cambios conformacionales para poder desplazarse de un lado a otro
• Proteínas de canales: Poseen espacios acuosas en su interior y permiten el movimiento libre de agua y iones/moléculas seleccionadas

TRANSPORTE A TRAVES DE LA MEMBRANA: Ya sea directamente por la bicapa lipídica o por medio de proteínas se produce por 2 procesos básicos:

• Difusión: Movimiento molecular aleatorio de sustancias molécula a molécula a través de espacios intermoleculares de la membrana o en combinación con una proteína transportadora por medio del movimiento cinético de la materia
• Transporte activo: Movimiento de iones o sustancias a través de la membrana en combinación de una proteína transportadora que hace que la sustancia/ion se mueva en contra de un gradiente de energía/ de mayor a menor concentración; hace uso de energía extra además de la cinética. [pic 1]

DIFUSIÓN

Todas las moléculas de los líquidos corporales se encuentran en movimiento constante de manera totalmente independiente, dicho movimiento nunca se interrumpe (al menos que se encuentre en una temperatura cero absoluto) es también conocido como “calor” (entre mayor movimiento mayor temperatura”.

• Una única molécula rebotando de manera aleatoria miles de veces por segundo de manera continua.
• Iones y moléculas se difunde de manera similar
• Coloides se difunden con menor rapidez por su mayor tamaño

[pic 2]

1. DIFUSION SIMPLE: Movimiento cinético de las moléculas o iones que se produce a través  de una abertura  de membrana o espacios intermoleculares sin ninguna interacción (no proteínas transportadoras), existen dos tipos:

• Sustancia liposolubles: Por medio del intersticio de la membrana; la liposolubilidad de  las sustancias es directamente proporcional a la rapidez con las que estas se difunden. Por ejemplo: oxigeno, nitrógeno, anhídrido carbónico y alcoholes = liposolubles y se difunden directamente
• Agua y sustancias insolubles: A pesar de que el agua es insoluble en los lípidos de la membrana pasa rápidamente a través de ella por medio de:[pic 3]

• POROS proteicos llamados “acuaporinas” que permiten el paso selectivo y rápido de las moléculas de agua pero impiden el paso de otras moléculas, existen 13 tipos distintos en las células de los mamíferos.

Poseen al igual que los canales proteicos trayectos tubulares que se extienden desde el LIC al LEC, están compuesto por proteínas de membrana integrales que forman tubos estrechos (por lo que deshidratan las moléculas de agua antes de pasarla) que y están siempre abiertos, permiten el paso de las moléculas de agua en fila; poseen un diámetro y cargas eléctricas específicas que le brindan gran selectividad

+ Otras moléculas insolubles pueden pasar a través de los poros si son hidrosolubles y poseen un tamaño pequeño

• CANALES PROTEICOS: Los cuales se distinguen por:

• Permeabilidad selectiva: Deja pasar solo ciertos iones o moléculas debido a las características del propio canal: Diámetro, forma, naturaleza de las cargas y enlaces químicos dentro de sus superficies internas

• Canales de potasio: Permiten el paso de iones de potasio con una facilidad 100 veces mayor a los iones de sodio. Consisten en una estructura tetramerica de 4 subunidades proteicas idénticas que rodean un poro central; en su parte superior se distribuyen bucles de poro que forman un filtro de selectividad que posee oxígenos de carbonilo que permite deshidratar los iones de potasio y pasarlos por el canal  (su selectividad no se puede explicar por medio del tamaño de las partículas ya que el potasio es ligeramente mayor que el sodio; el sodio no pasa por el mismo canal ya que los oxígenos de carbonilo están muy separados en el bucle y no permite su interacción.[pic 4]
• Canales de sodio: De 0,3 a 0.5 m de diámetro. En las porciones internas se encuentra revestido con aminoácidos que tienen una carga negativa que poseen la capacidad de arrastrar estos pequeños iones de sodio deshidratados hacia su interior por medio de separar las moléculas de agua de ellos.

