Resumen fisiologia Transporte a través de membrana y excitabilidad

Fisiología General

1.- Fisiología celular

1.1.- Membrana plasmática

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La membrana celular es fundamental para entender el comportamiento fisiológico de los sistemas. Esta separa el contenido intracelular del entorno extracelular. Sus funciones principales son:

Transporte selectivo de sustancias (moléculas) Reconocimiento

Comunicación

Organización de los tejidos Metabolismo

Forma celular

La membrana plasmática corresponde a una bicapa de lípidos de 5 nm. de grosor aprox., con proteínas, colesterol e hidratos de carbono asociados. Algunas proteínas de la membrana están integradas dentro de la bicapa, mientras que otras se unen en la superficie, ya sea interna o externa de la membrana. Esta estructura se suele denominar “modelo del mosaico fluido”.

Los principales lípidos de la membrana son los “fosfolípidos” . Son anfipáticos (tienen una cabeza hidrófila o polar y dos cadenas hidrófobas o no polares), lo cual es esencial para formar la bicapa lipídica. Los fosfolípidos se unen formando micelas, donde las colas de ácidos grasos quedan hacia el interior de la membrana, mientras que las cabezas quedan hacia el exterior. Además, las colas de ácidos grasos pueden ser saturadas o insaturadas (uno o más enlaces dobles), es decir, cuando la membrana está más saturada hay menor fluidez, y entre más insaturada mayor fluidez de esta.

El “colesterol” es también otro lípido importante de la membrana, el cual se encuentra disuelto en las dos caras de ella y sirve para estabilizarla a una temperatura corporal normal (37°C aprox.) y permitir la permeabilidad (o impermeabilidad) de la membrana. El colesterol hace rígida la bicapa (controla su fluidez).

Algunas membranas contienen lípidos que se agregan en las denominadas “balsas lipídicas”, las cuales suelen tener proteínas específicas asociadas y difunden en el plano de la membrana como una unidad definida. Estas ayudan a facilitar la transmisión de señales y son la entrada de virus y toxinas al espacio intracelular.

Las “proteínas” permiten el transporte y forman alrededor del 50% de la membrana. Hay varios tipos de ellas; las “proteínas integrales o transmembrana”, que están inmersas en la bicapa lipídica, es decir, traspasan la membrana completamente para dar el paso de moléculas o agua a favor del gradiente de concentración, e incluso en dirección contraria. Las “proteínas periféricas” están ancladas por la parte interna o externa de la membrana, no la traspasan y cumplen funciones enzimáticas. Ejm: proteína G.

1.2.- Transporte a través de la membrana

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La “difusión” es el proceso donde las moléculas se desplazan desde un lugar de alta concentración a otro de baja concentración en un medio acuoso (a favor del gradiente de concentración). Los gases (O 2 y CO2) y las sustancias lipídicas (hormonas) pueden atravesar libremente la membrana (“difusión simple”).

La “difusión facilitada” es en donde se necesita un transportador para que las sustancias atraviesen la membrana (canales iónicos u acuaporinas).

Para calcular la velocidad de difusión de una molécula se usa una ecuación, la “ecuación de Fick”.

∆

J        ∆

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Donde:

J: Flujo o velocidad de difusión por unidad de tiempo

D: Coeficiente de difusión

A: Área a través de la cual se produce la difusión

∆ : Gradiente de concentración

∆ : Distancia en que se produce la difusión

Lógicamente, si aumentamos el valor de ∆ , el flujo de difusión (J) disminuye. Y viceversa. También si ∆ es cero, el flujo de difusión también será cero. Si aumenta el área, aumenta el flujo de difusión.

Para determinar el coeficiente de difusión, se ocupara otra ecuación, hecha por Stoker y Einstein.

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6

Donde:

k: Constante de Boltzmann

T: Temperatura en grados Kelvin

r: Radio de la molécula

η: Viscosidad del medio

Si se analizan las dos ecuaciones anteriores, es evidente que la velocidad o flujo de difusión es mayor para las moléculas pequeñas que para las grandes, además esta difusión es más alta cuando se aumenta la temperatura en presencia de un gradiente de concentración también alto y baja viscosidad.

Una ecuación más útil para medir la difusión de las moléculas a través de la membrana es:

Donde:

J: Flujo o velocidad de difusión a través de la membrana

P: Coeficiente de permeabilidad

Ci: Concentración de la molécula dentro de la célula

Co: Concentración de la molécula fuera de la célula

El “gradiente electroquímico” hace referencia a dos componentes, la diferencia de potencial química que representa la energía en el gradiente de concentración a través de la membrana; y la diferencia de potencial eléctrica que corresponde a la energía asociada al movimiento de las moléculas cargadas (iones) a través de la bicapa, cuando existe un potencial de membrana. En el interior de una célula hay mayor cantidad de moléculas negativas, y en el exterior predominan las moléculas positivas.

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