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Membrana Plasmatica: Intercambio con el medio...

Introduccion.


La membrana plasmática es una barrera con permeabilidad selectiva que regula el intercambio de sustancias entre el citoplasma y el medio extracelular. Sus propiedades aseguran que las sustancias esenciales, como la glucosa, los aminoácidos y los lípidos entren a la célula fácilmente, que los intermediarios metabólicos permanezcan en la célula y que los productos de desecho, como la urea, abandonen la misma. Todo esto permite a la célula mantener el medio interno relativamente constante. La membrana, debido a sus características hidrofóbicas, es impermeable a la mayor parte de las moléculas hidrosolubles, como la glucosa, los aminoácidos y los iones en general. En cambio, las moléculas hidrofóbicas, siempre y cuando su tamaño no sea demasiado grande, pueden atravesarla fácilmente.

Membrana Plasmatica: Intercambio con el medio...

biologia

MECANISMOS DE TRANSPORTE TRANSMEMBRANA

Antes de continuar con los mecanismos de transporte es preciso hacer una breve aclaración acerca del fenómeno de difusión. Si colocamos un soluto en un solvente, las moléculas de soluto, debido a la energía cinética de las moléculas presentes en la solución, difundirán desde la zona donde se encuentran en mayor concentración hacia la zona donde se hallan en menor concentración. Al cabo de un tiempo toda la solución presentará la misma concentración de soluto. Por ejemplo, si agregamos una gota de tinta a un vaso con agua, la tinta difundirá a través del líquido y al cabo de un tiempo todo el vaso presentara una tinción pareja.
transporte


Para lograr esto no se requiere aporte externo de energía, sino que es suficiente con la energía cinética propia de las moléculas. Si tenemos en cuenta que la temperatura de un medio es, de alguna manera, un índice de la energía cinética de las moléculas presentes en el mismo, es fácil deducir que a mayor temperatura, más importante será el fenómeno de difusión.
Podemos definir entonces a la difusión como el movimiento de moléculas desde una zona de mayor concentración hacia una de menor concentración. A la diferencia de concentración que existe entre una zona y otra se la denomina gradiente.


DIFUSION SIMPLE

Cuando la difusión se realiza entre compartimientos separados por una membrana permeable a ese soluto, se denomina difusión simple y, como ya se dijo, no requiere de otra energía adicional que no sea el movimiento de las moléculas, desplazándose éstas a favor de su gradiente de concentración. En otras palabras, la difusión simple no requiere gasto de ATP, ya que es un fenómeno espontáneo. Las moléculas que se movilizan por difusión simple a través de la membrana son las no polares y pequeñas, las liposolubles y las polares pequeñas, pero sin carga eléctrica neta, como el H2O.

En el caso particular del H2O, la difusión simple se denomina ósmosis. El pasaje de agua a través de la membrana u ósmosis se lleva a cabo siempre en forma espontánea y muy rápidamente. El H2O difundirá desde el compartimiento de menor concentración de solutos o medio hipotónico, al de mayor concentración de solutos o medio hipertónico, de modo tal de igualar las concentraciones en ambos compartimientos. Al cabo de un tiempo, el resultado serán dos medios isotónicos, o sea, la concentración a ambos lados de la membrana será la misma.

En el video se explica de manera muy clara en lo que consiste la osmosis...Les va a gustar



link: http://www.youtube.com/watch?v=oONjIH39uUw

Si colocamos una célula, por ejemplo un glóbulo rojo, en una solución hipertónica (agua salada, por ejemplo) el H2O tenderá a salir por ósmosis hacia el medio extracelular, encogiendo o crenando al glóbulo rojo. En cambio, si el medio extracelular es hipotónico (agua destilada, por ejemplo) el H2O penetrará en la célula, hinchándola y, finalmente, ocasionando su ruptura o lisis. Cabe hacer aquí una breve aclaración: un medio no es por sí mismo ni hipertónico ni hipotónico; siempre que se use esta terminología lo que se esta haciendo es comparar un medio con respecto a otro. Por ejemplo, A puede ser hipertónico con respecto a B y, al mismo tiempo, A también puede ser hipotónico con respecto a C. Es decir, A tiene una concentración de solutos intermedia. Por otra parte, se dice que dos medios son isotónicos cuando su concentración de solutos es la misma.

