UNIVERSIDAD DE CHILE Transporte a través de la membrana plasmática Héctor R. Contreras, PhD. CURSO DE BASES MOLECULARES, CELULARES Y GENETICAS DE LA ORGANIZACIÓN DE LOS SISTEMAS VIVOS Figure 8-1 Transport Processes Within a Composite Eukaryotic Cell 2 Figure 8-1 Transport Processes Within a Composite Eukaryotic Cell 3 Figure 8-2 Important Transport Processes of Erthrocyte 4 Figure 8-3 Directions of Oxygen, Carbon Dioxide, and Bicarbonate Transport in Erythrocytes Becker_6e_IRCD_Chapter_8 5 Toda comunicación entre la célula y su medio es a través de la membrana. La membrana plasmática presenta permeabilidad selectiva Difusión: Proceso espontáneo mediante el cual una sustancia se desplaza desde una región de mayor concentración a una de menor concentración hasta eliminar las diferencias de concentraciones en ambas regiones. Osmosis: movimiento de agua a través de una membrana semipermeable desde una región de menor concentración de soluto a una de mayor concentración de soluto. La difusión del agua por la membrana ocurre con mayor rapidez que la de iones y pequeños solutos apolares Figure 8-4 Comparison of Simple Diffusion and Osmosis 8 Table 8-1 Factors Governing the Rate of Diffusion Across Lipid Bilayers 9 Figure 8A-1 Responses of Animal and Plant Cells to Changes in Osmolarity 10 Figure 8-5 Relationship Between the Membrane Permeability of a Solute and its Partition Coefficient 11 Figure 8-6 Comparison of the Kinetics of Simple Diffusion and Facilitated Diffusion 12 Dando el tiempo necesario, virtualmente cualquier molécula podría difundir a través de la bicapa lipídica de acuerdo a su gradiente de concentración, pero las polares demorarían muchísimo Existen proteínas transportadoras que realizan difusión facilitada o mediada por transportadores. (transporte pasivo) Son proteínas de transmembrana de múltiple paso que permiten que solutos hidrofílicos crucen la membrana sin entrar en contacto con el interior de la bicapa hidrofóbica Proteínas que forman Canales y proteínas Transportadoras Unen solutos específicos y sufren cambios conformacionales Forman canales acuosos a través de la bicapa CANALES IÓNICOS Son selectivos a los iones Fluctúan entre estado abierto y estado cerrado Se abren en respuesta a un estímulo específico: • Voltaje: cambios de voltaje en la membrana • Stress mecánico • Unión de ligando: extracelular: neurotansmisor intracelular: un ión o un nucleótido Canal de K+ en bacterias Difusión facilitada vía Transportadores • Proteínas de membrana llamadas facilitadores del transporte o transportadores • La unión del sustrato genera un cambio conformacional en la proteína que permite que sea trasladada al otro lado de la membrana • Son muy específicos para el sustrato, incluso para la forma D o L de la molécula • Es un transporte pasivo, a favor de la gradiente de concentración y bidireccional • Ejemplo: Transportadores de glucosa (Glut1-5) desde sangre al interior de las células Figure 8-7 A Comparison of Uniport, Symport, and Antiport Transport 17 Figure 8-8 The Alternating Conformation Model for Facilitated Diffusion of Glucose by the Glucose Transporter GLUT1 18 Figure 8-10 Effect of External Sodium Ion Concentration on Amino Acid and Sugar Transport 19 Figure 8-13 A Model Mechanism for the Na+/Glucose Symporter 20 TRANSPORTE ACTIVO 2.Transporte activo: requiere un gasto de energía para transportar la molécula de un lado al otro de la membrana. Ocurre contra el gradiente de concentración. La célula utiliza ATP como fuente de energía. Figure 8-9 Comparison of Direct and Indirect Active Transport 24 Exterior K+ Interior 5mM 100 mM Na+ 150mM 10 – 20 mM Ca+ 100 a 10-7 M 1000 veces menor Difusión Simple El transporte activo, mediante una bomba dirigida por la hidrólisis de ATP, mantiene esta gradiente de concentraciones BOMBA Na+ - K+ ATPasa • La bomba es asimétrica, sólo transporta iones en un sentido • Por cada ATP hidrolizado: Salen 3 sodios Entran 2 potasios • La proteína es un tetrámero con dos subunidades: α : Mayor tamaño, transporte β : Más pequeña, ensamblado a la membrana • 1/3 de la energía producida por la célula se usa en este transporte, llegando a 2/3 en células nerviosas Table 8-3 Main Types of Transport ATPases (Pumps) 26 Figure 8-11 The Na+/K+ Pump 27 Funcionamiento de la Bomba Na+ - K+ ATPasa Becker_6e_IRCD_Chapter_8 Figure 8-12 A Model Mechanism for the Na+/K+ Pump 29 Bomba de Ca+ en la membrana de retículo sarcoplásmico • Muy importante en células de músculo esquelético. • Llega a ser el 90% de las proteínas de membrana del retículo sarcoplásmico • Cuando el potencial de acción depolimeriza la membrana de estas células el Ca+ sale del retículo por canales, se produce la contracción muscular y es devuelto por acción de la bomba Las ATPasas transportadoras de Na+, K+, H+, y Ca+ son de tipo P, funcionan por hidrólisis de ATP Las ATPasas de membrana de bacterias, de mitocondrias y de tilacoides de cloroplastos son de tipo V, la gradiente de protones que se origina por el transporte dirige la síntesis de ATP Table 8-2 Comparison of Simple Diffusion, Facilitated Diffusion, and Active Transport 31 Transporte de macromoléculas El transporte de macromoléculas y partículas a través de la membrana puede ser hacia el interior de la célula (endocitosis) y hacia el exterior (exocitosis). Ambos procesos tienen lugar mediante la formación de vesículas, que son pequeños sacos membranosos que se mueven de un sitio a otro por el citoplasma y ponen en comunicación a unos sistemas de membranas con otros. Endocitosis Las sustancias que van a ser endocitadas son englobadas en invaginaciones de membrana plasmática que acaban cerrándose y forman vesículas intracelulares que contienen el material ingerido. Según el tamaño de las partículas endocitadas podemos distinguir dos tipos de endocitosis: Fagocitosis: El material que se ingiere es muy grande. La célula extiende unas prolongaciones de membrana llamadas pseudópodos, que rodean progresivamente a la partícula hasta formar un fagosoma (vesícula de gran tamaño). Estos materiales acaban digeridos por los lisosomas. Fagosoma Pseudópodos Pinocitosis: El material ingerido es liquido o pequeñas partículas, y queda englobado en vesículas que se forman a partir de depresiones de membrana llamadas pozos recubiertos. Estas regiones se caracterizan por la presencia de un armazón proteico formado por clatrina. A partir de ella se están formando continuamente vesículas de pinocitosis. ‐ En los dos tipos de endocitosis participan proteínas especiales denominadas receptores de endocitosis, que se acumulan en las regiones de las membranas que realizan estos procesos y reconocen específicamente los materiales que van a ser ingeridos, uniéndose a ellos. De este modo las células incorporan por endocitosis únicamente las sustancias que les interesan. material vesícula Exocitosis Es el proceso contrario a la endocitosis. Mediante este proceso se secretan los materiales necesarios para renovar la membrana plasmática y los componentes de la matriz extracelular. También se vierten al exterior hormonas, neurotransmisores, enzimas digestivos… Endocitosis Exocitosis