Transporte

Transporte de substancias a través de la membrana

celular

Dra. Tércia Cesária Reis de SouzaLicenciatura en Medicina Veterinaria y

ZootecniaFacultad de Ciencias Naturales

Universidad Autónoma de Querétaro

Barreras impermeables y selectivas:No permiten el paso libre de moléculas hidrosolubles.Líquido intracelular Líquido extracelular

2/3 del agua total

Medio para que la célula:

Genere, almacene y utilice energía,Se regenere,Se replique yEfectúe funciones especiales.

1/3 del agua total se distribuye entre plasma,

intersticio y cavidades.Sistema de transferencia

Lleva nutrientes (glucosa, aa,

ácidos grasos), oxígeno, iones, hormonas, etc.Remueve CO2, desechos. Remueve materiales tóxicos.

Membrana Celular........

Componentes iónicos de las célula de mamíferos

Sustancia Líquido extracelular

Líquido intracelular

Sodio (Na+) (meq/L)

Potasio (K+) (meq/L)

Calcio (Ca2+, libre) (meq/L)

Magnesio (Mg2+) (meq/L)

Cloro (Cl-) (meq/L)

Bicarbonato HCO3

(meq/L)

Fosfato PO43- (meq/L)

GlucosaProteínapHOsmolaridad (mosm/L)

140 4

2.5 1.5100 27 2 5.5

2 g/dl7.4290

10140

0.1 30

4 10 60 0 – 116 g/dl

7.1290

Harper

Composición de los líquidos corporales........

-

¿Cómo pasan las moléculas o la información a través de la membrana?

Moléculas pequeñas: Transporte pasivo: sin gasto de energíaTransporte activo: con gasto de energía

Moléculas grandes:Endocitosis: permite que penetren moléculas en la célula. Exocitosis: permite que salgan moléculas de la célula.

Información o señales: Receptores de superficie celular – Transducción (AMPc)Señal acoplada a endocitosis – Receptor GLUT 4 (glucosa)Receptores intracelulares – Hormonas esteroideas

Sistemas de Transporte en la Membrana Celular........

Transporte Pasivo: no utiliza energía metabólicaDifusión simple,Difusión facilitada*:

Utiliza proteínas transportadorasTransporte mediado por acarreador

•Características de los acarreadores:•Saturación, estereoespecificidad y competencia

Transporte Activo


Características de los acarreadores........ Saturación: las proteínas acarreadoras tienen sitios de unión para los solutos.

[Solutos]Muchos sitios de

unión disponibles

Tasa de transporte aumenta

verticalmente

[Solutos]Sitios de

unión disponibles se vuelven

excasos

Tasa de transporte disminuie

Todos los sitios de

unión están ocupados

Se alcanza la

SATURACIÓN

Transporte Máximo o Tm

Características de los acarreadores........

Estereoespecificidad: los sitios de unión de las proteínas acarreadoras reconocen los isómeros naturales de las moléculas (D- glucosa), pero no reconocen los no naturales (L-glucosa).Competencia: los sitios de unión son específicos para ciertas moléculas, sin embargo, una substancia quimicamente relacionada con esta molécula puede competir con el sitio de unión de la proteína acarreadora. Por ejemplo:

El transportador para glucosa es específico para D-glucosa, pero también reconoce y transporta D-galactosa.

Luego D-galactosa compite con D-glucosa y inhibe su transporte, pues ocupa los mismos sitios de unión.

Difusión simple o pasiva:

Determinada por:

Permite el paso de gases (O2, CO2) y solutos (lípidos)Se realiza a favor del gradiente electroquímico yNo necesita energía metabólica.

Grado de agitación térmica de la molécula, Gradiente de concentración,

Se mueven de mayor a menor concentración,Solubilidad en la membrana (inversa a No. de puentes de H= coeficiente de permeabilidad de la sustancia),Potencial eléctrico de la membrana (negativa dentro), Gradiente de presión hidrostática a través de la membrana, Temperatura (+ calor = + movimiento = + entrada)

Transporte Pasivo........

1) Difusión simple. Es el paso de pequeñas moléculas a favor del gradiente; puede realizarse a través de la bicapa lipídica o a través de canales proteícos.

1.Difusión simple a través de la bicapa Así entran moléculas lipídicas:

Hormonas esteroideas,Anestésicos como el éter y Fármacos liposolubles.

