II. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE MEMBRANAS

1. Componentes de las membranas biológicas2. Modelo del Mosaico fluido y propiedades de las membranas3. Termodinámica del transporte4. Mecanismos de transporte5. Tipos de transporte6. Comunicación celular

MODELO DEL MOSAICO FLUIDO propuesto por Jonathan Singer y Garth Nicolson en 1972

Grupos polaresde lípidos

Interaccioneshidrofóbicas

Proteínasglobulares

LAS MEMBRANAS SON DISOLUCIONES BIDIMENSIONALES DE PROTEÍNAS GLOBULARES Y LÍPIDOS ORIENTADOS.

LA BICAPA ES DISOLVENTE Y BARRERA DE PERMEABILIDAD

LAS PROTEÍNAS DE MEMBRANA DIFUNDEN LIBREMENTE

LA BICAPA LIPÍDICA PUEDE PRESENTAR DOS ESTADOS FÍSICOS:

ESTADO PARACRISTALINO O FASE DE GEL(los lípidos están ordenados, casi no se mueven)

FLUIDEZ

ESTADO LÍQUIDO DESORDENADO O FLUIDO(las cadenas acilo tienen mucho movimiento y no hay

una organización regular)

LA FLUIDEZ MEMBRANAL DEPENDE DE:

LA LONGITUD DE LAS CADENAS HIDROCARBONADASEL GRADO DE INSATURACIÓNLA CANTIDAD DE ESTEROLES

MENOR FLUIDEZ

LA ESTRUCTURA DE LOS LÍPIDOS DETERMINA SU ORDEN DENTRO DE LA MEMBRANA

GLICEROLÍPIDOFosfatidilcolina

ESFINGOLÍPIDOEsfingomielina

Fase líquida

desordenada (l )

LA ESTRUCTURA DE LOS LÍPIDOS DETERMINA SU EMPAQUETAMIENTO

desordenada (ld)

Fluidez

Movilidad lateral

Fosfatidilserina

Fosfatidilglicerol

Fosfatidilinositol

Fosfatidiletanolamina

Fluidez

Movilidad lateral

Fase líquida

ordenada (lo)

Esfingomielina

Cerebrósidos

Globósidos

Gangliósidos

Esteroles

AGP

Esfingolípidos

Fosfatidilcolina

InositolfosforilceramidaCARA EXTERNA

PRESENCIA DE MICRODOMINIOS O BALSAS (RAFTS) LIPÍDICASEN LAS MEMBRANAS CELULARES

VENTAJAS DE LOS RAFTSpropiciar interacciones efectivas entrecomponentes membranales específicos

Fosfatidilinositol

Fosfatidiletanolamina

Fosfatidilserina

CARA INTERNA

ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

Edidin, 2003

LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS SON SEMIPERMEABLES

NO PERMITEN EL PASO LIBRE DE COMPUESTOS POLARES O CARGADOS O IONES

EL MOVIMIENTOS DE COMPUESTOS POLARES O CARGADOS O IONES

A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS REQUIERE DE

TRANSPORTADORES DE NATURALEZA PROTEICA

TERMODINÁMICA DEL TRANSPORTE

La difusión de una molécula entre los dos lados de una

membrana se parece a un equilibrio químico:

A (fuera) A (dentro)

Una diferencia en las concentraciones de la molécula entre los dos lados de la membrana genera una diferencia de potencial químico:

∆G A= GA (dentro) – GA (fuera) = RT ln A dentroA fuera

A fuera > > > A dentro ∆G negativo

A dentro > > > A fuera ∆G positivo

Requiere ser acoplado a un proceso exergónico

DEPENDIENDO DE LA NATURALEZA DEL SOLUTO PUEDEHABER DOS TIPOS DE DESPLAZAMIENTO

CON CARGA

SIN CARGAEL MOVIMIENTO DEPENDE:

DEL GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN (QUÍMICO)Y DEL GRADIENTE ELÉCTRICO (POTENCIAL DE MEMBRANA, Vm)

GRADIENTE ELECTROQUÍMICO O POTENCIAL ELECTROQUÍMICO

CLASIFICACIÓN DE LOS TRANSPORTADORES

PORTADORESO ACARREADORES

O TRANSPORTADORES

DOS T

IPOS

PASIVO

ACTIVO

CANALES

DOS T

IPOS

EL TRANSPORTE MEDIADO SE CLASIFICA DE ACUERDOCON LA ESTEQUIOMETRÍA DEL PROCESO DE TRANSPORTE

ANTIPORTADORAUNIPORTADORA

SIMPORTADORA

DIFUSIÓN SIMPLE(Compuesto NO POLAR,a favor de su gradientede concentración)

DIFUSIÓN FACILITADA(A favor de su gradiente electroquímico)

TRANSPORTE ACTIVOPRIMARIO(Contra gradiente electroquímico)

TRANSPORTE IÓNICO FACILITADO

POR IONÓFORO

TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO(Contra gradiente electroquímico, impulsado por el movimiento iónicoa favor de gradiente)

CANAL(A favor de gradiente

electroquímico, puede presentar entrada regulada por un

ligando o ion)

POR IONÓFORO(A favor de gradiente

electroquímico)

