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TRANSPORTE DE MEMBRANA
Compilación y armado: Prof. Sergio Pellizza
Dto. Apoyatura Académica I.S.E.S
Universidad Complutense de Madrid › Facultad de Ciencias Biológicas
Profesor: Iñigo Azcoitia
Permeabilidad
Las membranas son:
• Permeables para gases y pequeñas moléculas sin carga.
• Semipermeables para moléculas de pequeño tamaño sin carga.
• Impermeables para moléculas grandes, iones y moléculas polares
cargadas.
Transporte
Las proteínas que facilitan el transporte se encuentran en todas las
membranas celulares e intracelulares, y pueden ser:
• Bombas de iones: son muy específicas pero con una capacidad de
transporte baja. Consume energía ya que suele ser en contra de
gradiente.
• Transportadores o permeasas: de especificidad media.
• Canales iónicos: son poco específicos, con una capacidad de
transporte alta. Tienen muchas conformaciones.
Los dos últimos tipos no consumen energía ya que suele ser a favor
de gradiente. En el caso de los transportadores, puede llevar acoplado
un transporte en contra del gradiente.
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El transporte puede ser por:
• Difusión simple: en el caso de las moléculas que son permeables
para la membrana.
• Difusión facilitada: agua, glucosa…
• Transporte activo: bombas.
Los canales y los transportadores se clasifican según el número de
especies que intercambian, por lo que puede producirse:
• Uniporte
• Transporte acoplado: simporte y antiporte.
Un ejemplo de transporte de moléculas es el de glucosa. No consume
energía, por lo que puede ser bidireccional si cambia el gradiente. La
glucosa se une al transportador, cambiando éste de conformación y
liberándose la glucosa en el interior haciendo que el transportador vuelva
a la forma inicial. Para que no salga la glucosa, ésta se fosforila (paso
previo a la glucólisis) ya que entonces no se une al transportador. Los
transportadores de glucosa pueden estar en la membrana o en vesículas
que se unen a ésta por acción de la insulina.
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El consumo de energía puede ser:
• Directo: la propia proteína transportadora es una ATPasa.
• Indirecto: la proteína transportadora va acoplada a otro proceso
que gasta ATP.
ATPASAS
Pueden ser de los siguientes tipos:
• P: en el RE, como las bombas de Ca++ o Na+/K+. Se tienen que
fosforilar para funcionar.
• V: en vacuolas, como las bombas de H+ que regulan el pH en
lisosomas.
• F (ATP sintasas): genera ATP y gradiente de protones en
mitocondrias.
• ABC: muy variados, sólo comparten el sitio de unión del ATP.
Mueven muchas sustratos: nutrientes, drogas hidrofóbicas…
DIFERENCIAS ENTRE CANAL Y BOMBA IÓNICOS
En ambos, existen puertas que los mantienen cerrados
produciéndose sólo el intercambio cuando están abiertas. En los canales,
el movimiento en los canales es a favor de gradiente, mientras que las
bombas, que requieren ATP porque van en contra, son más lentas por
ello.
Gradientes y canales iónicos
Las funciones de los gradientes pueden ser:
• Mecánicas: para el movimiento de flagelos.
• Regulación osmótica.
• Homeostasis.
• Transducción de señales.
Se forman mediante canales de fuga abiertos, principalmente de K+.
Los canales están regulados, mientras que las bombas funcionan de
forma más o menos constante.
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En reposo, la membrana está más cargada fuera que dentro, pero al
entrar Na+ se produce una despolarización (si entra Cl- o K+se produce
una hiperpolarización). Esto se debe a que muchos canales y bombas
son electrogénicos y alteran el potencial de membrana.
Un ejemplo de utilidad de los gradientes es el transporte de glucosa
en los enterocitos. En el dominio apical, hay un simportador de glucosa y
Na+, que introduce dos moléculas de Na+ por cada una de glucosa. Este
Na+ gasta ATP indirectamente. La bomba Na+/K+ se encuentra en la
zona basolateral (hacia la sangre) y saca Na+ mientras introduce K+ con
gasto de ATP. En esa zona también hay un transportador de glucosa
(glut-2) que la pasa al espacio extracelular por lo que no se fosforila en
el enterocito. El problema surge si no hay Na+ en la luz estomacal (p.e.diarreas, pérdida de líquido y sales), ya que sino no entra la glucosa.
