Resumen anual TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA: SALTANDO LA BARRERA DE PERMEABILIDAD.

Semana 16

TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA: SALTANDO LA BARRERA DE PERMEABILIDAD.

Las células y el proceso de transporte:

Una característica esencial de cada célula es su capacidad para acumular una variedad de sustancias en concentraciones, a menudo significativamente diferentes a las del medio que les rodea.

La mayoría de sustancias que atraviesan una membrana son:

• Iones (los iones más comunes transportados son: el sodio, el potasio, el calcio, el cloruro y el hidrogeno.)
• Pequeñas moléculas organicas de disolución (solutos)

La mayoría de las moléculas organicas de pequeño tamaño que son transportadas, son metabolitos-sustratos, productos intermedios y productos finales de las rutas metabólicas.

EL TRANSPORTE: es la capacidad de mover selectivamente iones y moléculas orgánicas a través de una membrana, el transporte es un proceso básico en la función celular.

LOS SOLUTOS CRUZAN LA MEMBRANA POR DIFUSIÓN SIMPLE, DIFUSIÓN FACILITADA O TRANSPORTE ACTIVO:

El movimiento de solutos a través de la membrana se realiza mediante tres tipos de mecanismos:

• DIFUSIÓN SIMPLE: movimientos de solutos a travez de las bicapas lipídicas, en la dirección directa por la diferencia de concentración del soluto entre ambos lados de la membrana.
• Difusión facilitada: movimiento a favor del gradiente de energía libre (gradiente de concentración, de carga o ambos), en la dirección del equilibrio termodinámico.

• Transporte activo: es un proceso endergonico acoplado a la hidrolisis de ATP o al transporte concominante de otro soluto generando un ion.

EL MOVIMIENTO DE SOLUTOS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA ESTÁ DETERMINADO POR SU GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN O SU POTENCIAL ELECTROQUÍMICO:

El movimiento de una molécula de carga neta está determinada por el gradiente de concentración.

La difusión facilitada de una molécula implica un movimiento exergonico a favor del gradiente de concentración, mientras que en el transporte activo implica el movimiento en contra de dicho gradiente y requiere aporte endergonico.

El movimiento de un ion por otra parte depende de su potencial electroquímico.

La difusión facilitada de un ion implica el movimiento exergonico en la dirección dictada por su potencial electroquímico, mientras que en el transporte activo se caracteriza por un movimiento de ese ion en contra de su potencial electroquímico. El transporte activo de iones quien genera el gradiente de cargas o potencial de membrana, responsable que un lado de la membrana tenga una carga neta negativa y el otro positiva.

LA MEMBRANA PLASMÁTICA DEL ERITROCITO COMO EJEMPLO DE LOS MECANISMOS DE TRANSPORTE:

Para asegurar la distribución de oxígeno a los tejidos desde de los eritrocitos, tienen que intercambiarse a través de la membrana, no solo el O2 si no también el CO2 y el ion bicarbonato.

DIFUSIÓN SIMPLE: MOVIMIENTO NO ASISTIDO A FAVOR DE GRADIENTE:

La difusión simple es la forma más sencilla por la que un soluto puede pasar de un lado a otro de la membrana. La difusión simple es un proceso relevante solo para moléculas pequeñas y relativamente poco polar.

LA DIFUSIÓN MUEVE A LOS SOLUTOS HASTA ALCANZAR EL EQUILIBRIO:

La difusión va creando una solución en la cual la concentración es la misma en todas las partes. La difusión simple es un movimiento que conduce al equilibrio, como también tiende a la reducción de energía libre. La difusión progresa siempre desde regiones de mayor a menor energía libre.

OSMOSIS ES LA DIFUSIÓN DE AGUA A TRAVÉS DE UNA MEMBRANA CON PERMEABILIDAD SELECTIVA:

El agua como otras sustancias tiende a difundir desde áreas de mayor energía libre a otras en las cuales es menor. Así pues, el agua tiende a moverse desde regiones de menor concentración de solutos (energía libre alta) a las de mayor concentración de solutos (energía libre baja).

