Transporte a través de membranas
Anuncio
Transporte a nucleósidos través dey nucleótidos membranas Estructura de Química-física del transporte • Difusión: ley de Fick • Bioenergética • Potencial de membrana: ecuación de Nernst Clasificación y tipos de transporte • Distinciones bioenergéticas y cinéticas (mecanismos) Difusión facilitada • Permeasas: Glut e intercambiador Cl-/HCO3• Canales iónicos: estructura, función y regulación ATPasas de membrana: Bombas iónicas • • • • Estructura y clasificación P-ATPasas: mecanismo, ejemplos y funciones V-ATPasas Transportadores ABC/Mdr1/CFTR Mecanismos de transporte acoplado • Intercambiadores: mecanismo y bioenergética • Transporte transepitelial: trabajo conjunto Transporte mediado por endocitosis • • • • Clasificación y tipos Potocitosis: transporte de folato Endocitosis mediada por receptor Transcitosis Ósmosis y fenómenos osmóticos • • • • Ley de van't Hoff Tonicidad de disoluciones: coeficiente de reflexión Equilibrio Gibbs-Donnan Regulación del volumen celular Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004 Permeabilidad de las membranas Agua H2O Gases O2, CO2, NO, CO, N2 polares pequeñas sin carga urea etanol, glicerol Ác. Acético Hidrófobas Ác. grasos pequeñas Esteroides polares grandes sin carga glucosa sacarosa iones K+, Na+, Ca2+, Mg2+ Cl-, HCO3-, H2PO4- polares cargadas aminoácidos glucosa--6-P ATP, nucleótidos Enrique Castro, © 2004 Permeabilidad e Hidrofobicidad K+ Na+ -12 glucosa trp Cl+ urea -10 -8 -6 indol H2O -4 -2 Coeficiente de permeabilidad, cm/h Permeabilidad Coeficiente de permeabilidad, cm/s Permeabilidad ∝ hidrofobicidad Coeficiente de reparto aceite/agua Hidrofobicidad Enrique Castro, © 2004 Log P Difusión libre: leyes de Fick Difusión: camino al azar (relaciones de Einstein) D= coeficiente de difusión ⟨ x ⟩=0 (depende del tamaño) ⟨ x ⟩=2 D⋅t L 2 cm2 [D]= = T s d = 2 D⋅t En tres dimensiones 2 r= 6 D⋅t Movimiento browniano 2∙n Flujo a través de una frontera: 1º ley de Fick 1 2 c2 c1 dn 1 dc ⋅ = J =−D⋅ , dt A dx [J ]= M mol = 2 2 L ⋅T cm ⋅s Flujo proporcional al gradiente de concentración Variación temporal: 2ª ley de Fick 2 dc dJ d c =− =D⋅ 2 dt dx dx n c x , t = ⋅ D t ⋅ e 2 − t=1 C x2 4Dt Distribución gausiana t=4 t=16 t=64 -3 -2 -1 0 X Enrique Castro, © 2004 1 2 3 Difusión a través de membrana δ cm dc m J = −D⋅ = −D⋅ dx = c im s ci c1m β=2 ; c im=⋅cis ; c m=⋅ c s c1S β=1 D⋅ J =− ⋅ c s β=0.5 β=0.2 J = −P⋅ c s 0 P= D⋅ −1 [P]= L ⋅TL ⋅1 = cms 2 Coeficiente de permeabilidad • Coeficiente de reparto • Coeficiente de difusión (√Mr) • Espesor de la membrana Enrique Castro, © 2004 c2m x δ c2S Energía libre y transporte equilibrio componente químico [ Na + ]destino G = RT⋅ln [ Na ] + origen componente eléctrico zF⋅ E m E m=E destino −E origen R = 8.315 J·mol-1·K-1 (1.987 cal∙mol-1∙K-1) F = 96480 Cb·mol-1 ( J·mol-1·V-1 ) (23059 cal∙mol-1∙V-1) 1 cal = 4.184 J Enrique Castro, © 2004 Difusión de iones: potencial de membrana Membrana impermeable Em= 0 mV 0 -60 +60 NaCl 15 mM NaCl 150 mM Membrana permeable a Na+ Em= -59 mV 0 -60 +60 NaCl 15 mM NaCl 150 mM Na+ ⊕ ⊕ ΔV= 0 ⊖ ⊖ ΔV≠ 0 constante Membrana permeable a Cl0 Em= +59 mV Membrana permeable a Na+ y Cl0 PNa>PCl -60 +60 -60 +60 NaCl 15 mM NaCl 150 mM NaCl 15 mM NaCl 150 mM Cl+ ⊖ ⊕ ⊖ ⊕ ΔV≠ 0 constante Enrique Castro, © 2004 Na+ Cl+ ΔV≠ 0 transitorio Potencial de equilibrio Inicio Em=0 Equilibrio Em=Eeq [ Na + ]destino G = RT⋅ln [ Na ] + origen En el equilibrio zF⋅E m G = 0 y E m = E eq E eq = - R⋅T z⋅F [ Na + ]destino ⋅ln [ Na ] + origen Ecuación de Nernst Walther Nernst 1864-1941 Premio Nobel 1920 Enrique Castro, © 2004 R = 8.315 J·mol-1·K-1 (1.987 cal∙mol-1∙K-1) F = 96480 Cb·mol-1 ( J·mol-1·V-1 ) Transporte a nucleósidos través dey nucleótidos membranas Estructura de Química-física del transporte • Difusión: ley de Fick • Bioenergética • Potencial de membrana: ecuación de Nernst Clasificación y tipos de transporte • Distinciones bioenergéticas y cinéticas (mecanismos) Difusión facilitada • Permeasas: Glut e intercambiador Cl-/HCO3• Canales iónicos: estructura, función y regulación ATPasas de membrana: Bombas iónicas • Estructura y clasificación • P-ATPasas: mecanismo, ejemplos y funciones • V-ATPasas • Transportadores ABC/Mdr1/CFTR Mecanismos de transporte acoplado • Intercambiadores: mecanismo y bioenergética • Transporte transepitelial: trabajo conjunto Transporte mediado por endocitosis • Clasificación y tipos • Potocitosis: transporte de folato • Endocitosis mediada por receptor • Transcitosis Ósmosis y fenómenos osmóticos • Ley de van't Hoff • Tonicidad de disoluciones: coeficiente de reflexión • Equilibrio Gibbs-Donnan • Regulación del volumen celular Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004 Ionóforos transportadores canales Complejo valinomicina-K+ Canal de gramicidina Valinomicina (K+) nonactina monensina (Na+) gramicidina En bicapa lipídica Hélice 6.3 hueca dímero cabeza-cabeza En solvente hidrófobo Enrique Castro, © 2004 Transporte a nucleósidos través dey nucleótidos membranas Estructura de Química-física del transporte • Difusión: ley de Fick • Bioenergética • Potencial de membrana: ecuación de Nernst Clasificación y tipos de transporte • Distinciones bioenergéticas y cinéticas (mecanismos) Difusión facilitada Permeasas: Glut e intercambiador Cl-/HCO3• Canales iónicos: estructura, función y regulación • ATPasas de membrana: Bombas iónicas • Estructura y clasificación • P-ATPasas: mecanismo, ejemplos y funciones • V-ATPasas • Transportadores ABC/Mdr1/CFTR Mecanismos de transporte acoplado • Intercambiadores: mecanismo y bioenergética • Transporte transepitelial: trabajo conjunto Transporte mediado por endocitosis • Clasificación y tipos • Potocitosis: transporte de folato • Endocitosis mediada por receptor • Transcitosis Ósmosis y fenómenos osmóticos • Ley de van't Hoff • Tonicidad de disoluciones: coeficiente de reflexión • Equilibrio Gibbs-Donnan • Regulación del volumen celular Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004 D. facilitada: Glucosa permeasas Saturable Específico Enrique Castro, © 2004 Estructura de transportadores Glut Elementos funcionales • 12 segmentos transmembrana • 9 hélice anfipáticas (polares no cargados) • haz de hélices (sitio de unión) Puentes de Hidrógeno Hélice anfipática Enrique Castro, © 2004 Haz de hélices (bolsillo de unión) Intercambiador Cl-/HCO3- : banda 3/pAE1 del eritrocito Capilares sistémicos alta pCO2, baja pO2 (metabolismo tisular) hemoglobina Anhidrasa carbónica eritrocito Proteína AE1 Capilares pulmonares baja pCO2, alta pO2 (ventilación) Anhidrasa carbónica eritrocito Enrique Castro, © 2004 Efecto Bohr Canales iónicos Componentes funcionales • • • • • Filtro Bocas: externa e interna Fick Poro Boca externa Filtro selectivo Sensor Compuerta