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 directa por la bicapa
• 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
Acuaporinas
• 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.
• AQP0. Se expresa en las células fibrilares del cristalino, en las cuales cumple un papel primariamente estructural, aunque su función aún está lejos de ser comprendida completamente; fue llamada LMIP (Lens Major Intrinsec Protein), debido a que es una de los péptidos más abundantes en estas células, constituyendo la mitad de todas sus proteínas.
• AQP1. Es la acuaporina más abundante en las membranas animales y posiblemente la de expresión menos selectiva. Ha sido la acuaporina prototipo pues fue la primera en ser descrita y por tanto es la más estudiada hasta el momento. Fue descubierta inicialmente en eritrocitos, pero su presencia se ha demostrado en la mayor parte de epitelios, sobre todo abundante en túbulo proximal renal (TPR) y segmento descendente delgado (SDD) del asa de Henle en el riñón, en todos los tipos de endotelio, en los epitelios de cristalino y córnea.
• AQP 2. Es expresada exclusivamente en membranas apicales en los túbulos distales y colectores renales y es la responsable de la permeabilidad apical al agua de este segmento del nefrón; su actividad es dependiente de hormona antidiurética (ADH).
• AQP 3. Es expresada en membranas basolaterales de túbulos renales, coexistiendo con AQP2 en el mismo tipo de células; la función de ambas acuaporinas está acoplada, pues AQP3 es la responsable de la permeabilidad al agua de la membrana basolateral.
• AQP4. Es la acuaporina más abundante en el cerebro, donde fue aislada por primera vez;
es activada por fosforilación mediada por diversos sistemas.
• AQP 5. Está localizada en la membrana apical de células epiteliales en múltiples glándulas, tales como las sudoríparas, lacrimales, salivares y submucosas respiratorias; su principal papel fisiológico consiste en regular el flujo de agua hacia la luz glandular.
AQP7. Fue identificada inicialmente en tejido adiposo donde es expresada ampliamente, aunque también parece estar presente en muchos otros tejidos como espermatocitos y túbulo proximal renal. Es permeable a glicerol y parece ser una ruta alterna para la salida del glicerol producido durante la lipólisis, sin embargo su papel fisiológico aún está siendo evaluado.
AQP8. Está presente exclusivamente en membranas intracelulares; ha sido hallada en células epiteliales de túbulo proximal renal, túbulo colector renal, yeyuno, íleon, colon, bronquios y glándulas salivales; además parece estar presente en hepatocitos y testículos.
Es la única acuaporina que exhibe permeabilidad a la úrea, pero su función específica aún permanece en estudio.
AQP9. Fue identificada en hepatocitos, células en las cuales parece cumplir su principal papel. Es también permeable a otros solutos de bajo peso molecular y puede funcionar como una ruta de entrada para glicerol durante la gluconeogénesis. Su función en situaciones de control metabólico extremo es aumentar la fuente de glicerol en el hepatocito, probablemente funcionando en concierto con la AQP7 en tejido adiposo.
También es expresada en leucocitos, donde se ha encontrado que es permeable a arsenita, un agente usado en quimioterapia para el tratamiento de ciertos tipos de leucemias mielocíticas, por lo cual su expresión en células tumorales podría tener cierta significancia terapeútica.
AQP10. Es la más recientemente informada, fue hallada en duodeno y yeyuno, pero al parecer se encuentra en epitelios en forma inespecífica, pero aún no hay datos acerca de su significancia funcional.
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
ATPasas o Bombas
Secundario
Gradientes de
Concentración Iones
Proteínas
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
ggdfss
3 a 3 b 5 polipéptidos 1 g
1 d 1 e Dominio Citosólico
Dominio Transmembranoso 1 molécula de proteína A
1 molécula proteína B
9-12 moléculas Proteína C
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.
Tipo P Tipo F Tipo V Tipo ABC
H, Na, K, Ca H H Iones y
moléculas pequeñas
Subunidades a catalíticas
y b
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
Tipos de Bombas o ATPasas
Transporte Activo Secundario
• 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
• 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.
Simporte Na-Glucosa
• Como el sodio tiene una
concentración baja en la célula siempre tiende a entrar.
• La célula utiliza este gradiente de concentración para acoplar la entrada del Na con la entrada de glucosa en contra del gradiente de concentración.
• 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.
• 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.
Ca
2Na
+Antiporte Ca-Na
Antiporte HCO
3-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 HCO
3-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 CO2y 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.
