Transporte a través delas membranas celulares

Fisiología 2015

difusión simple

no es mediada por transportadora favor de un gradiente electroquímicono requiere energía metabólica(pasiva)

Cuantificación de la Difusión J=PA(-)

J = Velocidad neta de difusión (mmol/s)P = Permeabilidad (cm/s)

A = Superficie de difusión (cm2)C1 = Concentración en la solución A (mmol/l)C2 = Concentración en la solución B (mmol/l)

Permeabilidad (P)

Facilidad de difusión del

solutoa través de una

membrana

depende de las

características

del soluto y la

membrana

Los factores que aumentan la permeabilidad

• del coeficiente de reparto aceite /agua

• ↓ del radio del soluto

• ↓ del espesor de la membrana

Solutos hidrofóbicos pequeños

(por ejemplo, O2, CO2)

tienen los mayores permeabilidades

en membranas lipídicas

Solutos hidrofílicos (iones, Na +, K +)

a través de canales o

poros lleno de agua

o por medio de

transportadores

ion depende de

la diferencia

de concentraci

ón

y la diferencia

de potencial a través la

membrana

Transporte Mediado por Transportadores:• difusión facilitada, transporte activo

primario y secundario

•Hace diferencia entre isómeros

Estereoespecificidad

•Velocidad con el de la concentración

Saturación

•Solutos estructuralmente afines compiten por los lugares de transporte

Competencia

Difusión FacilitadaA favor de un gradiente electroquímicono requiere energía metabólica (pasivo)más rápida que la difusión simplemediada por transportador• estereoespecificidad, saturación y

competencia

Transporte Activo Primario

contra de un gradiente electroquímicorequiere energía metabólica (ATP), activoportador mediada• estereoespecificidad, saturación y

competencia

Transporte Activo Primario, ejemplos

• Na +, K + -ATPasa– Transporta contra gradiente de

concentración– Energía aportada por ATP– Inhibida por glucósidos cardiacos

ouabaina y digitalicos

Transporte Activo Primario

• Ca +, ATPasa (bomba de calcio)–Ubicada en el retículo sarcoplásmico,

endoplasmico y mb celulares

Transporte Activo Primario

• Celulas parietales gástricas• Transporta H+ a la luz del

estomago• Contra el gradiente

electroquímico• Inhibida por los inhibidores

de la bomba de protones como el Omeprazol

H+, K+-ATPasa (bomba de protones)

Transporte de 2 o mas solutos, acoplado

Soluto a favor de gradiente de

concentración

Produce energia

solutos en contra del gradiente de concentración

Transporte Activo Secundario

Transporte Activo Secundario

Energía es provista por la diferencia en el gradiente de concentración

• Cotransporte o simporte• glucosa• 2Cl

Solutos transportados en el mismo sentido

• Contratransporte, intercambio o antiporte• • -

Solutos en sentidos opuestos

Ósmosis Osmolaridad

• es la concentración de partículas osmóticamente activas en una solución.

• es una propiedad coligativa que se puede medir mediante la depresión del punto de congelación

Ósmosis Osmolaridad

Osmolaridad = g x COsmolaridad = concentración de partículas (OSM / L)g = número de partículas en solución (OSM / mol)• [por ejemplo, gr. NaCl = 2; gr. glucosa = 1]

C = concentración (mol / L)

Ósmosis Osmolaridad• soluciones con misma osmolaridad,

isosmótica

• soluciones con diferente osmolaridad– solución con la osmolaridad superior,

hiperosmotica

– solución con la osmolaridad inferior, hiposmótica

Ósmosis Osmolaridad• Ejemplo de cálculo: ¿Cuál es la osmolaridad de

una solución 1 M de NaCl?

• Numero de partículas en la solución(Osm/mol) en un mol de = 2

• Osmolaridad– = g x c

– = 2 osm/mol x 1 M

– = 2osm/L

Osmosis y Presión osmótica

• La ósmosis es el flujo de agua a través de una membrana semipermeable por una diferencia en la concentración de solutos

• Ley de van’t Hoff• depende de la concentración de partículas

osmóticamente activas

Calculo de la Presión osmotica

• π = Presión osmótica (atm o mmHg)• g = Número de partículas por mol en

solución (Osm/mol)• C = Concentración (mmol/l)• σ = Coeficiente de reflexión (varía de 0 a 1)• R = Constante de los gases (0,082 l –

atm/mol – K)• T = Temperatura absoluta (K)

π=g C σ R T

porque la concentración de partículas es mayor

1 M de KCl

tiene una mayor presión osmótica

1 M de CaCl2

• mayor será el flujo de agua en él.

