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MOVIMIENTO BROWNIANO• AL AZAR• DEPENDE DE LA ENERGÍA TÉRMICA• CADA PARTÍCULA SE MUEVE INDEPENDIENTEMENTE DE LA OTRA
DIFUSIÓN
S Substancia t Tiempo (s) K Coheficiente de difusión (cm/s) A Área de intercambio (cm2)C Concentraciones (mol/cm3) g Grosor de la membrana
Diferencia de Concentraciones
Velo
cida
d de
mov
imie
nto
dS dt = PA(C1-C2)
dS dt = KA
C1-C2g
P ∝ Kg
Posición en la solución
Con
cent
raci
ónC
once
ntra
ción
Con
cent
raci
ón
• Flujos Ji
• Influjo J12
• Eflujo J21
• Dependen de • el potencial electroquímico
Δµ. Fuerza impulsora.
• Coheficiente de proporcionalidad P. PERMEABILIDAD Facilidad para atravesar la membrana
1
2
J12
J21
Ji = P . Δµ
FlujosdS dt = PA(C1-C2)
• Δµ
• Gradiente de concentración ΔC
• Gradiente eléctrico ΔΨ
• Gradiente de presión DP
1
2
Ji = P . ΔC
-
1
2
Ji = P . ΔΨ
+++
+
+++ +
+
+
+++
--
--
-
-
-
--
Ji = P . ΔP
1
2
• Se consideraba que cada flujo depende de su Δµ. Principal
• Los flujos están relacionados Conjugados
• Coheficientes de proporcionalidad
Ji = P . Δµ
Je = L11 . ΔV + L12 . ΔT JQ = L21 . ΔT + L22 . ΔV
Eléctrico Je = L12 . ΔΨCalor JQ = L21 . ΔT
FLUJOS ACOPLADOS
10-2
10-10
10-4
10-6
10-12
10-8
10-14
H2O
UREA
TRIPTOFANOGLUCOSA
Cl-
K+
Na+
Permeabilidad (cm/s)
Diferencia de concentración
10-4 mol/cm3 = 10-4/10-3 mol/l = 0.1M
Flujo
Ji = P . Δµ (10-7 cm/s)(10-4 mol/cm3) 10-11mol/s.cm-2
10-11mol/s.cm2(6x1023 moléc/mol)(1/108 μm2/cm2) 6x104 moléculas por segundo por 1 μm2 (≈ el área de una célula)
C1-C2
Vel
ocid
ad d
e m
ovim
ient
o
Vel
ocid
ad d
e m
ovim
ient
o
C1-C2
• 35% de lo genes codifican proteínas de transporte.
• cerca de 400 familias de transportadores
• 80 familias de porters (uni, sym y anti porters)
BuschandSaier.2002.Cri2calreviewsinbiochemistryandmolecularbiology37:287-37.
• Widdas 1952. Diffusion can not explain glucose transfer in the sheep placenta. A possible carrier transfer.
• Mitchell 1957. Secondary active transport. Crane et al. 1961: debe haber acople entre el gradiente de Na+ y el transporte de otras substancias.
• Jardetzky 1966. Alternating access model.
• Schultz y Curran, Physiol. Rev. 50, 637 (1970). Demuestran esta hipótesis.
C1 C2
Acarreadores
Alternating access model (ping-pong) Jardetzky 1966 Nature 211:969-70
C1 C2
Acarreadores
Exterior
Interior
Glut-1 Cotransportador Na+/Gluc
uniport symport antiport
Jardetzky 1966 Nature 211:969-70
FITC
FITC
HCO-3
KlingenbergandBuchholz.EurJBiochem.197338:346–58.
Transportador de ADP/ATP. El bongkrekato se une al lado de afuera, el
atracilato adentro
Buchananetal.PNAS.197673:2280-2284
Un anticuerpo se une al la proteina inhibida con antracilato y otra a
bongkreakato
S2metal.1994.JMembraneBiology140:39-46
Intercambiador HCO3-/Na+
Pebay-Peyroula.Nature.2003.426:39–44.
mitochondrialADP/ATPcarrier
Serie de conformaciones típicas de un cotransportador
derivadas de tratar al proceso de transporte vectorial como un proceso enzimático.
Forrestetal.2011.BBA1807:167-188.
Algunas familias de transportadores
• MFS Major facilitator family Glut-1, -2, -4, -6.
• MCF Mitochondrial carrier family GADP/ATP antiport.
• CaCA Ca2+/cation antiporter family Ca2+/Na+ antiport.
• SSS sodium solute symport family co-transportador Na+/Gluc
• NHA sodium hydrogen antiporter family Intercambiador Na+/H+
• SMR small multi-drug transporter family antiport H+/fármaco
• EAAT excitatory amino acid transporter family transportador de glutamato
• NSS neurotransmiter solute symporter family transportador de leucina
29
LetoandSal2el2012.NatRevMolCellBiol.13):383-96
• MFS Major facilitator family Glut-1, -2, -4, -6.
Transportador de glucosa Glut
Glut-1: Blood-brain barrier,endothelial, nerve cells.Niños: 80% de glucosa se consume en el cerebro. Síndrome de deficiencias de Glut-1: convulsiones, retraso en el desarrollo.
Glut-4: Músculo, adipocitosEpitelial (Intestino, riñón...)