Y sustancias apolares:Oxígeno y el nitrógeno atmosférico. Algunas moléculas polares de muy pequeño tamaño, como el agua, el CO2, el etanol y la glicerina, La difusión del agua recibe el nombre de ósmosis


2. Difusión simple a través de canales

Se realiza mediante las denominadas proteínas de canal.

Así entran iones como el Na+, K+, Ca2+, Cl-.

Las proteínas de canal son proteínas con un orificio o canal interno, cuya apertura está regulada, por ejemplo por ligando, como ocurre con neurotransmisores u hormonas,

Los ligandos se unen a una determinada región, el receptor de la proteína de canal, que sufre una transformación estructural y induce la apertura del canal.


Difusión simple a través de canales regulados por un ligando


Difusión simple a través de canales regulados por un ligando


3. Difusión facilitada.

Permite el transporte de pequeñas moléculas polares, como los aminoácidos, monosacáridos, etc, que al no poder atravesar la bicapa lipídica, requieren que proteínas trasmembranosas faciliten su paso.

Estas proteínas reciben el nombre de proteínas transportadoras o permeasas o acarreadoras que, al unirse a la molécula a transportar sufren un cambio en su estructura que arrastra a dicha molécula hacia el interior de la célula.


En resumen, cada número representa:

1. Difusión simple a través de la bicapa de la membrana.

2. Difusión simple a través de una proteína de canal con apertura regulada por un ligando.

3. Difusión facilitada.

4. Transporte activo.

Resumen de los sistemas de Transporte........

Transporte Pasivo: no utiliza energía metabólicaDifusión simple,Difusión facilitada*:

Utiliza proteínas transportadorasTambién llamado “Transporte mediado por acarreador”

•Características de los acarreadores:•Saturación, estereoespecificidad y competencia

Transporte ActivoUtilizan energía – ATP o GTP.También pueden utilizar proteínas transportadoras*.

Se dividen en:Transporte activo primario, Transporte activo secundario



Transporte facilitado de glucosa

La glucosa es una molécula grande e hidrosoluble, Su importancia como principal combustible metabólico requiere

un transporte eficiente. Existen 5 transportadores:

GLUT 1: eritrocitos, músculo, cerebro, timocitos y adipocitos.GLUT 2: hígado, islotes pancreáticos, membranas

basolaterales de riñón y células epiteliales del intestino.GLUT 3: músculo esquelético del feto.GLUT 4: transportador sensible a insulina del músculo y adipocitos.GLUT 5: intestino.

En general todos los transportadores están regulados por la INSULINA.

Transporte en la Membrana Celular........

CharacteristicsTransporter

Intestinal mucosa, kidney tubules

SGLUT 1Cotransports one molecule of glucose or galactose along with two sodium ions. Does not transport fructose.

GLUT-1Brain, erythrocyte, endothelial cells, fetal tissues

Transports glucose (high affinity) and galactose, not fructose. Expressed in many cells.

GLUT-2Liver, pancreatic beta cell, small intestine, kidney.

Tranports glucose, galactose and fructose. A low affinity, high capacity glucose transporter; serves as a "glucose sensor" in pancreatic beta cells.

GLUT-3Brain, placenta and testes

Transports glucose (high affinity) and galactose, not fructose. The primary glucose transporter for neurons.

GLUT-4Skeletal and cardiac muscle, adipocytes

The insulin-responsive glucose transporter. High affinity for glucose.

GLUT-5Small intestine, sperm

Transports fructose, but not glucose or galactose. Present also in brain, kidney, adipocytes and muscle.

Major Sitesof Expression

Sistemas de transporte de glucosa

La única manera que las células pueden captar glucosa es por difusión facilitada.

En las células musculares está disponible el sistema de transporte GLUT 4.

En concentraciones bajas de en la sangre, los transportadores están presentes en vesículas dentro del citoplasma, y están indisponibles para el transporte de la glucosa sanguínea.

En altas concentraciones de glucosa en sangre y hay la presencia de insulina, esta se une a sus receptores en la membrana células.

Luego las vesículas con los transportadores se desplazan a la membrana celular.

Los transportadores se insertan en la membrana y hay transporte de glucosa al interior de la célula.

Cuando los niveles de insulina y de glucosa decrecen en la sangre y los transportadores quedan libres, estos regresan al interior de la célula en sus vesículas.

Transporte de Glusosa en las células musculares....