Cuanto mayor sea la presión osmótica de una solución,

La presión osmótica aumenta cuando la concentración de

soluto aumenta

De acuerdo a su Presion osmotica

Isotónicas

Hipertónicas

Hipotónicas

• es la presión osmótica creada por proteínas (por ejemplo, proteínas plasmáticas).

La presión coloidosmótica, o la presión oncótica

Coeficiente de reflexión (σ)

es un número entre cero y uno que describe la facilidad con la que un soluto atraviesa una membrana

• coeficiente de reflexión es uno– soluto no pasa por la mb., es impermeable

– soluto es retenido en la solución original

– se crea una presión osmótica, y provoca flujo de agua

– Ejemplo la albúmina sérica (un gran soluto)

• coeficiente de reflexión es igual a cero– soluto es completamente permeable

– no ejercer efecto osmótico

– no causa flujo de agua

– Ejemplo: Urea (un pequeño soluto) un osmol ineficaz

Calculo de la presión osmotica efectiva

Ley de van’t Hoff por Coeficiente de reflexión (σ)• π=g C σ R T por σ

Si el coeficiente de reflexión es uno, • el soluto se ejerce la máxima presión osmótica

eficaz.Si el coeficiente de reflexión es cero, • el soluto se ejerce ninguna presión osmótica.

Potenciales de difusión, potencial de membrana en

reposopotencial de acción

• Canales Iónicos– son proteínas integrales

– abarcan el espesor de la membrana

– cuando están abiertos, permiten el paso de iones

Los canales iónicos son selectivos• La selectividad se basa• tamaño del canal • distribución de las cargas eléctricas

• canal pequeño con cargas negativas

• canal pequeño con cargas positivas

Los canales iónicos pueden estar abiertos o cerrados

• probabilidad de que el canal este abierto

Conductancia o permeabilidad

• es controlada por compuertas

Apertura y cierre de canales

Canales dependientes de voltaje • se abren o se cierran por los cambios en el

potencial de membrana.canal de Na + se abre por la despolarizacióncanal de Na + se cierra por la repolarización

canales activados por ligando se activan

Despolariza la placa motora

permeable a Na + y K +

Se abre el canal ionico

la acetilcolina (ACh) se unen receptor nicotínico

X hormonas, segundos mensajeros, neurotransmisores

Potenciales de Difusión y de Equilibrio

Potencial de difusión• es la diferencia de potencial generada • a través de una membrana • a causa de una diferencia de concentración de

un ion.Características• la membrana tiene que ser permeable al ion.• Su valor depende del tamaño del gradiente de

concentración.• El signo depende de si el ion tiene carga +/-• no causan variaciones en la [ ] de los iones

que se difunden

El potencial de equilibrio

diferencia de potencial que equilibra exactamentela tendencia de la difusión

por una diferencia de concentraciónlas fuerzas químicas y de conducción eléctricason iguales y opuestas

• Cargas iguales se repelen

• La carga + del Na+ en la solución 2, va a repeler el paso del Na+ a pesar de la diferencia de [ ]

La ecuación de Nernst

A que potencial el ion estaría en equilibrio electroquímico

de un ion permeable a través de una membrana celular.

a una diferencia de concentración dada

calcula el potencial de equilibrio

Valores aproximados de los potenciales de equilibrio en el nervio y musculo

• E Na+=+65 mv

• E Ca2+=+120 mv

• E K+=−85 mv

• E Cl−=−90 mv

Fuerza Impulsora y Flujo de corriente

La fuerza impulsora de un ion

es la diferencia entreel potencial

real de membrana

(Em)

y el equilibrio del potencial

iónico

El flujo de corriente

se produce si hay una fuerza que impulsa al ion

y la membrana es permeable al ion.