Saturable baja ΔG‡ alto nº recambio (>107 ion/s) poro Sensor compuerta Boca interna Topología transmembrana Activados por cNMP • Básico: 2TM/P • Componentes adicionales Bucle P sensibles a Em INa, IK, ICa Unión de nucleótido TM No sensibles a Em Activados por ligando (R. Ionotrópicos) IK ir IK (Ca) big Enrique Castro, © 2004 IK (rep) Unión de ligando Canales iónicos: selectividad Canal de K+: estructura del poro mal ajuste Buen ajuste Selectividad= compensar desolvatación Bucle P extracelular citosol Filtro selectivo compuerta Poro iónico Vista superior Enrique Castro, © 2004 Mecanismos de compuerta Receptores ionotrópicos • fam. nAchR • fam. iGluR • fam. P2X Canales dependientes de voltaje • Na+, Ca2+ • K+ etc. Canales dependientes de voltaje • Ca2+ • K+ etc. IK(M) Canales dependientes de voltaje y Ca2+ • IK(Ca) Canales dep. cAMP (olor, gusto) Canales dep. cGMP (vista) Canales dep. ATP (célula β) Enrique Castro, © 2004 Transporte a nucleósidos través dey nucleótidos membranas Estructura de Química-física del transporte • Difusión: ley de Fick • Bioenergética • Potencial de membrana: ecuación de Nernst Clasificación y tipos de transporte • Distinciones bioenergéticas y cinéticas (mecanismos) Difusión facilitada • Permeasas: Glut e intercambiador Cl-/HCO3• Canales iónicos: estructura, función y regulación ATPasas de membrana: Bombas iónicas • • • • Estructura y clasificación P-ATPasas: mecanismo, ejemplos y funciones V-ATPasas Transportadores ABC/Mdr1/CFTR Mecanismos de transporte acoplado • Intercambiadores: mecanismo y bioenergética • Transporte transepitelial: trabajo conjunto Transporte mediado por endocitosis • Clasificación y tipos • Potocitosis: transporte de folato • Endocitosis mediada por receptor • Transcitosis Ósmosis y fenómenos osmóticos • Ley de van't Hoff • Tonicidad de disoluciones: coeficiente de reflexión • Equilibrio Gibbs-Donnan • Regulación del volumen celular Enrique Castro, © 2004 Transporte activo primario: ATPasas de Membrana ATPasas tipo P • • • • Tetrámeros 2α/2β Asp-P (vanadato) m. plasmática y r. endoplásmico Na+, K+, H+, Ca2+ (y otros) asp-P P-asp ATPasas tipo V y F • Muy complejas 3 integrales 8 periféricas • Exclusivamente H+ • D. integral: canal de H+ • D. periférico: unión de ATP • Intracelular ATP-sintasa mitocondrial Lisosomas vesículas sinápticas F: mitocondria ATP F1, V1 citosol matriz Canal de H+ F0, V0 citosol V: vesículas ATPasas tipo "transportadores ABC" • 4 dominios 2T+2A • Estructura diversa (mono-, di-, tetraméricas) • Membrana plasmática • Iones y compuestos orgánicos citosol ATP ATP Enrique Castro, © 2004 extracelular Enrique Castro, © 2004 Na+/K+-ATPasa de membrana Estructura • Tetrámero 2α/2β • Sitio de unión de ATP intracelular • Asp-P Subunidad β: • esencial para plegamiento • 3 N-glicosilada • 1 TM • 40 kD Subunidad α: • Centro activo citosol • No glicosilada • 10 TM • 120 kD extracelula r Función • • • • Transporte vectorial 3 Na+ / 2K+ / 1ATP Inhibida por vanadato Inhibida por cardiotónicos (ouabaina digoxina) citosol aspP Pasp extracelular ➢Actividad biológica ● control del volumen celular ● control del pHi ● control de [Ca2+]i ● ● importación de metabolitos (cotransporte) excitabilidad eléctrica Enrique Castro, © 2004 citosol Gradiente Na+/K+ 25-30% consumo ATP >60% en cerebro Mecanismo de la Na+/K+-ATPasa Enrique Castro, © 2004 Cardiotónicos Enrique