difusion


DIFUSIÓN FACILITADA

Aquellas moléculas que no pueden atravesar fácilmente las membranas por difusión simple debido a su polaridad y/o a su tamaño (por ej. glucosa, aminoácidos, iones, etc.), podrán hacerlo si están presentes sus respectivos transportadores. Dichos transportadores son proteínas integrales de membrana y se los puede agrupar del siguiente modo: 1- Proteínas canal o canales iónicos y 2- Proteínas “carrier” o permeasas.

La difusión facilitada ocurre siempre a favor del gradiente, por lo tanto no requiere gasto de energía adicional. Sin embargo, puede tratarse de un gradiente de concentración (las moléculas se dirigen del compartimiento de mayor concentración hacia el de menor concentración) o de un gradiente de potencial eléctrico (el soluto con carga eléctrica, independientemente de su signo, se desplazará de una zona donde la carga sea mayor hacia otra donde la carga sea menor).


Estas proteínas transportadoras presentes en las membranas presentan características muy similares a las enzimas:

· Saturabilidad (se saturan al alcanzar la máxima velocidad de transporte)

· Especificidad (reconocen a sus ligandos a través de un sitio específico)

· Pueden ser inhibidas por determinadas sustancias.

Cuando las proteínas transportadoras se saturan de solutos a transportar, alcanzan su máxima velocidad de transporte y por lo tanto las moléculas a ser transportadas deberán esperar a que se desocupen los sitios de unión.

Canales iónicos: Los canales iónicos son “poros” o “túneles” formados por una o varias proteínas transmembrana. En general, son de tipo multipaso, con un interior hidrofilico. Existen canales iónicos en todas las células, tanto en la membrana plasmática como en las membranas de los organoides. Son altamente selectivos, porque cada canal sólo puede transportar un tipo de ion (K+, Na+, etc.). Los iones se mueven a través del canal a una velocidad muy elevada (108 iones por segundo).
El transporte de un ion es impulsado por el gradiente electroquímico. O sea que un ion puede difundir de un lado a otro de la membrana, gracias a la diferencia de concentración como a la diferencia de carga eléctrica a ambos lados de la membrana.
La mayoría de los canales no permanecen abiertos permanentemente, sino que se abren en respuesta a estímulos. Estos estímulos pueden ser tanto la presencia de una sustancia inductora como una modificación de la carga eléctrica de la membrana (modificación del potencial eléctrico). Los canales que se abren o cierran en presencia de sustancias inductoras (ligandos) son llamados dependientes de ligando y los otros, dependientes de voltaje.

Carriers o permeasas: Al igual que los canales iónicos, las permeasas están formadas por proteínas transmembrana multipaso. Suelen transportar una gran variedad de iones como el HCO3- y otras moléculas polares sin carga como la glucosa.
Este tipo de proteínas fijan una única molécula de sustrato (o unas pocas) a la vez, y a continuación sufren un cambio conformacional reversible que les permite transportar el soluto de un lado al otro de la membrana (translocación). Aquí vale hacer otra aclaración: para entender la difusión facilitada no hay que pensar si una sustancia “entra o sale” de la célula, lo importante es considerar que se está movilizando algo a favor del gradiente (químico o eléctrico) gracias a la acción de proteínas transportadoras. Por esta razón es que no se requiere de energía adicional, no se requiere gasto de ATP, ya que es el propio gradiente el que impulsa el pasaje a través de los transportadores.

Este tipo de transporte es siempre sin gasto de energía y a favor del gradiente electroquímico. La velocidad de transporte es muy inferior al de los canales iónicos.