Osmosis es el movimiento del agua a través de la membrana. El movimiento osmótico de agua a través de una membrana se produce siempre desde el lado de mayor energía libre (es decir, con la menor concentración de soluto) hacia el lado de menor energía libre (es decir, con la mayor concentración de solutos).La difusión simple sesta limitada a moléculas pequeñas no polares:

Las bicapas lipídicas son la barrera primaria  de permeabilidad de una membrana. Las moléculas pequeñas sin carga pueden atravesar la barrera por difusión simple, mientras que los iones de sodio y potasio prácticamente no pasan. Existen tres factores que afectan sustancialmente a la difusión de solutos que son:

• Tamaño
• Polaridad
• Carga

Tamaño de soluto: la permeabilidad de la bicapa es tanto mayor cuanto menor sea la molecula.

Las moléculas pequeñas más relevantes para la función celular son el agua, el oxígeno y el dióxido de carbono.

Polaridad: la bicapa es más permeable a moléculas no polares.

Las bicapas lipídicas son relativamente permeables a moléculas no polares y menos permeables a moléculas polares, esto es debido a que las moléculas no polares se disuelven más fácilmente en la fase hidrófoba de la bicapa lipídica.

La medición de la polaridad de un soluto es su corriente de reparto, el corriente de reparto es la relación entre su solubilidad en un disolvente orgánico y su solubilidad en agua.

Cuanto más apolar o hidrófoba sea una sustancia, mas rápidamente se mueve a través de una membrana.

Permeabilidad de iones: la bicapa es altamente impermeable a iones.

La relativa impermeabilidad a las sustancias polares y a los iones es debido a su fuerte asociación con las moléculas de agua, que forman un escudo de hidratación.

LA TASA DE DIFUSIÓN SIMPLE ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL AL GRADIENTE DE CONCENTRACIONES:

La difusión simple es un proceso exergonico.

Desde el punto de vista cinético una propiedad básica de la difusión simple es que la tasa neta de transporte de una sustancia es proporcional a la diferencia de concentraciones de dicha sustancia a través de la membrana.

La difusión simple puede distinguirse de la difusión facilitada en sus propiedades cinéticas.

Como resumen de la difusión simple haremos notar que es solamente relevante para moléculas tales como el etanol y el O2  que son lo suficientemente pequeñas y apolares para atravesar las membranas con una taza razonable sin que se precise la asistencia de proteínas transportadoras. La difusión simple progresa exergónicamente en el sentido dictado por el gradiente de concentraciones con una relación lineal y no saturada, entre la tasa de difusión y el gradiente de concentraciones.

Difusión facilitada: movimiento a favor de gradiente, asistido por proteínas.

La mayoría de las sustancias en la celula son demasiado grandes o demasiado polares para atravesar la membrana por difusión simple, estos solutos entran y salen de las células y de los orgánulos de forma eficaz gracias a la asistencia de proteínas transportadoras que intervienen en el movimiento de solutos a través de la membrana.

Si el proceso es exergonico, se denomina difusión facilitada  pues el soluto difunde en el sentido impuesto por el gradiente de concentraciones (en moléculas sin carga) o en el gradiente electroquímico (en iones).

La función de las proteínas transportadoras es facilitar la difusión a favor del gradiente de sustancias polares o con carga que de otra manera no podría pasar.

Las proteínas transportadoras y los canales proteicos facilitan la difusión empleando mecanismos diferentes:

Las proteínas transportadoras contienen segmentos transmembranales. Desde el punto de vista funcional estas proteínas se clasifican en dos:

Transportadores proteicos: también llamadas permeasas. Son la encargadas de captar una o más moléculas de soluto en un lado de la membrana, sufriendo luego un cambio conformacional que permite la transferencia de soluto hacia el otro lado de la membrana.

Los canales proteicos: son los encargados de construir canales hidrófilos que atraviesan la membrana y permiten el paso de solutos sin necesidad de grandes cambios conformacionales.

Algunos canales  son grandes e inespecíficos, tales como los poros, son propios de las bacterias, mitocondrias y cloroplastos. Los poros están formados por proteínas transmembrana denominada porinas, que son las que permiten la difusión a través de la membrana.

LAS PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS ALTERNAN ENTRE DOS ESTADOS CONFORMACIONALES:

Para las permeasas, la explicación más pausible  es la del modelo de conformación alternativa propuesto por S. Jonathan Singer y otros. De acuerdo con este modelo un transportador es una proteína alosterica que alterna entre dos estados conformacionales, de forma que el lugar de unión del soluto está abierto o es accesible primero a un lado de la membrana y luego al otro. El soluto que se une a la proteína a un lado de la membrana y luego al otro lado, cuando la proteína cambie  a la conformación alternativa.

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