Castro, © 2004 ATPasas "transportador ABC" Estructura • 4 dominios 2T+2A • Estructura diversa (mono-, di-, tetraméricas) MDR CFTR 2T+2A fusionados 12 TM Función • Membrana plasmática • Exportación de mol. hidrófobas (MDR1) • Canal de aniones (CFTR) Enrique Castro, © 2004 Destoxificación interferencia antitutorales Fármacos quimioterápicos y MDR Enrique Castro, © 2004 Estructura del CFTR Enrique Castro, © 2004 Transporte a nucleósidos través dey nucleótidos membranas Estructura de Química-física del transporte • Difusión: ley de Fick • Bioenergética • Potencial de membrana: ecuación de Nernst Clasificación y tipos de transporte • Distinciones bioenergéticas y cinéticas (mecanismos) Difusión facilitada • Permeasas: Glut e intercambiador Cl-/HCO3• Canales iónicos: estructura, función y regulación ATPasas de membrana: Bombas iónicas • Estructura y clasificación • P-ATPasas: mecanismo, ejemplos y funciones • V-ATPasas • Transportadores ABC/Mdr1/CFTR Mecanismos de transporte acoplado • Intercambiadores: mecanismo y bioenergética • Transporte transepitelial: trabajo conjunto Transporte mediado por endocitosis • Clasificación y tipos • Potocitosis: transporte de folato • Endocitosis mediada por receptor • Transcitosis Ósmosis y fenómenos osmóticos • Ley de van't Hoff • Tonicidad de disoluciones: coeficiente de reflexión • Equilibrio Gibbs-Donnan • Regulación del volumen celular Enrique Castro, © 2004 Familias de transportadores F. co-transportador Na+-glucosa • 14 TM • 1-2 Na+:1 sustrato • Intestinal (SGLT1), renal (SGLT2) Sitio de permeasa F. co-transportador Na+/Cl- de neurotransmisores • • • • 12 TM cotransporte Cl- obligado (antiporte K+) 2 Na+:1 Cl-:1 sustrato+ GABA, monoaminas, Gly/Pro, NTT4 exterior Cocaina, anfetas, tricíclicos citosol F. co-transportador de glutamato • • • • 8 TM antiporte K+ obligado 1Na+:1Glu-/1K+:HOExclusivamente Glu sináptico exterior citosol exterior F. antiportador Na+/Ca2+ • 12 TM • 3 Na+:1 Ca2+ citosol F. transportador dependiente de H+ • 12 TM • Antiporte 2 H+:1 sustrato+ • Vesículas sinápticas y lisosomas (neurotransmisores) Reserpina, extasis(ΔH ) + Enrique Castro, © 2004 citosol Luz vesícula Transportadores de membrana y regulación del pHi glucosa HOAntiportador Cl-/HOCl acidificación - glucosa Antiportador Na+/H+ lactato alcalinización Activado por H+ Na+ amilórido H+ CO2 H+ HCO3- HCO3- Cl Na+ - DIDS, SITS intercambiador Cl-/HCO3- Intercambiador Cl-/HCO3dependiente de Na+ HCO3acidificación acidificación inhibido por H+ Dependencia del pH de los transportadores de H+ y HCO3- velocidad relativa, % activado por H+ intercambiador Cl-/HCO3- antiportador Na+/H* intercambiador Na+ Cl-/HCO3pH intracelular Enrique Castro, © 2004 Transporte transepitelial de glucosa SGLT luz intestinal • [Na+] alta (dieta, secretado) • [glucosa] baja glucosa (activo) activo contra gradiente (pasivo) 2 Na+ Cl- 2 Na+ citosol • [Na+] baja (12 mM) • [glucosa] alta • [K+] alta (150 mM) canal Cl- Cl- glucosa canal K+ (pasivo) gluc ADP Pi ATP 3 K+ pasivo a favor de gradiente Glut2 sangre (permeasa) • [Na+] alta • [glucosa] media (5.5 mM) • [K+] baja (5 mM) gluluz+2Na+luz glucit 2Na+cit+3K+sangre+ATP 3K+cit 2Cl-luz 2Cl-cit gluluz+2Na+luz+2Cl-luz+ATP Enrique Castro, © 2004 2 Na+ glucosa 3 K+ Cl- Na+/K+-ATPasa (activo) glucit+2Na+cit glusangre 2Na+sangre+3K+cit+ADP+Pi 3K+sangre 2Cl-cit 2Cl-sangre glusangre+2Na+sangre+2Cl-sangre+ ADP+Pi Enrique Castro, © 2004 Transporte a nucleósidos través dey nucleótidos membranas Estructura de Química-física del transporte • Difusión: ley de Fick • Bioenergética • Potencial de membrana: ecuación de Nernst Clasificación y tipos de transporte • Distinciones bioenergéticas y cinéticas (mecanismos) Difusión facilitada • Permeasas: Glut e intercambiador Cl-/HCO3• Canales iónicos: estructura, función y regulación ATPasas de membrana: Bombas iónicas • Estructura y clasificación • P-ATPasas: mecanismo, ejemplos y funciones • V-ATPasas • Transportadores ABC/Mdr1/CFTR Mecanismos de transporte acoplado • Intercambiadores: mecanismo y bioenergética • Transporte transepitelial: trabajo conjunto Transporte mediado por endocitosis • • • • Clasificación y tipos Potocitosis: transporte de folato Endocitosis mediada por receptor Transcitosis Ósmosis y fenómenos osmóticos • Ley de van't Hoff • Tonicidad de disoluciones: coeficiente de reflexión • Equilibrio Gibbs-Donnan • Regulación del volumen celular Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004 Potocitosis= endocitosis mediada por caveolina Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004 Transporte a nucleósidos través dey nucleótidos membranas Estructura de Química-física del transporte • Difusión: ley de Fick • Bioenergética • Potencial de membrana: ecuación de Nernst Clasificación y tipos de transporte • Distinciones bioenergéticas y cinéticas (mecanismos) Difusión facilitada • Permeasas: Glut e intercambiador Cl-/HCO3• Canales iónicos: estructura, función y regulación ATPasas de membrana: Bombas iónicas • Estructura y clasificación • P-ATPasas: mecanismo, ejemplos y funciones • V-ATPasas • Transportadores ABC/Mdr1/CFTR Mecanismos de transporte acoplado • Intercambiadores: mecanismo y bioenergética • Transporte transepitelial: trabajo conjunto Transporte mediado por endocitosis • Clasificación y tipos • Potocitosis: transporte de folato • Endocitosis mediada por receptor • Transcitosis Ósmosis y fenómenos osmóticos • • • • • Ley de van't Hoff Tonicidad de disoluciones: coeficiente de reflexión Canales de agua: Acuaporinas Equilibrio Gibbs-Donnan Regulación del volumen celular/presión osmótica Enrique Castro, © 2004 Las membranas biológicas son muy permeables al agua Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004 Acuaporinas: Estructura y función Acuaporinas: canales de H2O • 6TM (3+3 invertido) • Tetrámeros • Impermeable a iones y mol. pequeñas Columna de H2O en poro invertido A B C A' B' C' extracelular citosol Transporte 5·108 s-1 directo CHIP 28 kDa Acuaporinas: localización y funciones localización función AQP-1 ubicua: rinón, pulmón, Reabsorción de agua en túbulos ojo, plexos coroideos colectores; secreción de fluido en humor acuoso y líquido cefalorraquideo; homeostasis de agua en el pulmón AQP-2 Rinón: Túbulo colector Reabsorción de agua (diabetes insípida) AQP-3 Rinón: Túbulo colector Retención de agua AQP-4 cerebro: vellosidades Reabsorción de líquido cefalorraquideo en SNC. Regulación del edema cerebral aracnoideas AQP-5 glándulas salivares, lacrimales y epitelio alveolar Enrique Castro, © 2004 secreción de fluido Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004
![%] Oficio N°302 23 de agosto de 2016 El diputado señor Juan Luis](http://s2.studylib.es/store/data/005271242_1-a6af36902c1354534097d942eb7d30aa-300x300.png)