Existen tres tipos de permeasas:

-MONOTRANSPORTADORA O UNIPORTE: Transfieren UN solo tipo de soluto de un lado al otro de la membrana. (ej.: transporte de glucosa en la mayoría de las células animales, desde el medio extracelular, la sangre, donde la concentración es mayor, hacia el interior de las mismas donde es menor)

-COTRANSPORTADORA O SIMPORTE: Transfieren DOS tipos de solutos, ambos en el mismo sentido.

-CONTRATRANSPORTADORA O ANTIPORTE: Transfiere DOS tipos distintos de solutos en sentidos contrarios. Es decir, uno ingresa al citoplasma si, y solo si, simultáneamente el otro sale.

Los uniportes transportan las moléculas a favor de su gradiente de concentración. Como ejemplo podemos citar la glucosa y distintos aminoácidos. En cambio, los otros dos tipos de transporte acoplan el movimiento de un tipo de ion o molécula a favor de su gradiente de concentración con el de otro tipo de molécula o ion en contra de su gradiente de concentración. O sea lo que hacen es acoplar un transporte energéticamente favorable con otro que no lo es. Un ejemplo de COTRANSPORTE sería el transporte de Na+ y glucosa en la membrana plasmática de las células intestinales (ver más adelante) y uno de CONTRATRANSPORTE, el transporte de Cl- y HCO3- en la membrana de los glóbulos rojos.
Tanto el cotransporte como el contratransporte, son también llamados transportes acoplados, ya que no se pueden llevar a cabo si no están presentes ambos tipos de solutos.

osmosis


Las sustancias que se movilizan por transporte activo son en muchos casos las mismas que lo hacen a través de difusión facilitada, la diferencia fundamental es que en el primer caso lo hacen en contra del gradiente mientras que en el segundo lo hacen a favor.


TRANSPORTE ACTIVO

Las células no pueden depender únicamente del transporte pasivo dado que deben importar, por un lado, moléculas que están en menor concentración en medio extracelular que en el citoplasma y, por otro, necesitan mantener constante la composición iónica intracelular. Ambas funciones se llevan a cabo por medio del transporte activo.
Es un transporte que se realiza en contra del gradiente, ya sea este de concentración o eléctrico y, en consecuencia, se requerirá gasto de energía en forma de ATP.
El transporte activo se realiza por medio bombas y también presenta formas de monotransporte, cotransporte y contratransporte.
Posee las mismas características de especificidad y saturabilidad que la difusión facilitada, aunque difiere de ésta por realizarse contra el gradiente electroquímico. El transporte activo esta desfavorecido termodinámicamente (es endergónico) y se da solamente cuando está acoplado (directa o indirectamente) a un proceso exergónico como, por ej., la conversión de ATP a ADP + Pi. Debido a esto, las bombas se suelen denominar ATPasas de transporte.

Este video explica los tres transportes vistos hasta aqui!!!


link: http://www.youtube.com/watch?v=WZQXe1DGpqg&feature=related
Bomba Na+/K+

Está presente en todas las membranas plasmáticas de las células animales. También se la conoce como Na+-K+ ATPasa. Es un complejo proteico formado por cuatro subunidades, todas ellas proteínas integrales de la membrana plasmática.


link: http://www.youtube.com/watch?v=QOUtlINqJQg

Su función es expulsar Na+ al espacio extracelular e introducir K+ al citosol. Ambos son movilizados en contra de su gradiente electroquímico, estableciendo así diferencias de concentración y carga entre el espacio extra e intracelular para ambos iones. Debido a que se esta transportando simultáneamente dos solutos distintos en sentidos opuestos, estamos en presencia de un sistema de contratransporte. Es importante recordar que, si bien el Na+ sale y el K+ ingresa a la célula, ambos lo hacen en contra de su gradiente y, en consecuencia, hace falta hidrolizar ATP para movilizarlos.
La Bomba Na+-K+ tiene simultáneamente funciones de proteína transportadora y de ATPasa (hidroliza ATP para obtener energía). Por lo menos un tercio de la energía que consume una célula animal se destina para impulsar esta bomba. En las células nerviosas, donde la actividad eléctrica es sumamente importante, este valor asciende al 60%. Cada ATPasa puede hidrolizar hasta 100 moléculas de ATP.

