Transporte en la célula. Objetivo del diaporama. Introducción

Transporte en la célula

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA

Dra. Edith Cortés Barberena

Objetivo del diaporama

 Apoyar el programa de la UEA Transporte

y Comunicación Celular en la Licenciatura de Biología Experimental.

Introducción

 La célula depende del transporte selectivo

de moléculas a través de su membrana celular, así como la comunicación con otras células y consigo misma.

 Requiere adaptarse al medio en el que se

Introducción

 Para comprender estos fenómenos en la

célula, se abordarán los siguientes temas.

1. Transporte en la célula.

2. Comunicación extracelular.

3. Comunicación intercelular.

4. Comunicación intracelular.

1.Transporte en la célula

1. Potenciales redox y gradiente de

membrana.

2. Difusión

3. Sistemas de Transporte de iones: canales

y acarreadores. 4. Transporte de macromoléculas.

Tamaño celular

 Procariontes: 1-5 µm. Excepciones de 0.2-0.3 µm.  Eucariontes: 10-50 µm. Excepciones en

neuronas con axones muy prolongados. ¿Qué tiene que ver el tamaño con el transporte a través de membrana?

Efecto del tamaño en la relación

área/volumen

Longitud de un lado 2 µm 10 µm 20 µm Área total 24,000 µm2 4,800 µm2 2,400 µm2 Volumen total 8,000 µm3 _{8,000 µm}3 _{8,000 µm}3 Relación área/volumen 0.3 0.6 3.0 Fuente: www.manualmoderno.com/apoyos_electronicos/9786074482911/ingr_9786074482911.php

Estrategias para incrementar

área.

 Tarea:

https://www.youtube.com/watch?v=KZke YK8nwGY

Fuente: www.manualmoderno.com/apoyos_electronicos/9786074482911/ingr_9786074482911.php

¿Cuál es la relación de la estructura de la membrana con el transporte a

través de ella?

POTENCIALES REDOX Y

GRADIENTE DE MEMBRANA.

Potencial Redox

 Reacciones de óxido-reducción: Son

reacciones que implican transferencia de electrones de una molécula a otra.

Aox + 2e‾ Ared

Expresión del Potencial Redox

 La energía de los electrones transferidos

bajo condiciones normales se expresa como potencial redox o media celda estándar.

Transferencia de electrones

 ¿De dónde se toman esos electrones?

Aox + Bred Ared + Box

La tendencia de los electrones a ser transferidos está dada por ΔE0. Se calcula como sigue:

ΔE0= E0(Aox/Ared) – E0(Box/Bred)

Acetil-CoA Piruvato (3C) Citrato (6C) α-cetoglutarato (5C) Succinil-CoA (4C) Malato (4C) Oxaloacetato (4C) Succinato (4C) Fumarato (4C) Isocitrato NADH CO2 NAD+ GTP GDP + P NADH NAD+ CO2 CoA-SH CoA-SH UQH2 UQ H2O NADH NAD+ CO2 CoA-SH NADH NAD+

Ciclo de los ácido tricarboxílicos.

¿Cuántos electrones se

transfieren?

 La mayoría de las coenzimas transfieren

dos electrones: NADH, FADH₂, UQH₂.

 Los elementos metálicos transfieren uno:

Coenzimas: NAD

* N R C O NH2

NADH(estado reducido)

Coenzimas: FAD

Definiciones

 Difusión: Proceso espontáneo en el que

una sustancia se desplaza de una región de alta a otra de baja concentración.

 Ósmosis: Movimiento del agua (o

solvente) a través de una membrana semipermeable de una región de menor concentración de soluto a otra de mayor.

Antes del equilibrio Flujo neto

En equilibrio Sin flujo neto

Difusión

Asunto aparte

Energética del movimiento de

solutos.

 C_o C_i

 ∆G = RTln[C_i]/C_o]

Energética del movimiento de

solutos con carga.

 ∆G = RTln[C_i]/C_o]

 ∆G = RTln[C_i]/C_o] + zF∆E_m

 E_K+= 2.303 RT/zF+ log₁₀[K+_o] / K+_i

¿Qué es el potencial de membrana?

Hay una diferencia de voltaje

+ + + ++ + + + + + ++ + + + + + ++ + +

+ + + + + + +

Potencial de membrana

 Diferencia de potencial eléctrico,

expresado en voltaje, entre la cara citoplasmática y la externa de una membrana.

 Los iones positivos y negativos a ambos

lados de la membrana influyen en el potencial.

Membrana interna mitocondrial.

Hay una diferencia de voltaje

4H+ _2H+ _2H+ Q QH2 Cit C Q QH2 e-H+ H+ H+ H+ H + H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+

El caso del eritrocito.

Tipos de transporte a través de

la membrana.

Difusión a través de membrana

 Difusión simple

Movimiento de moléculas pequeñas a favor

del gradiente de concentración, a través de la membrana.

Se limita a moléculas pequeñas no polares.

 Difusión facilitada

Movimiento a favor de gradiente, asistido por

Difusión simple

 Tamaño del soluto

O₂, CO₂, etanol.

