Transporte de Membrana Tipos de Transporte Difusión simple • Transporte a favor del gradiente de concentración, sin gasto de energía. • La sustancia debe tener una mayor concentración y la MP debe ser permeable. • Cuando es permable: • En forma bicapa directa por la • Por medio de canales o conductos proteicos. Difusión simple Osmosis En este proceso el agua de mueve desde la zona que tiene menor concentración de soluto hacia la región que posee mayor concentración de soluto. Es decir desde un compartimiento hipotónico a uno hipertónico. Osmosis Osmosis Acuaporina • Es un tetrámero formado por subunidades idénticas. • Tiene la función de ingresar agua en forma rápida y en grandes cantidades, lo cual no es posible mediante ósmosis. • Un tipo similar de proteínas se encuentra en las células renales donde se produce la reabsorción de grandes cantidades de agua. Canales Iónicos • proteínas integrales de la membrana • son específicos para cada ion • son bidireccionales • actúan como compuertas Mecanismo voltaje la apertura o cierre depende de la diferencia de carga iónica a ambos lados de la MP. sustancias químicas son regulados por el enlace de un ligando particular a la proteína del canal. mecánicamente? se abren mediante el estiramiento de la MP a través de las fibras del citoesqueleto. Tipos de Canales Iónicos Canal K • La proteína tiene 4 subunidades ubicadas alrededor de un poro central y los dos extremos de cada subunidad dan hacia el lado interno de la MP. • Los 19 a.a. que forman el extremo amino terminal actúan como compuerta para cerrar la entrada del canal y bloquear el paso de iones. Canal K • Los cambios de carga iónica alteran las interacciones entre los a.a. Con carga + con los a.a. cargados negativamente de otra parte de la proteína. • Se produce un cambio en la conformación de la proteína, que hace que el extremo de la proteína salga de su lugar y libere el poro. • Una vez abierto, pueden entrar más de 1 millón de iones K por segundo, pero pasa 1 ion por vez (poro= 0,3 nm diám.; K mide 0,2 nm). Difusión Facilitada • tipo de difusión que se produce por medio de proteínas llamadas facilitadores de transporte o proteínas transportadoras. • la unión de un soluto al facilitador genera un cambio en la proteína que traslada al soluto al otro lado de la membrana sin gasto de energía y a favor del gradiente. • en este caso las proteínas actúan como enzimas, se unen a las moléculas que transportan en forma específica. • es el mecanismo por el cual entran los solutos polares grandes como los azúcares y los aminoácidos, que no pueden atravesar la bicapa directamente. Regulación de la Captación de Glucosa • Los transportadores de glucosa se almacenan en las paredes de vesículas formadas por invaginación de la membrana plasmática (endocitosis). • Cuando aumenta la concentración de insulina las vesículas se mueven hacia la periferia de la célula y se fusionan con la membrana para liberar los transportadores. Transporte Activo Primario ATP Secundario Gradientes de Concentración Iones Proteínas ATPasas o Bombas Cotransportadoras Tipos de Bombas o ATPasas Bombas Tipo P • son proteínas formadas por una subunidad α y una subunidad β, que en la mayoría de los casos forman dímeros, pero a veces también tetrámeros. • la α tiene el sitio de unión al ATP y la β desempeña funciones reguladoras. • durante el transporte la subunidad α se fosforila, de ahí el nombre de tipo P. • los iones transportados se mueven a través de la subunidad α fosforilada. • esta clase incluye a las bombas de Na/K, bombas de Ca y bombas de H. Bomba de Ca • La subunidad alfa de la proteína tiene sitios de fijación para 2 iones Ca. • Luego de unirse el Ca se fija el ATP a un sitio específico y se produce la hidrólisis del ATP liberándose ADP + P. • El fosfato liberado se une a la proteína produciendo un cambio de conformación que traslada los dos iones Ca al otro lado de la membrana. • Una vez realizado el transporte, el fosfato se libera y cambia la conformación de la proteína para poder transportar nuevamente dos iones. Bomba Na/K Bomba Na/K • es similar a la de Ca, pero esta posee dos subunidades alfa y dos subunidades beta. • la subunidad beta es esencial para el plegamiento de la subunidad alfa cuando son sintetizadas, pero no participa directamente en el transporte. • en el proceso, la célula saca tres iones Na e ingresa dos iones K por cada molécula de ATP hidrolizada. • el mecanismo de acción es similar a la bomba de Ca, pero en este caso la bomba transporta iones en ambas direcciones. Bomba Na/K Bombas Tipo F y V Dominio Citosólico 5 polipéptidos 3a 3b 1g 1d 1e Dominio Transmembranoso 1 molécula de proteína A 1 molécula proteína B 9-12 moléculas Proteína C ggdfss Bombas Tipo ABC • Su nombre deriva del inglés ATP binding cassette o sea casete de fijación al ATP. • Esta familia incluye un grupo de 100 proteínas diferentes que se