Bioenergética y transporte a través de membrana Mecanismos de Transporte 1 Mecanismos de Transporte Partículas hidrofílicas, como los iones, tienen una baja probabilidad de pasar directamente por la bicapa lipídica, por lo que se necesitan estructuras proteicas especiales para proporcionar un paso rápido de iones por la membrana. Transporte Pasivo: Canales Iónicos (Los estudiará más adelante...) Son proteínas de membrana que conducen iones a enormes velocidades (hasta 100 millones de iones por segundo). El flujo de iones resultantes produce variaciones del potencial de membrana. Canales dependientes de segundos mensajeros Sensor remoto Canales dependientes de ligando extracelular Sensor intrínseco Canales dependientes de voltaje Sensor intrínseco 2 Transporte Activo El transporte activo permite movilizar iones en contra de su gradiente electroquímico para lograr esto necesita obtener energía de otros procesos. Transporte primario: Se define como transporte primario al transporte que usa directamente el ATP como fuente de energía para mover iones en contra de su gradiente (ejemplo la bomba de sodio) Transporte secundario: El transporte secundario utiliza como fuente de energía el gradiente electroquímico de otro ion (generalmente el sodio) para mover otros iones en contra de su gradiente (ejemplo el intercambiador sodio-calcio) Sin importar el mecanismo de transporte, siempre la energía libre de Gibbs final será menor que la inicial, es decir, siempre se cumple que ∆Gtransporte < 0 ∆Gtransporte = ∆Geléctrico + ∆Gquímico A las energías libres de Gibbs (G) involucradas en procesos de trasporte, también se les conoce como potencial (U)”: ∆U electroquímico = ∆U eléctrico + ∆U químico 3 Gquímico = RT ln[concentración molar del ion o molécula] Ejemplo: Na + Nai+ → Nao+ ∆GNai → Nao = ∆Geléctrico + ∆Gquímico [ Nai+ ] = 10mM U Nai = RT ln[ Nai+ ] [ Nao+ ] = 144mM U Nao = RT ln[ Nao+ ] ∆Gquímico [ Nao+ ] = RT ln = [ Nai+ ] = 6875 J mol ∆Geléctrico = zF (Vo − Vi ) = 1061 J mol z = 1 (Valencia del ion) F = " Constante de Faraday" Vo − Vi = 11mV (Diferencia de potencial entre el exterior y el interior) Entonces: Por ahora, no se preocupe por este cálculo... ∆GNai → Nao = ∆Geléctrico + ∆Gquímico J J + 6875 mol mol kJ = 7,9 mol ∆GNai → Nao = 1061 4 Bomba de Sodio Recordemos que para que un proceso se realice espontáneamente , es necesario que la energía de Gibbs inicial sea mayor que la final. Veamos el caso de la bomba de sodio: Nai+ → Nao+ ∆GNai → Nao = 7,9 kJ mol K i+ → K o+ ∆GKi → K o = − 7,5 kJ mol 2 Nai+ + 3K o+ → 2 Nao+ + 3K i+ ∆G2 Na / 3 K = ¿? 5 3 Nai+ + 2 K o+ → 3 Nao+ + 2 K i+ ∆G3 Na / 2 K = 3∆G Nai → Nao − 2∆GKi →K o = 38,7 kJ mol ¿Cuántas moléculas de ATP necesito hidrolizar y acoplar al proceso de intercambio para que este proceso ocurra? ATP → ADP + Pi ∆G ATP → ADP + Pi = − 61,9 kJ mol 3Nai+ + 2 K o+ + ATP → 3Nao+ + 2 K i+ + ADP + Pi ∆G = ∆G3 Na / 2 K + ∆G ATP = = 38,7 kJ kJ kJ + ( − 61,9) = − 23,2 mol mol mol 6 Energía de Transporte:Ejercicio En una célula el “costo energético” para transportar un mol de ion calcio es 21,7kJ. ¿Puede existir el transporte de la figura? 7