Mecanismo de acción de la Bomba Na+/K

1) Tres iones de Na+ se unen al dominio citoplasmático de la ATPasa, debido a la gran afinidad que existe entre ambos.

2) Luego se hidroliza el ATP y se fosforila la proteína. Esto lleva a un cambio conformacional en la misma.

3) Esto permite la translocación de los iones Na+ hacia el espacio extracelular.

4) A continuación, dos iones K+ del medio extracelular, donde su concentración es menor, se unen a un sitio receptor de K+ accesible ahora desde el exterior de la célula. La unión del K+ con la proteína induce la liberación del fosfato.

5) La desfosforilación de la bomba, restituye la conformación original.

6) Esto permite la translocación de los iones K+ hacia el citoplasma. Se puede comenzar nuevamente el proceso. Por cada molécula de ATP que se hidroliza se posibilita el transporte de 3 iones Na+ hacia espacio extracelular y de 2 iones K+ al citoplasma.

Las transferencias de iones se hallan acopladas, y por lo tanto no pueden realizarse una independientemente de la otra.

exocitosis

Las funciones de la bomba de Na+/K+ son:

a) Mantener diferencias en las concentraciones de Na+ y K+ intra y extracelulares.

b) Generar un potencial eléctrico de membrana, que es una diferencia de voltaje, o sea de carga, entre ambos lados de la membrana. Al bombear tres iones en una dirección y sólo dos en otra, se genera un potencial eléctrico negativo del lado interno de la membrana con respecto al externo. El lado citosólico es normalmente más negativo que el espacio extracelular.

c) Intervenir en la regulación del volumen celular.

d) Generar diferencias de concentración de Na+ o K+ para que otros transportadores pasivos utilicen indirectamente la energía potencial acumulada en este gradiente.


-COTRANSPORTE Na+/GLUCOSA (ya citado en difusión facilitada). Esta situación se da en las membranas apicales de las células del intestino delgado o en membranas de células renales, donde deberá absorberse glucosa desde la luz del intestino o de los túbulos renales, aunque las concentraciones extracelulares sean bajas. Gracias a la acción de la bomba Na+-K+ se expulsan iones Na+ a través de la membrana basal de la célula. De este modo, la concentración de Na+ intracelular se mantenida baja. En la región apical de la membrana se encuentra una permeasa pasiva cotransportadora de Na+ y glucosa. El Na+ ingresa de este modo a favor de su gradiente electroquímico al interior de la célula y arrastra a la glucosa con él, que ingresa de este modo en contra de su gradiente de concentración, gracias al sistema de cotransporte. Este tipo de transporte también se denomina transporte acoplado a gradientes iónicos o TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO (ya que indirectamente está ligado a una bomba).

Hay otro tipo de ATPasa, presente en las membranas internas mitocondriales y de cloroplastos, que juega un papel muy importante en la obtención de la energía. Actúa como una ATPsintetasa (sintetiza ATP), gracias al gradiente de H+ que se genera a ambos lados de las membranas internas de cloroplastos y mitocondrias. Dicho proceso se verá con detenimiento en los capítulos de Respiración y fotosíntesis.
Existen otro tipo de bombas, como las de las membranas del Retículo endoplasmático liso de las células musculares, que se encargan de bombear iones Ca++ hacia el interior del REL y mantener baja la concentración citosólica Ca++ , o las de los lisosomas, que bombean H+ hacia el interior de los mismos, disminuyendo así el pH intralisosomal.


TRANSPORTE EN MASA


Hasta aquí analizamos el modo en el que los iones y las pequeñas moléculas atraviesan la membrana celular. Pero como ingresan o abandonan la célula partículas de mayor tamaño. Esto se realiza por medio del TRANSPORTE EN MASA. Este tipo de transporte involucra siempre gasto de ATP, ya que la célula realiza un movimiento general de su estructura.
El mecanismo por medio del cual los materiales entran a la célula se denomina endocitosis y aquel por el cual la abandonan, exocitosis.