• Activación: Proporciona un medio para controlar la permeabilidad iónica de los canales, estos poseen “compuertas” las cuales se creen que son extensiones de la misma proteína

• Activación por voltaje: Compuertas que responden al cambio de potencial eléctrico de la membrana celular. Por ejemplo: Canales de sodio regulado por voltaje: Una carga negativa intensa dentro de la membrana lo mantiene cerrado mientras que la perdida de dicha carga abre las compuertas súbitamente; normalmente estos se encargan de generar potenciales de acción nerviosos que mandan las señales nerviosas | Canales de potasio regulados por voltaje: Se abren cuando el interior de la membrana adquiere carga positiva; se encarga de poner fin al potencial de acción.
• Activación por ligandos: Las compuertas de estos canales se abren por la unión de una sustancia química (ligando) a la proteína, lo que produce un cambio conformacional o un cambio de enlaces químicos para que se abra o cierre la compuerta. Por ejemplo: Acetilcolina – Canales de acetilcolina: 0.65nm, una vez abierta la compuerta por medio de Ach  permite el paso de moléculas sin carga o iones positivos; este tipo de canales están involucrados en la transmisión de señales de células nerviosas y de células nerviosas o musculares en la contracción muscular.

• Las compuertas de los canales se abren y cierran completamente en un determinado voltaje; en voltajes intermedios  tienden a abrirse y cerrarse súbitamente “todo o nada”
• Patch-clamp: Mide el flujo de corriente eléctrica a través de los canales proteicos a través de succionar una porción de la membrana

1. DIFUSION FACILITADA: Movimiento por medio de la unión química de la molécula con una proteína transportadora; la proteína facilita la difusión de la sustancia hacia el otro lado.

• Aminoácidos y glucosa: Principales sustancias que se difunden por medio de difusión facilitada: En el caso de esta última existen 14 tipos de proteínas transportadoras llamadas GLUT; están pueden transportar moléculas de glucosa u otros monosacáridos de estructura similar como: Galactosa o Fructosa.[pic 5]

• GLUT 4: Activada por la insulina permite  la difusión 10 a 20 veces más rápido en tejidos sensibles, es el principal mecanismo que controla la utilización de la glucosa.

LIMITANTES DE LA VELOCIDAD DE DIFUSION FACILITADA

1. Velocidad de los cambios conformacionales: Cuando una molécula entra en la proteína transportadora, un lado del poro está abierto y otro cerrado; cuando la molécula entra se une a un receptor dentro de ella que al entrar ambos en contacto provoca cambios conformacionales dentro de la proteína que permite que el poro se abra en el lado opuesto de la membrana: Por lo tanto: La velocidad a la que se difunden las moléculas por medio de una proteína transportadora nunca puede ser mayor a la velocidad en la que la misma proteína sufre los cambios conformacionales necesarios para llevar acabo dicho cambio.

• En este tipo de casos las moléculas se pueden difundir en ambos sentidos.

1. Permeabilidad de la membrana: Espesor de la membrana, liposolubilidad de la sustancia, número de canales en las proteínas de membrana, temperatura, peso molecular de la sustancia
2. Efecto de la concentración: Velocidad neta de difusión = Es proporcional a la diferencia de concentraciones a través de una membrana; si se tiene un LEC con alta concentración las moléculas pasaran más rápido al LIC y viceversa, La tasa de difusión hacia adentro es proporcional a la concentración de las moléculas del exterior y viceversa por lo tanto: DIFUSION NETA: Ce – Ci.
3. Efecto del potencial eléctrico: Los iones se desplazan a través de la MC aún sin gradiente de concentración al aplicar un potencial eléctrico; es decir si se tienen dos espacios con la misma concentración de iones (no hay movimiento ya que están en equilibrio) pero se aplica un potencial eléctrico en un lado de la membrana se produce un gradiente eléctrico y se difunde hacia el lugar necesario para crear equilibrio de cargas; después de un tiempo debido a esto se crea una diferencia de concentraciones, cuando esta es muy elevado contrarresta a la otra para entrar en equilibrio =  Potencial de Nernst: Diferencia eléctrica que permite alcanzar el equilibrio entre una diferencia de concentración de iones.
4. Efecto de la presión: Existen diferentes cantidades de presión (la suma de toda las fuerzas de las moléculas contenidas en un espacio que chocan contra una unidad de superficie en una unidad de tiempo). En el capilar sanguíneo existe una diferencia de presión de 20 mm Hg de adentro- afuera. Se necesita de mayor energía para mover moléculas de un lado de mayor presión a uno de menor

OSMOSIS: Movimiento de las moléculas de agua de un compartimento a otro debido a la diferencia en la concentración del agua.

[Cada segundo se difunde a través de la membrana del eritrocito 100 veces más agua que el peso del mismo eritrocito, la cantidad de agua que se difunde entre ambas direcciones es tan precisa que se produce un movimiento neto cero de agua para que el volumen celular permanezca constante pero hay casos en los que se dé una diferencia de concentración de agua provocando que la célula se hinche o se contraiga dependiendo del caso].

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