Difusión facilitada de la glucosa. Receptor INSULINA Transportador GLUT 4




Mecanismos de transferencia de moléculas pequeñas

LEC

LIC

Membrana gradienteelectroquímico

difusión simple difusión facilitada

Transporte pasivo Transporte activo

energía

proteína transportadora

proteína de canal


LEC

LIC

Uniportador Simportador Antiportador

Cotransporte

Membrana

Transporte mediado por acarreador = transporte facilitadoOcurre en la Difusión facilitada y en el Transporte activo

Se puede clasificar el transporte facilitado como:


Utiliza energía – ATP (trifosfato de adenosina) o GTP trifosfato de guanosina).Utiliza proteínas transportadorasTransporta moléculas contra su gradiente de concentración (cuesta arriba)

Transporte activo........

LIC

LEC

GradienteElectroquímico o de

concentración

Transporte activo primario: Na+-K+-ATPasa: presente en todas las membranas celulares.Sistema Ca2+ ATPasa del retículo sarcoplasmático del músculo (bomba de cálcio), membranas mitocondriales y muchas otras membranas celulares.Sistema H-–K+-ATPasa presente en las células gástricas parietales.

Transporte activo secundarioSintransporte: transporte facilitado simportadorContratransporte: transporte facilitado antiportador


Na+ hacia el exterior de la membrana y

K+ hacia el interior.

Esta proteína actúa contra el gradiente del Na+ y del K+ .

La bomba de Na+/K+........ Requiere una proteína transmembranosa

que bombea:

Esta proteína puede transportar los electrolitos gracias a su actividad como ATP-asa, ya que rompe el ATP para obtener la energía necesaria para el transporte.

El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran importancia fisiológica.

De hecho todas las células animales gastan más del 30% del ATP que producen ( y las células nerviosas más del 70%) para bombear estos iones.

La bomba de Na+/K+........ Por este mecanismo,

se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior, con la hidrólisis acoplada de 1 ATP.

.

Ciclo de transporte hipotético para la

ATPasa de Na+ y K +

Por hidrólisis de ATP y la unión de iones, provoca la movilización de 3

iones de Na + hacia el interior celular en contra del gradiente de concentración,

Y el paso de 2 iones de K + hacia el interior, también en

contra gradiente, por cada molécula de ATP hidrolizada.

Sistema ATPasa de Na+ y K +

Cotransporte o simporteLos solutos se transportan en la misma dirección a través de la membrana celular.

El NA+ se mueve hacia el interior de la célula sobre el acarreador siguiendo su gradiente de electroquímico y los solutos cotransportados por el NA+ también se mueven hacia el interior de la célula.

Transporte activo secundario........

LEC

LIC

En este caso está acoplado el transporte de dos o más solutos.Por general el NA+ se mueve a favor de su gradiente eletroquímico (cuesta abajo) y el otro soluto se mueve contra su gradiente eletroquímico (cuesta arriba).El movimiento cuesta abajo del sodio suministra la energía para el movimiento cuesta arriba del otro soluto.Por lo tanto no utiliza directamente la energía metabólica como ATP,Sino que la energía se proporciona de forma indirecta en el gradiente de concentración del NA+, gracias a la bomba sodio-potasio.Transporte activo secundario se refiere al uso indirecto del ATP.


Cotransporte o simporteEl cotransporte participa en varios procesos fisiológicos importantes, principalmente:

En la absorción en los epitelios del intestino delgado:

Cotransporte de NA+-glucosa y cotransporte de aminoácidos.

Y en los túbulos renales:Cotransporte de NA+-glucosa y cotransporte de aminoácidos.Na+-K-2CL-

Se transporta la glucosa, los aminoácidos y el Cl- contra gradientes electroquímicos intensos.


ATP

2K+

3Na+

Na+

GlucosaGlucosa

Membrana basolateral

Membrana luminal o

apical

Luz intestinal

Célula del epitelio intestinal

Sangre

Transporte activo de la glucosa para su absorción........

.

Contratransporte o antiporteLos solutos se transportan en direcciones opuestas a través de la membrana celular.

El NA+ se mueve hacia el interior de la célula sobre el acarreador siguiendo su gradiente de electroquímico y los solutos cotransportados por el NA+ se mueven hacia el exterior de la célula.


LEC

LIC

Contransporte o antiporteIntercambio de Na+ - H+.Intercambio de Ca2+- Na+ en la célula muscular.

Este es un de los mecanismos de transporte que ayudan a mantener la concentración intracelular de Ca2+ a niveles muy bajos.