TIPOS DE CANALES IÓNICOS
Se clasifican según el modo de operación en:
• Dependientes de potencial: se abren con
un cambio en el potencial de membrana.
La situación normal hace que esté cerrado
por repulsión o atracción de aminoácidos.
Nunca son capaces de despolarizar por si
solos la membrana, sino que necesitan de
otro canal. Un ejemplo de estos canales
sería el de Na+, que tiene dos compuertas:
una de activación y otra de inactivación.
• Dependientes de ligando: son canales y
receptores a la vez y también son
denominados ionotrópicos. Su activación
nunca es por el mismo ion que transporta
(esto sólo ocurre en un canal especial de
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Ca++). Un ligando puede tener varios receptores, pero es único para
el suyo.
• Canales metabotrópicos: también son receptores pero no siempre
son canales como tal. Una parte se une al ligando y esto activa una
actividad secundaria, que generalmente suele ser la de fosforilar
verdaderos canales para el paso de iones.
• Dependientes de tensión: participa el citoesqueleto y son muy
sensibles. Al deformarse se abre el canal, y son capaces de unir
distintos ligandos. Los dependientes de temperatura se consideran
un subtipo de éstos (p.e.- el mentol da sensación de frescor porque
activa receptores de frío y las especias producen sensación de calor
porque activan receptores de calor).
RECEPTORES DE INSULINA Y DESACOPLAMIENTO EN MITOCONDRIAS
Los islotes de Langerhans del páncreas están formados por células
endocrinas denominadas células β. La insulina regula la cantidad de
glucosa en sangre, ya que facilita en cualquier célula que los
transportadores de glucosa (glut) se fusionen a la membrana. Cuando en
una célula β entra glucosa, se forma ATP por su oxidación; y este ATP es
un modulador de un canal de K+ de modo que al aumentar el ATP este
canal detiene la expulsión de K+ haciendo que la célula se despolarice
lentamente. Esto provoca que entre Ca++ por un canal dependiente de
voltaje, y este calcio fusiona las vesículas en que se encuentra la insulina
a la membrana y se libere. En diabetes, o bien se es resistente a la
insulina o bien no funcionan las kinasas que provocan la fusión de las
vesículas con los transportadores de glucosa a la membrana.
Por otro lado, en el desacoplamiento en las mitocondrias, las
proteínas UCP (proteínas desacoplantes) desacoplan el gradiente de H+ a
la fosforilación oxidativa. Esto ocurre siempre en la grasa parda para
generar calor en sus numerosas mitocondrias en vez de producir ATP
(por ello aparece en alta cantidad en aves, mamíferos y embriones).
Además, si el proceso de fosforilación oxidativa es muy activo se forman
superóxidos (O2·) muy peligrosos, y la UCP transporta H+ al interior
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mitocondrial perdiendo parte del gradiente pero evitando la formación de
estos superóxidos.
Todo esto tiene un efecto negativo en la diabetes: en condiciones
normales, tras la digestión aumenta el ATP y se libera mucha insulina;
sin embargo en hiperglucemia cuando se tiene diabetes, hay mucha
glucosa y funciona tanto la fosforilación oxidativa que la actividad de
UCP aumenta disminuyendo la producción de ATP y liberando menos
insulina.
En la restricción calórica realizada en ciertos experimentos, hay
muchas UCP y un mayor desacople lo que hace que disminuyan las ROS
y la oxidación que éstas provocan y que llevan al envejecimiento.
CALCIO
El Ca++ extracelular es más abundante que el intracelular. Esto se
mantiene por antiportes, transportadores de Ca++, etc… que lo sacan de
la célula o lo meten al RE donde es retenido por proteínas
secuestradoras de Ca++. Cuando se necesita en el citosol, se liberan
segundos mensajeros (inositoles fosfato) que se unen a los canales de
Ca++ del RER para que se libere (el receptor de ryanodina también
permite su salida al citosol cuando se activa).
En el oocito, para evitar la polispermia, debe entrar Ca++ para que se
fusionen unas vesículas que forman la “membrana” de fecundación
cuando ya ha penetrado un espermatozoide.
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