Glut-2: Hígado, almacén de glucógeno.
1 2 3 4 5 6 7 9
COOH
8
NH2
Gluc
Exterior
Interior
10
Transportador de Glucosa, Uniport, GlutMiembro de la Familia MFSTransporta glicopéptidos contra el dolor
11 12
Sitio de unión de la Glucosa
Sitios de fosforilación
1 2 3 4 5 6 7 9
COOH
8
NH2
Gluc
Exterior
Interior
10
Transportador de Glucosa, Uniport, GlutMiembro de la Familia MFSTransporta glicopéptidos contra el dolor
11 12
Sitio de unión de la Glucosa
Sitios de fosforilación
3T3 adipocytes Saltiel and Kahn, 200, Nature 414:799-806
LetoandSal2el2012.NatRevMolCellBiol.13):383-96
Forrestetal.2011.BBA1807:167-188.
Forrestetal.2011.BBA1807:167-188.
• MCF Mitochondrial carrier family GADP/ATP antiport.
Pebay-Peyroula.Nature.2003.426:39–44.
mitochondrialADP/ATPcarrier
confirmace(abiertaalexterior)
Simetríade3
prolinadoblaTM
1 2 3 4 5
6
7 8 10
P
α1 p loopα2
COOH
Intercambiador Na+/Ca2+
Antiparalela Similar a canales: dominios poro Gly-Ile-Gly (Gly-Tyr-Gly)
Extrusión de Ca2+ principalmente (aveces entrada)
α1α2 p loop
9 10
Ca2+ 3 Na+
Exterior
Interior Inactivación
Procesamiento alternativo
Unión a Ca2+
• CaCA Ca2+/cation antiporter family Ca2+/Na+ antiport.
1. LiaoJ,LiH,ZengW,SauerDB,BelmaresR,JiangY.Structuralinsightintotheion-exchangemechanismofthesodium/calciumexchanger.Science.2012Feb.10;335(6069):686–90.
• Widdas 1952. Diffusion can not explain glucose transfer in the sheep placenta. A possible carrier transfer.
• Mitchell 1957. Secondary active transport. Crane et al. 1961: debe haber acople entre el gradiente de Na+ y el transporte de otras substancias.
• Jardetzky 1966. Alternating access model. Schultz y Curran, Physiol. Rev. 50, 637 (1970). Demuestran esta hipótesis.
• Hay una familia SSS (Solute sodium symporters family) con más de 450 miembros.
Secondary active transport
• SSS sodium solute symport family co-transportador Na+/Gluc
Transportador de glucosa dependiente de sodio (SGLT)
•Miembro de la familia SSS (Solute, sodium symporters).•Absorción (intestino) y reabsorción (riñón) de glucosa.•Impulsados por el gradiente de Sodio: transporte activo secundario.
Zuzuky et al. 1996, Histochem Cell Biol 106:529-533
SGLT1, intestino, MDCK
ΔGc =RT ln C2 C1
ΔGm = RT zF
C2 C1
ln
Transoprtador de sodio y galactosaVibrio parahaemolyticus
Faham et al. 2008 Science 321:810-4
Faham et al. 2008 Science 321:810-4
Faham et al. 2008 Science 321:810-4
• NSS neurotransmiter solute symporter family transportador de leucina
Na+,K+- ATPasa
Na+Gluc
SGTL1H+
Pep-
Pep-
Gluc
Glut1
Na+
Figura 15
¿
K+
1 2 3 4 5 6 7 98
Cl- HCO3-
Exterior
Interior
10
Intercambiador Cl-/HCO3-
Capilares pulmonares
NH2 COOH
• NHA sodium hydrogen antiporter family Intercambiador Na+/H+
1 2 3 4 5 6 7 98
Cl- HCO3-
Exterior
Interior
10
NH2 COOH
Intercambiador Cl-/HCO3-
Capilares pulmonares
• NHA sodium hydrogen antiporter family Intercambiador Na+/H+
A B
CO2+ H2O
CO2
CO2
CO2 H++HCO3-
Cl-
O2
CO2
CO2+ H2O H++HCO3-
Cl-
HCO3-
AC AC
O2
O2O2
O2
HCO3-
Capilares sistémicos Capilares pulmonares
Intercambiador Cl-/HCO-3
Na+/H+-Antiporter, Escherichia coli, regulación del pH, volumen
Electrostatic potential surface
Ion and water accesibility Electron density map
Hunte et al. 2005, Nature 435:1197-1202
• EAAT excitatory amino acid transporter family transportador de glutamato
1. YernoolD,BoudkerO,JinY,GouauxE.StructureofaglutamatetransporterhomologuefromPyrococcushorikoshii.Nature.2004Oct.14;431(7010):811–8.
Transportador de Glutamato en sinapsis
Transportador de glutamatoKanai et al. 1992 Nature 360:461-71
AMPA RGlu-
EAAC1
GTL-1
Glu-
Glu-2 Na+
K+ OH-K+ OH-
NEURONA PRESINÁPTICA
NEURONA POSINÁPTICA
ESPACIO SINÁPTICO
Glu-
GLIA
2 Na+
OH-
SLC24A5 transportador putativo, Zebra fish Lamason et al. 2005, Science 310:1782-6.
Ginger et al. 2008 J Biol Chem 283:5486-95
SLC45 de humano, en realidad funciona como intercambiador