 Polaridad del soluto

Las membranas son relativamente

permeables a moléculas no polares y menos a las polares.

 Permeabilidad a iones

Impermeabilidad a iones debida a la capa de

hidratación.

Difusión de iones

 La capa de hidratación impide la difusión de iones a través de la membrana.  ¿Cómo ocurre? Ión de Na+ hidratado Ión de Cl -hidratado Soluto hidratado

Transportadores

Difusión facilitada

 Movimiento de un soluto a favor del

gradiente a través de la membrana, asistido por proteínas.

Transportadores proteicos: Permiten la

entrada de solutos por medio de cambios conformacionales.

Canales proteicos: Forman túneles hidrofílicos

a través de la membrana.

Transportadores proteicos

 Se les conoce también como acarreadores.

 Se encargan de la difusión facilitada a

través de la membrana de pequeñas moléculas como:

Monosacáridos

Aminoácidos

Transportadores proteicos

 Alternancia entre dos estados

conformacionales.

H+

Transportadores proteicos

 Especificidad de las proteínas de

transporte. Ej. GLUT1: permite el paso de D-glucosa, D-galactosa y D-manosa.

 Cinética de la función de las proteínas de

transporte.

Transportador proteico: GLUT1.

Exterior de la célula Glucosa

Canales proteicos

 Son proteínas transmembranales que

forman un túnel que permiten a los solutos (iones) desplazarse directamente a través de la membrana. Canales iónicos Porinas Acuaporinas.

Canales iónicos

Canal de Na+ Canal de K+

Canales iónicos

 Proteínas transmembranales que forman

un pequeño poro, muy selectivos. Na+_{, K}+_,

Ca2+_{y Cl}-_.

Canales operados por voltaje

Canales operados por ligando

Canales iónicos de calcio

Cooper, 2000.

Porinas

 Proteínas transmembranales que permiten

el paso de diversos solutos hidrofílicos rápidmente.

 Mitocondrias, cloroplastos y bacterias.

Transporte a través de la

membrana externa mitocondrial

Porina Piruvato Membrana externa mitocondrial Membrana interna mitocondrial Piruvato

Acuaporinas

Transporte activo

 Proceso que permite el paso de solutos a

través de la membrana, en contra del gradiente de concentración y requiere el aporte de energía.

Transporte activo primario o directo: utiliza la

hidrólisis de ATP.

Transporte activo secundario o indirecto:

depende del intercambio de un segundo soluto a favor del gradiente.

Comparación entre transporte

activo

Cara externa de membrana H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ S

Transporte activo

 Se realiza por cuatro tipo de ATPasas:

P V F ABC

ATPasas P (de Phosphorylation)

Solutos

transportados Tipo de membrana Tipo de organismo Función de la ATPasa

Na+_{y K}+ _Membrana

plasmática Animales ↓[Na

+_{] y ↑[K}+_{] en la célula;}

mantiene el potencial de membrana.

H+ _Membrana

plasmática Vegetales y hongos Bombean protones al exterior celular; generan potencial de membrana.

Ca2+ Membrana

plasmática Eucariotas Bombean Ca

2+

hacia el exterior celular; mantienen baja la [Ca2+] en citoplasma.

Ca2+ _Retículo

sarcoplásmico Animales Bombean Ca

2+

hacia el RS; mantienen baja la [Ca2+_{] en}

citoplasma.

ATPasas P

 La bomba de Na+/K+ es una bomba

antiporte que se encuentra en membrana plasmática.

ATPasas tipo V (de vacuolas)

 Lisosomas, vesículas de secreción. En animales mantienen el pH interno bajo.  Membrana vacuolar. En vegetales y hongos mantienen el pH bajo.

ATPasas tipo F (Factor)

 Bacterias, mitocondrias y cloroplastos.  Síntesis de ATP. ATP H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+

ATP sintasa

Imágenes tomadas de Principios de Bioquímica de Lenhinger.

ATPasas de tipo ABC

 “ATP binding cassette”  Se describieron en bacterias.  También existen en organismos eucariontes.  Multi-resistencia a drogas.

ATPasas de tipo ABC

Solutos

transportados Tipo de membrana Tipo de organismo Función de la ATPasa

Múltiples solutos (iones, azúcares, aminoácidos, péptidos y proteínas) Membrana plasmática, membrana de organelos Procariontes,

eucariontes. Captura de nutrientes; exportación de proteínas; posiblemente también transporte en organelos. Fármacos antitumorales (colchicina, taxol entre otros) Membrana

plasmática Células animales tumorales

Eliminan fármacos hidrofóbicos (y productos naturales hidrofóbicos) de la célula.

Transporte activo secundario

 Depende del intercambio de dos solutos a

través de la membrana, uno de ellos a favor del gradiente.

 Simporte o antiporte.

 Participa un ión, en la mayoría de los

casos es Na+_{o K}+_.

 El ión se mueve a favor del gradiente.

Transporte de glucosa de la luz del

intestino al torrente sanguíneo. Dos

tipos de transporte.

Simporter de Na+

-glucosa (dirigido por alta [Na+_])

Uniporter de glucosa (facilita la salida por