II. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE MEMBRANAS

II. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE MEMBRANAS
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Componentes de las membranas biológicas
Modelo del Mosaico fluido y propiedades de las membranas
Termodinámica del transporte
Mecanismos de transporte
Tipos de transporte
Comunicación celular
MODELO DEL MOSAICO FLUIDO propuesto por Jonathan Singer y Garth
Nicolson en 1972
Grupos polares
de lípidos
Interacciones
hidrofóbicas
Proteínas
globulares
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 HIDROCARBONADAS
EL GRADO DE INSATURACIÓN
LA CANTIDAD DE ESTEROLES
MENOR FLUIDEZ
LA ESTRUCTURA DE LOS LÍPIDOS DETERMINA SU ORDEN DENTRO
DE LA MEMBRANA
GLICEROLÍPIDO
Fosfatidilcolina
ESFINGOLÍPIDO
Esfingomielina
LA ESTRUCTURA DE LOS LÍPIDOS DETERMINA SU EMPAQUETAMIENTO
Fase líquida
desordenada (ld)
Fluidez
Movilidad lateral
Fosfatidilserina
Fosfatidilglicerol
Fosfatidilinositol
Fosfatidiletanolamina
Fase líquida
ordenada (lo)
Fluidez
Movilidad lateral
Esfingomielina
Cerebrósidos
Globósidos
Gangliósidos
Esteroles
PRESENCIA DE MICRODOMINIOS O BALSAS (RAFTS) LIPÍDICAS
EN LAS MEMBRANAS CELULARES
AGP
Esfingolípidos
Fosfatidilcolina
Inositolfosforilceramida
VENTAJAS DE LOS RAFTS
propiciar interacciones efectivas entre
componentes membranales específicos
CARA EXTERNA
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
A
dentro
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 PUEDE
HABER DOS TIPOS DE DESPLAZAMIENTO
CON CARGA
SIN CARGA
EL MOVIMIENTO DEPENDE:
DEL GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN (QUÍMICO)
Y DEL GRADIENTE ELÉCTRICO (POTENCIAL DE MEMBRANA, Vm)
GRADIENTE ELECTROQUÍMICO O POTENCIAL ELECTROQUÍMICO
DOS
TIPOS
CLASIFICACIÓN DE LOS TRANSPORTADORES
PORTADORES
O ACARREADORES
PASIVO
O TRANSPORTADORES
ACTIVO
CANALES
EL TRANSPORTE MEDIADO SE CLASIFICA DE ACUERDO
CON LA ESTEQUIOMETRÍA DEL PROCESO DE TRANSPORTE
UNIPORTADORA
SIMPORTADORA
ANTIPORTADORA
DIFUSIÓN SIMPLE
(Compuesto NO POLAR,
a favor de su gradiente
de concentración)
DIFUSIÓN FACILITADA
(A favor de su gradiente electroquímico)
TRANSPORTE ACTIVO
PRIMARIO
(Contra gradiente
electroquímico)
TRANSPORTE
IÓNICO FACILITADO
POR IONÓFORO
(A favor de gradiente
electroquímico)
CANAL
(A favor de gradiente
electroquímico, puede presentar
entrada regulada por un
ligando o ion)
TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO
(Contra gradiente electroquímico,
impulsado por el movimiento iónico
a favor de gradiente)
BOMBAS
ACARREADORES
CANALES
TRANSPORTE PASIVO
SON DE DOS TIPOS: EL SIMPLE Y EL FACILITADO
A FAVOR DE
SU GRADIENTE
EN AMBOS TIPOS EL MOVIMIENTO ES A FAVOR DE SU GRADIENTE
DE CONCENTRACIÓN Y NO HAY REQUERIMIENTOS DE ENERGÍA
DIFUSIÓN FACILITADA
CARACTERÍSTICAS:
LA UNIÓN ES ESPECÍFICA
LA ESTABILIDAD ESTA
DETERMINADA POR
INTERACCIONES DÉBILES
NO-COVALENTES
FACILITA LA ENERGÍA DE
ACTIVACIÓN DEL PROCESO
DE TRANSPORTE
EL SUSTRATO NO ES
MODIFICADO
QUÍMICAMENTE
TRANSPORTE DE GLUCOSA HACIA EL INTERIOR DE
LOS ERITROCITOS
DIFUSIÓN FACILITADA
ESPACIO
EXTRACELULAR
MP
CITOSOL
Transportador
de glucosa
Unión de
glucosa
El transportador
bajo un cambio
conformacional
Difusión
de la
Glucosa
hacia
el citosol
Transportador
retorna a su
estado
original
EL TRANSPORTE SE PUEDE DESCRIBIR POR ANALOGÍA
CON UNA REACCIÓN ENZIMÁTICA
TRANSPORTE ACTIVO
PERMITE EL MOVIMIENTO DE UN SOLUTO CONTRA UN GRADIENTE
DE 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 POR
TENER UN TRANSPORTE DE IONES ACOPLADO A LA HIDRÓLISIS
DE ATP
TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO
EL MOVIMIENTO DE UN SOLUTO EN CONTRA DE SU
GRADIENTE ELECTROQUÍMICO ESTÁ ACOPLADO A UNA REACCIÓN
QUÍMICA EXERGÓNICA
LA BOMBA Na+-K+ O Na+-K+-ATPasa
TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO
ANTIPORTADORA
LA BOMBA Na+-K+ O Na+-K+-ATPasa
ATPasa
de H+
2+
+
Ca
H
Dominio
de unión
del ATP
ATPasa de
Na+-K+
K+
Na+
ATPasa de
Ca2+
Gadsby 2007
Nature news 450:957
Ejemplos de Transporte Primario:
H+-ATPasa (UNIPORTADORA)
Ca+-ATPasa
(UNIPORTADORA)
H+-K+-ATPasa (ANTIPORTADORA)
H+
CAMBIOS GENERALES EN LA FORMA Y ORIENTACIÓN DE LA
ATPasa DE H+-K+
TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO
La energía libre almacenada en un gradiente de
potencial electroquímico puede aprovecharse para
impulsar varios procesos fisiológicos endergónicos
EL MOVIMIENTO DE UN SOLUTO EN CONTRA DE SU
GRADIENTE ELECTROQUÍMICO ESTÁ ACOPLADO A UN
TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO
TRANSPORTE
SECUNDARIO
TRANSPORTE
PRIMARIO
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
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 una
señal 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”
CANALES
CANAL DE AGUA (PORINA)
Los canales pueden ser proteínas con estructura cuaternaria
Gavilanes, 2008