Potencial de Membrana en Reposo

significa que hay 70 mV negativos en la célula

un potencial de membrana en reposo de -70 mV

intracelular en relación con el extracelular

se expresa como la diferencia de potencial

El potencial de membrana en reposo

• se establece por los potenciales de

difusión

• que resultan de las de [ ] de los

iones permeables

Cada ion permeable • intenta llevar el potencial de membrana

• hacia su potencial de equilibrioA mayor permeabilidad

• > contribución en el potencial de reposo

Potenciales de acción

La despolarización • hace el interior de la célula menos negativo.

La hiperpolarización • hace el interior de la célula más negativo.

La corriente de entrada • es el flujo de carga positiva que entra a la célula, • despolariza el potencial de membrana.

La corriente de salida • es el flujo de carga positiva que sale de la célula. • hiperpolariza el potencial de membrana.

Potencial de acciónes una propiedad de las células

excitableses decir, nervio, músculo

consta de una despolarización rápidarepolarización del potencial de

membranatamaño y la forma estereotipada

son de propagaciónson todo o nada

• Umbral – es el potencial de membrana al que la

despolarización es inevitable.

• Umbral– corriente de entrada neta se hace

mayor que la corriente de salida neta

despolarización se hace autosostenible fase de ascenso del potencial de acción. Si la corriente de entrada neta

es menor que la corriente de salida netano se producirá ningún potencial de acciónes decir, la respuesta de todo o nada.

potencial de membrana en reposo

es de aproximadamente -90 mV

resultado de la alta permeabilidad en reposo al K +

el potencial de membrana es impulsado hacia el potencial de equilibrio K +

En reposo, los canales de Na + están cerrados

Fase de ascenso del potencial de acción

La permeabilidad al Na + se hace mayor que la permeabilidad al K +

apertura de los canales de Na +

La despolarización provoca

hasta el umbral

La corriente de entrada despolariza el potencial de membrana

Fase de ascenso del potencial de acción

suprimen los potenciales de acción.

La Tetrodotoxina (TTX) y Lidocaína bloquean los canales de Na +

cuando el potencial de membrana es positivo.

El rebasamiento es la breve parte en el pico del potencial de acción

potencial de membrana se desplaza hacia el equilibrio del Na+ 65 mV

Repolarización

La despolarización cierra(lentamente) las compuertas de desactivación de los canales de Na+su permeabilidad vuelve acercarse a cero

Abre lentamente los canales de K+ y aumenta la permeabilidad del K+ a niveles mas altos que los del reposoLa corriente de salida de K+ causa la repolarización

Periodo refractario absolutoes el período durante el cual no puede provocarse otro PAsin importar cuán grande es el estímulo.

coincide con casi toda la duración del potencial de acción.Los canales de Na+ no se pueden inactivar

No ocurre nuevo PA hasta que se abran las compuertas de inactivación del Na+

Periodo refractario relativo

comienza al final del período refractario absoluto

continúa hasta que el potencial de membrana regresa al reposo

potencial de acción puede ser obtenido

sólo si es mayor de lo habitual

La velocidad de conductancia aumenta x

• el diámetro de la fibra

• Mielinización, – aumenta la velocidad de conducción

– Produce conducción saltatoria

– porque los PA solo se generan en los nódulos de Ranvier

Transmisión neuromuscular y sináptica

• Potencial de acción• Despolarización neurona presináptica• Ca+ entra en la terminación presináptica provoca• Liberación de neurotransmisor en la hendidura

por exocitosis• Unión del NT a los receptores nicotínicos en la mb

posináptica• Apertura de los canales iónicos Na+, K+• Cambio en el potencial de mb hasta valor medio

potenciales de equilibrio de na+, k+; 0 mV• Potenciales de placa terminal • Despolarización y potenciales de acción que

producen• Contracción muscular

Características generales de las sinapsis químicas

Transmisión neuromuscular y sináptica

Degradación de la ACh

• Acetilcolinesterasa degrada Ach en • Acetil-CoA y colina• Colina por cotransporte Na+-colina regresa neurona presináptica• Neostigmina inhibidor de la acetilcolinesterasa bloquea degradación de