BOMBAS ACARREADORES CANALESBOMBAS ACARREADORES CANALES

TRANSPORTE PASIVO

SON DE DOS TIPOS: EL SIMPLE Y EL FACILITADO

A FAVOR DESU GRADIENTE

EN AMBOS TIPOS EL MOVIMIENTO ES A FAVOR DE SU GRADIENTEDE CONCENTRACIÓN Y NO HAY REQUERIMIENTOS DE ENERGÍA

DIFUSIÓN FACILITADACARACTERÍSTICAS:

LA UNIÓN ES ESPECÍFICA

LA ESTABILIDAD ESTA DETERMINADA POR INTERACCIONES DÉBILESNO-COVALENTES

FACILITA LA ENERGÍA DEFACILITA LA ENERGÍA DEACTIVACIÓN DEL PROCESODE TRANSPORTE

EL SUSTRATO NO ESMODIFICADOQUÍMICAMENTE

ESPACIOEXTRACELULAR

MP

TRANSPORTE DE GLUCOSA HACIA EL INTERIOR DE LOS ERITROCITOSDIFUSIÓN FACILITADA

Transportador de glucosa

Unión deglucosa

El transportadorbajo un cambioconformacional

Difusiónde la

Glucosahacia

el citosol

Transportadorretorna a su

estadooriginal

CITOSOL

MP

EL TRANSPORTE SE PUEDE DESCRIBIR POR ANALOGÍA CON UNA REACCIÓN ENZIMÁTICA

TRANSPORTE ACTIVO

PERMITE EL MOVIMIENTO DE UN SOLUTO CONTRA UN GRADIENTEDE CONCENTRACIÓN O ELECTROQUÍMICO

ES UN TRANSPORTE DESFAVORECIDO TERMODINÁMICAMENTE(ES ENDERGÓNICO)

REQUIERE DE UN APORTE DE ENERGÍA

PUEDE HABER TRASPORTE PRIMARIO Y SECUNDARIO

LAS BOMBAS TIPO P (ATPasas TIPO P) SE CARACTERIZAN PORTENER UN TRANSPORTE DE IONES ACOPLADO A LA HIDRÓLISISDE ATP

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO

EL MOVIMIENTO DE UN SOLUTO EN CONTRA DE SU GRADIENTE ELECTROQUÍMICO ESTÁ ACOPLADO A UNA REACCIÓNQUÍMICA EXERGÓNICA

LA BOMBA Na+-K+ O Na+-K+-ATPasa

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO

ANTIPORTADORA

LA BOMBA Na+-K+ O Na+-K+-ATPasa

ATPasa de Na+-K+K+

Na+

ATPasa de H+

H+Ca2+

Gadsby 2007Nature news 450:957

H+

Dominiode unióndel ATP

Ca

ATPasa de Ca2+

Ejemplos de Transporte Primario:

H+-ATPasa (UNIPORTADORA)

Ca+-ATPasa (UNIPORTADORA)

H+

(UNIPORTADORA)

H+-K+-ATPasa (ANTIPORTADORA)

CAMBIOS GENERALES EN LA FORMA Y ORIENTACIÓN DE LA ATPasa DE H+-K+

TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO

EL MOVIMIENTO DE UN SOLUTO EN CONTRA DE SU GRADIENTE ELECTROQUÍMICO ESTÁ ACOPLADO A UNTRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO

La energía libre almacenada en un gradiente de potencial electroquímico puede aprovecharse para impulsar varios procesos fisiológicos endergónicos

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO

TRANSPORTEPRIMARIO

TRANSPORTESECUNDARIO

Na+

Na+

Na+Na+

Na+

Na+

Na+Na+

Na+Na+ Na+

Na+

Na+Na+ Na+

Na+

Na+Na+

Na+

Na+Na+

Na+

Na+Na+

Na+

Mecanismo de co-transporte Na+/glucosa en epitelio intestinal

SIMPORTADOR

CANALES•Son proteínas transmembranales que forman un poro en su interior por

donde atraviesan los solutos

•El tamaño de poro es particular, pero alcanzan a pasar aquellas

moléculas o iones de tamaño parecido (son ligeramente inespecíficos)

•Varias subunidades polipeptídicas pueden formar el poro

•La dirección del transporte depende del gradiente de concentración del

soluto transportado (va del lado de mayor concentración al de menor soluto transportado (va del lado de mayor concentración al de menor

concentración)

•A diferencia de los transportadores pueden no ser saturables

•Permiten el desplazamiento transmembrana a velocidades superiores a

las típicas de los transportadores

Transportador (Bomba) = 100 – 103 iones/seg

Canal iónico = 107 – 108 iones/seg

TRANSPORTE MEDIADO POR UN CANAL (PROTEICO)

Los canales pueden tener “puertas” que se abren con unaseñal que puede ser:

1. la unión de un ligando o

2. un cambio de voltaje en la membrana

Los canales también pueden tener un “filtro de selectividad”Los canales también pueden tener un “filtro de selectividad”

CANALES

CANAL DE AGUA (PORINA)Los canales pueden ser proteínas con estructura cuaternaria

Gavilanes, 2008