encuentran en diferentes organismos. • Cada proteína ABC es específica para una sustancia particular o un grupo de sustancias relacionadas. • Transportan diversos tipos de sustancias tales como: iones, monosacáridos, péptidos, polisacáridos e incluso proteínas completas. • Tienen 4 polipéptidos, dos insertados en la membrana (T) que forman el canal y dos en la cara intracelular que tienen los sitios el ATP (A). • Los 4 polipéptidos pueden estar fusionados en 1 o 2 polipéptidos con dominios múltiples. • La secuencia de los dominios A es 30 a 40% homóloga en todos los miembros de esta superfamilia, lo que indica un origen evolutivo común. Histidina Permeasa • existe una proteína soluble fijadora de histidina ubicada en el espacio periplasmático que asiste en el transporte. • esta proteína fija la histidina y la dirige a las subunidades T, a través de las cuales el aminoácido atraviesa la membrana impulsado por la hidrólisis de ATP. • las células de E. coli mutantes para las subunidades de la permeasa o la proteína fijadora son incapaces de transportar histidina hacia el interior celular. Tipos de Bombas o ATPasas Tipo P Tipo F Tipo V Tipo ABC H, Na, K, Ca H H Iones y moléculas pequeñas Subunidades a catalíticas yb reguladoras Múltiples subunidades integrales y citosólicas Múltiples subunidades integrales y citosólicas Dos dominos intramembra nosos y dos citosólicos Membrana plasmática o membrana de organelos Membrana interna de mitocondrias y cloroplastos Membrana de vacuolas y lisosomas Membrana plasmática de bacterias Transporte Activo Secundario • el proceso se denomina cotransporte y las proteínas que participan se llaman proteínas cotransportadoras • mediante este tipo de mecanismo son transportados algunos iones, aminoácidos y la glucosa. • las proteínas no utilizan directamente ATP como fuente de energía • emplean los gradientes de concentración de iones Na o H para mover sustancias en contra del gradiente Simporte Na-Glucosa • Como el sodio tiene una concentración baja en la célula siempre tiende a entrar. • La célula utiliza este gradiente concentración para acoplar entrada del Na con la entrada glucosa en contra del gradiente concentración. de la de de • Mediante este mecanismo las proteínas incorporan dos iones Na junto con una molécula de glucosa. • O sea que este tipo de transporte secundario es un simporte, ambas sustancias van en el mismo sentido. Antiporte Ca-Na Na+ • En las células de músculo cardíaco hay una proteína que transporta Na a favor de su concentración y saca Ca en contra del gradiente de concentración. • Este antiporte es el responsable de mantener baja la concentración de Ca en el citosol. • Cada 3 iones Na que entran a la célula, se extrae un ion Ca. Ca2 Antiporte HCO3-Cl • permite la eliminación del CO2 de los tejidos durante la respiración • el CO2 pasa a la sangre y de allí entra a los eritrocitos, donde es convertido en bicarbonato (HCO3) por una enzima • Los iones bicarbonato son transportados hacia afuera de los eritrocitos en un antiporte con Cl • ello permite que casi todo el HCO3 sea transportado por el plasma sanguíneo fuera de las células • lo cual aumenta la cantidad de CO2 que puede transportarse desde los tejidos hasta los pulmones. • si no hubiera intercambio aniónico, el aumento de HCO3 en el eritrocito haría que su citosol se tornase alcalino • el intercambio de HCO3 por Cl- hace que el pH citosólico permanezca cercano a la neutralidad. Antiporte HCO3-Cl • en los pulmones se invierte la dirección de este proceso de intercambio aniónico • el CO2 se difunde hacia afuera del eritrocito y finalmente se lo elimina con la respiración • el HCO3 reacciona con la anhidrasa carbónica para generar CO2 y OH • al mismo tiempo, el O2 se une a la hemoglobina y hace que ésta libere un protón que se combina con el OH para formar H2O • la disminución de la concentración intracelular de HCO3 hace que este anión entre en el eritrocito en intercambio por Cl. Antiporte en Vacuolas Vegetales • las vacuolas tienen una ATPasa tipo V que transporta protones al interior en contra de gradiente • también tiene canales de CI- y de nitratos (NO3) que transportan estos aniones desde el citosol hacia el interior de la vacuola • el gradiente protónico a través de la membrana se usa para impulsar el trasnporte selectivo de iones o moléculas pequeñas • en las hojas el exceso de sacarosa generado durante la fotosíntesis diurna se almacena en la vacuola • durante la noche, la sacarosa almacenada pasa al citoplasma y es metabolizada a CO2 y H2O, con la generación simultánea de ATP • en la membrana vacuolar hay un antiportador de H+/sacarosa que sirve acumular sacarosa • la entrada de sacarosa es impulsada por la salida de H+, favorecida por su gradiente de concentración • la captación de Ca2+ y Na+ hacia el interior de la vacuola en contra de gradiente realizada también por antiportadores protónicos.