ACh, PPT• Hemicolinio bloquea la recaptación de colina

• NT inhibidor hiperpolarizan mb postsináptico

• NT excitador despolariza la mb postsináptico

Miastenia GraveAnticuerpos contra el receptor de AchDebilidad y fatiga del musculo esqueléticoPor disminución de los receptores de AChPPT son menoresTx con Neostigmina, prolonga la acción ACh

Unión Neuromuscular

Acetilcolina

se forma de:

acetil-coenzima A

(CoA) y

colina

en la terminación presináptica

catalizada por colina

acetiltransferasa

ACh

se almacena en

vesículas sinápticas con

ATP y proteoglicano

s

Transmisión Sináptica

• Tipos de configuración– De una célula con una célula• Neurona motora a célula muscular

– De varias celulas con una sola célula• Motoneuronas espinales

• Impulso excitador o inhibidor

Potenciales excitatorios postsinápticos (PEPS)

despolarizan la célula postsinápticacausados por apertura de canales Na + y K +hacia equilibrio Na+, K+ (o mV)

Neurotransmisores excitadores • ACh, norepinefrina, epinefrina, dopamina,

glutamato y la serotonina.

Potenciales postsinápticos inhibitorios (IPSP)

hiperpolarizan la célula postsinápticacausados por la apertura de los canales de Cl-potencial de membrana hacia el equilibrio Cl- (-90 mV)neurotransmisores inhibitorios• Acido γ- aminobutírico (GABA) y la glicina

Sumatoria Sináptica

• 2 impulsos llegan al mismo tiempo

• > despolarización

Sumatoria espacial

• 2 impulsos llegan uno tras otro• Se suman de manera escalonada

Sumatoria temporal

Neurotransmisores• ACh• Norepinefrina, epinefrina y dopamina• Serotonina• Histamina• Glutamato• GABA• Glicina• Oxido nítrico (NO)

Norepinefrina

Liberado por las neuronas simpáticas posganglionares

Sintetizado en la terminación nerviosa

liberado en la sinapsis para unirse a receptores mb postsináptica

Se elimina por la recaptación

Metabolizado en terminal presináptica• por monoamino oxidasa (MAO) y• catecol-O metiltransferasa (COMT).

Los metabolitos son:• (a) ácido 3,4-Dihidroximandelico

(DOMA)• (b) Normetanefrina (NMN)• (c) 3-metoxi-4-hidroxifenilglicol

(MOPEG)• (d) 3-metoxi-4-hidroximandélico o ácido

vanililmandélico (VMA)feocromocitoma, • aumenta la excreción urinaria de VMA.

Epinefrina

se sintetiza a partir de norepinefrinaen la medula suprarrenal

se transfiere un grupo metilo

de la norepinefrina a la S-adenosilmetionina

La dopaminaPredomina en las neuronas del mesencéfalo

Se libera del hipotálamo

Inhibe la secreción de prolactina• factor de inhibidores de prolactina (PIF)

Metabolizada por la MAO y COMT.

Enfermedad de Parkinson• degeneración de las neuronas dopaminérgicas

Esquizofrenia • Aumentan los receptores dopaminérgicos

La serotonina

altas concentraciones en el tallo encefálico

formada a partir de triptófano

se convierte en melatonina en la glándula pineal

• formada a partir de histidina• presente en las neuronas del

hipotálamo.

Histamina

• neurotransmisor excitatorio prevalente en el cerebro

• cuatro subtipos de receptores de glutamato

Glutamato

GABA• neurotransmisor inhibidor• sintetizado a partir de glutamato • por glutamato descarboxilasa

dos tipos de receptores:• GABAA

• aumenta la conductancia de Cl- • sitio de acción de las benzodiazepinas

y barbitúricos• GABAB

• aumenta la conductancia de K +

•neurotransmisor inhibitorio

•médula espinal y tallo encefálico

•aumenta permeabilidad del Cl-

glicina

• neurotransmisor inhibidor de acción corta• tracto gastrointestinal• vasos sanguíneos• sistema nervioso central

• sintetizado en las terminales nerviosas presinápticas

óxido nítrico (NO)

•convierte arginina a citrulina y NONO sintetasa

•desde n. presináptica a célula dianagas difunde

•en variedad de tejidos, •incluyendo el músculo liso

vasculartransducción de

señales

Musculo Esquelético• fibra musculares multinucleadas• funciona como una sola unidad• Haces de miofibrillas– rodeados de RS– invaginados por túbulos transversales