En el video les presenta un resumen de los mecanismos


link: http://www.youtube.com/watch?v=re3dcZACqtQ

ENDOCITOCIS: En este proceso una extensión de la membrana rodea progresivamente al material que será internalizado, luego se produce una gemación o invaginación de la membrana, y finalmente ésta se separa de la membrana, formando una vesícula endocítica. Posteriormente, el material incorporado es digerido por los lisosomas.

Se distinguen 3 tipos de endocitosis:

Fagocitosis: Implica la ingestión de partículas de gran tamaño, como microorganismos, restos celulares, inclusive de otras células, por medio de vesículas llamadas fagosomas. Estos fagosomas suelen presentar un gran tamaño.
La fagocitosis sólo se da en determinados tipos de células. En algunos organismos unicelulares (protistas) constituye un modo de alimentación: engloban grandes partículas, por ej. bacterias, por medio de prolongaciones de la membrana plasmática llamados pseudópodos y las internalizan, formándose así un fagosoma o vesícula fagocítica. Posteriormente será degradada por las enzimas lisosomales.
En los animales sólo se da en algunas células altamente especializadas, llamadas células fagocíticas (macrófagos de los tejidos y glóbulos blancos sanguíneos denominados neutrófilos). En estos casos la función no es de índole nutricional, sino defensiva. Las células fagocíticas defienden nuestro organismo contra infecciones, ingiriendo microorganismos patógenos. Otra función sería eliminar células muertas o dañadas, o restos celulares (por ejemplo glóbulos rojos no funcionales). El proceso fagocítico se desencadena por la unión del material a endocitar con ciertos receptores de la membrana plasmática que reconocen al mismo.


Pinocitosis: Es la incorporación de fluído y de partículas disueltas en él por medio de pequeñas vesículas. Es un proceso inespecífico y la velocidad de ingestión es muy elevada. Por ejemplo, un macrófago puede ingerir por hora un cuarto de su volumen celular. El tamaño de estas vesículas endocíticas en mucho menor que el de los fagosomas.


Endocitosis mediada por receptor: En muchos aspectos es similar a la anterior, salvo que en este proceso, la endocitosis es mucho más selectiva. Determinadas moléculas (ligandos) que la célula desea incorporar son reconocidos por receptores específicos, ubicados en la membrana plasmática. Los ligandos se unen a estos receptores y estos complejos ligando-receptor confluyen, gracias a la fluidez de la membrana, a determinadas zonas de la misma, donde serán endocitados. La invaginación de la membrana se denomina en este caso fosita revestida. Esto se debe a que las vesículas presentan en su cara citosolica un revestimiento de proteínas características, en este caso de clatrina. La función de la misma, sería entre otras, permitir que se produzca la invaginación.
A continuación se forma la vesícula recubierta o revestida que se fusionará con un conjunto de vesículas llamadas endosomas, donde se clasifican las moléculas endocitadas y se las separa de los receptores.
Este proceso puede incrementar mil veces la eficiencia de internalización de un determinado ligando, sin tener que incrementar la absorción de fluido extracelular.


EXOCITOSIS:
Es el proceso inverso a la endocitosis. En este caso, material contenido en vesículas intracelulares también llamadas vesículas de secreción es vertido al medio extracelular.
La secreción de sustancias comienza generalmente con estímulos provenientes del medio extracelular, que inducen a las vesículas de secreción, ubicadas en las cercanías de la membrana, a fusionarse con la misma y volcar su contenido al medio extracelular. Así por ejemplo se liberan las proteínas de exportación y los neurotransmisores.
En este caso, la membrana de la vesícula pasa a “formar parte” de la membrana plasmática. Es decir, hay ganancia de membrana, mientras que en la endocitosis hay pérdida de membrana.


transmembrana


Eso fue todo por ahora, desde ya confio en que les sea util...Espero sus comentarios sobre que les parecio!!!



SALUDOS!!!

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