ATP

2K+

3Na+3Na+

Ca2+

Célula Muscular

Ejemplos transporte facilitado

Uniportador – Hormonas, desechos Simportador - transporte de protones de azúcar en bacterias

- transporte Na+-azúcar (glucosa, manosa galactosa, xilosa y arabinosa) - transporte Na+-aminoácidos

Antiportador - Na+- Ca+

Ejemplos transporte activoBomba Na+-K+ ATPasa , Miosina-ATPasa


Tipos de transporte activo sobresalientes

Transporte activado por la fosforilación de una proteína transportadora = Bomba Na+-K+ ATPasaATPasa transportadora de iones,Transportador de Calcio,Intercambio de Na+-Ca+,Intercambio de Na+-H+,Proteínas intercambiadoras de aniones,Cotransportadores de Na+-K+-Cl-,Transporte facilitado de glucosa,Transporte de aminoácidos.


ATPasa transportadora de iones

*Indispensables para todas las células vivas desde Archebacteria hasta el Homo sapiens*

Existen tres tipos: - ATPasa tipo ‘P’ = involucra en su ciclo de transporte un intermediario fosforilado.Ej.: Na+-K+-ATPasa, Ca-ATPasa del membrana celular,membrana del RER y del sarcoplásmico, H,K-ATPasa decélulas parietales gástricas responsables de su secreciónácida.


-ATPasa tipo ‘V’ = membranas de lisosomas, endosomas, vesículas secretoras y gránulos de almacenamiento. Son ATPasas del tipo H+ - ATPasas que acidifican el interior del organelo. Su actividad es esencial para el funcionamiento de: los lisosomas almacenaje de neurotransmisores:

epinefrina, norepinefrina, serotonina y acetilcolina

- ATPasa tipo ‘F’ = Membrana interna de mitocondrias Se conocen como F1F0 ATPasas

Emplean la energía del gradiente de H+ que se establece con la cadena respiratoria para síntesis de ATP


Transportador de Calcio

Ca++ en citosol < que en LEC Ca-ATPasa mantiene el gradiente.

Es una ATPasa de tipo ‘P’, presente en:eritrocitos, músculo cardíaco, músculo liso, neuronashepatocitos, células tubulares renales, células epitelialesdel intestino, entre otras.


Intercambio de Na+-Ca+

Específico para el músculo cardiacoEmplea el gradiente del Na+ para sacar el Ca+ del citosol


Intercambio de Na+-H+

• Lo tienen todas las células• Es responsable por mantener el pH celular neutro• El Na+ fluye al interior de la célula a cambio de iones de H+ y la célula se neutraliza• Es una proteína que tiene 10 hélices-α transmembranales


Proteínas intercambiadoras de aniones

• Lo tienen todas las células en sus membranas citoplasmáticas• Los de mayor concentración son para Cl- y para HCO3

• Se le conoce como el intercambiador “cloro-bicarbonato”• En los eritrocitos juega un papel muy importante en el transporte de CO2 de los tejidos hacia los pulmones y de descargarlo de la sangre en los pulmones.• Previene que el citosol se alcalinice


Cotransportadores de Na+-K+-Cl-

• Lo tienen muchas células tanto epiteliales como no epiteliales• Sirve para introducir a los tres elementos al citosol• La estoiquiometría es 1Na : 1K : 2Cl por lo tanto el transporte es electro-neutro!• Juegan un papel muy importante regular el volumen celular


Transporte de aminoácidos

• Tres sistemas, para: aa neutros aa básicos aa ácidos

• Su distribución varía conforme al tipo de célula y se traslapan

Sistema para aa neutros: tres tipos: ‘A’ - prefiere al ácido α-aminoisobutírico y otros hidrofílicos pequeños ‘L’ - prefiere leucina, y aa hidrofóbicos (Ile, valina, Phe, Me) ‘ASC’ - prefiere alanina, serina y cisteína

El ‘A’ y el ‘ASC’ s cotransportan con Na, el ‘L’ no.El ‘L’ es un sistema de transporte facilitadoExisten muchos otros sistemas que están en casi todas las células


Sistemas de transporte en membrana mitocondrial interna

+++

---

memb interna matriz mitocondrial

1. Fosfato fosfato + H+bifosfato

H+

2. Glutamatoglutamato

H+

glutamato

H+

piruvato

H+

3. Monocarboxilato piruvato

H+

piruvato piruvato

acetoacetato

1

2

3

3

Arion, 1988.