(T túbulos)– Filamentos gruesos y delgados• Forman sarcómeras• Sarcómera va de línea z a línea z

Músculo esquelético: características• Banda A: filamentos de miosina solapados con los de actina• Banda I: filamentos de actina que parten del disco Z• Banda H: filamentos de miosina sin solapamiento con los de actinaCaracterísticas fibra (célula) muscular:- Membrana plasmática = sarcolema- Multinucleada- Retículo endoplásmico muy desarrollado (= sarcoplásmico)- Gran cantidad de mitocondrias

filamentos gruesos

presentes en la banda A en el centro del sarcómerocontienen miosina• dos "cabezas" conectados a una única “cola”

cabezas de miosina• fijan ATP y actina• forman puentes cruzados

filamentos delgados

Anclados en las líneas Z

Presentes en las bandas ISe entrelazan con filamentos gruesos en banda AContienen actina, tropomiosina y troponina

filamentos delgados

Troponina• Proteína reguladora• forma puentes cruzados cuando se une al

Ca2 +Es un complejo de tres proteínas globulares:• T- une el complejo de troponina a la

tropomiosina.• I- inhibe la interacción de la actina y la

miosina.• C- unida al Ca2+permite la interacción de

la actina y la miosina.

Túbulos T

red tubular

abierta al espacio extracelularconducen la despolarización al interior de la céluladespolarización cambia receptor de dihidropiridina

Retículo SarcoplásmicoAlmacena y libera Ca2 +

Para excitación-contracción

Cisternas terminales en contacto íntimo con los túbulos TCa2 + -ATPasa mantiene [Ca2 +] intracelular bajoCanal de liberación de Ca2 +, receptor de rianodina

Etapas del Acoplamiento Excitación-Contracción

En El Músculo Esquelético

Potenciales de acción

Despolarización de los túbulos T

Cambio del receptor dihidropiridínicoApertura de los canales de liberación de Ca2+ en RSLiberación Ca2+ intracelular

Ca2+ se une a troponina CTropomiosina se aleja de los sitos de unión a la actina

Ciclo de formación de puentes cruzados

Miosina unida a la actina( no hay ATP)ATP se une a la miosina y se libera de la actinaMiosina se desplaza al extremo +Hidrólisis ATP, ADP permanece unido a la miosinaSe libera ADP, devuelve la miosina a estado rigido

Contracción muscular

• = Disminución en la . longitud de las fibras individuales. • Disminución en la distancia entre los discos Z sin acortamiento de las bandas A.• Las bandas I disminuyen de longitud. • La disminución de longitud del sarcómero se debe al deslizamiento de los filamentos finos sobre y entre los filamentos gruesos.

Contracción muscular

Relajación

Ca+ ATPasa del RS capta el Ca2+

Disminuye Ca+ intracelular

Se libera Ca2+ de la troponina C

Tropomiosina vuelve a bloquear unión miosina-actina

Rigor mortis: sin el ATP producido por el metabolismo celular, el ADP queda unido a la cabeza de miosina, y ésta queda “enganchada” a la actina.

Contracción muscular

Mecanismo de la tetania

Estimulación reiterada

Hace que se libere mas Ca2+ del RS

Aumento acumulativo de Ca2+ intracelular

Prolonga tiempo para formación de puentes cruzados

Musculo no se relaja

• longitud se mantiene constante

• se mide la tensión desarrollada

contracciones isométricas

contracciones isotónicas•carga se mantiene constante

•Se mide el acortamiento

Tipos de Musculo Liso

filamentos gruesos y delgadosno están dispuestos en sarcómerasaparecen homogénea en lugar de estriado

Musculo Liso Multiunitario

Irismúsculo ciliar del cristalinoconducto deferenteunidades motoras independientesPoco acoplamiento entre celulasDensamente inervado(SNA)

Musculo Liso Unitarioes el tipo más comúnútero, tracto gastrointestinal, uréter y vejigaActividad espontanea tipo marcapasosModulado por hormonas y neurotransmisoresalto grado de acoplamiento eléctrico

contracción coordinada del órgano

Musculo Liso Vascular

tiene propiedades

tanto Multiunitario

y unitario