+++

---


4. Dicarboxilatomalato

5. Tricarboxilatotricarboxilato

tricarboxilato

fosfato

citrato

malato

PEP

malato

4

5

5

5



+++

---


6. α-cetoglutarato α-cetoglutarato

(Intercambio de dicarboxilato)succinato

ADP

ATP

PEP

malato

malato

7. Adenin-Nucleótido

(electrogénico)

ADP

8. Glutamato-Aspartatoglutamato

aspartato

(electrogénico)

6

6

7

7

8


ENDOCITOSIS Y EXOCITOSIS

Mecanismos de transferencia de moléculas grandes:

Paso de moléculas hacia adentro a hacia fuera de la célula

sin atravesar la membrana:

ENDOCITOSIS – requiere ATP

Toma de partículas sólidas = FAGOCITOSIS

Toma de moléculas en solución = PINOCITOSIS

Toma de proteínas específicas = endocitosis mediada

por receptor.

Depresión revestida por “clatrina” = vesícula revestida

EXOCITOSIS – células secretoras


Endocitosis: Es el proceso por el que la célula capta partículas del medio externo mediante una invaginación de la membrana en la que se engloba la partícula a ingerir.

Se produce la estrangulación de la invaginación originándose una vesícula que encierra el material ingerido.

Según la naturaleza de las partículas englobadas, se distinguen diversos tipos de endocitosis:

1. Pinocitosis. 2. Fagocitosis. 3. Endocitosis mediada por un receptor.

Captación de moléculas grandes.......

Pasos de un macrófago ingiriendo un patógeno:a. Ingestión por fagocitosis, se forma un fagosoma.b. La fusión de lisosomas con el fagosoma formando un fagolisosoma; el patógeno es digerido por las enzimas.c. El material sobrante es expelido por exocitosis o asimilado por la célula.

Fagocitosis.....

http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Phagocytosis.png

Aquí tienes dos animaciones donde puedes ver como se deforma la membrana en los procesos de

endocitosis y exocitosis

1. Pinocitosis: Implica la ingestión de líquidos y partículas en disolución por pequeñas vesículas revestidas de clatrina.


2. Fagocitosis:Se forman grandes vesículas revestidas o fagosomas que ingieren microorganismos y restos celulares.


3. Endocitosis mediada por un receptor: Es un mecanismo por el que sólo entra la sustancia para la cual existe el correspondiente receptor en la membrana.


Los tres tipos de endocitosis.......

http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Endocytosis_types.svg

Exocitosis.

Es el mecanismo por el cual las macromoléculas contenidas en vesículas citoplasmáticas son transportadas desde el interior celular hasta la membrana plasmática, para ser vertidas al medio extracelular.

Esto requiere que la membrana de la vesícula y la membrana plasmática se fusionen para que pueda ser vertido el contenido de la vesícula al medio.

Excreción de moléculas grandes.......

Exocitosis.

Mediante este mecanismo, las células son capaces de eliminar sustancias sintetizadas por la célula, o bien sustancias de desecho.

Excreción de moléculas grandes.......

Exocitosis de neurotransmisores en una sinápsis

Sinápsis: comunicaci

ón entre dos

neuronas

http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Synapse_diag1.png

Tipo de transporte

Activo o Pasivo

Mediado por

tranportador

Emplea energia

metabólica

Dependente del gradiente

de Na+

Difusión Simple Pasivo; cuesta abajo

No No No

Difusión Facilitada Pasivo; cuesta abajo

Sí No No

Transporte activo primario

Activo; cuesta arriba

Sí Sí; directo No

Cotransporte Activo; secundario*

Sí Sí; indirecto Sí (los solutos se mueven en la misma dirección que el Na+ a través de la membrana)

Contratransporte Activo; secundario*

Sí Sí; indirecto Sí (los solutos se mueven en dirección opuesta al Na+ a través de la membrana)

*El Na+ se transporta cuesta abajo y uno o más solutos transportan cuesta arriba.

RESUMEN DEL TRANSPORTE DE MEMBRANA

Es el conjunto de fenómenos que permiten a una sustancia atravesar todo el citoplasma celular desde un polo al otro de la célula. Implica el doble proceso endocitosis-exocitosis. Es propio de células endoteliales que constituyen los capilares sanguineos, transportándose así las sustancias desde el medio sanguineo hasta los tejidos que rodean los capilares.

Transcitosis.............

.

Excreción (exocitosis) y captación (endocitosis

) de moléculas grandes.

.

Proteínas de

transporte

Proteínas de

transporte

Gracias......

.

Documents

Transporte