MEMBRANAS BIOLÓGICAS

1. MEMBRANAS BIOLÓGICAS Dr. Carlos Morales A. Cardiólogo Pediatra UPCP – Hospital Coquimbo

2. ESTRUCTURA MEMBRANAS

3. DIFUSIÓN A TRAVÉS DE MEMBRANA • DIFUSION SIMPLE: • Por bicapa • Por canales • DIFUSION FACILITADA • TRANSPORTE ACTIVO • Primario (bombas) • Secundario • Cotransporte. • Contratransporte.

4. DIFUSION SIMPLE POR BICAPA LIPIDICA Dependerá de: Concentración (cantidad) Cinética molecular (T) Liposolubilidad Ejemplo: Oxígeno

5. DIFUSION SIMPLE POR CANALES PROTEICOS Altamente efectivos. Especialmente para agua. (100 veces volumen GR) Depende de: Hidrosolubilidad Tamaño Polaridad Selectividad

6. CANALES PROTEICOS ALTAMENTE SELECTIVOS PARA UN SOLUTO

7. CANALES PROTEICOS PERMEABILIDAD MODULABLE POR EL MEDIO POR VOLTAJE POR LIGANDO

8. DIFUSION FACILITADA Mediada por transportadores. A diferencia de la simple, tiene una velocidad máxima (Vmax) de difusión. Vmax dependería del número de transportadores. No de la cantidad de solutos. (figura 4-6)

9. DIFUSION FACILITADA La velocidad del transporte no puede ser mayor a la velocidaddel cambio conformacional de la proteína Ejemplos: glucosa, aminoácidos

10. FACTORES DETERMINANTES DE DIFUSION La tasa neta de difusión dependerá de: 1) La diferencia de concentraciones entre un lado y otro de la membrana. Fig. 4 – 8 (a) Fig. 4 – 8 (b) 2) Diferencia de presión a través de la membrana

11. FACTORES DETERMINANTES DE DIFUSION La tasa neta de difusión dependerá de: 3) Potencial eléctrico de membrana (iones). Ecuación de NERSNT Fig. 4 – 8 (c)

12. OSMOSIS Difusión neta de agua dadas diferencias en su concentración. Ocurre en membranas selectivamente permeables (un soluto no atraviesa y se acumula en un lado) Fig. 4 – 9

13. PRESIONOSMOTICA La presión osmótica depende del número de partículas por unidad de volumen y no de la masa. Esto se debe a que las partículas grandes son mas lentas y las más pequeñas son más rápidas. Por ende, energía cinética promedio será la misma

14. PRESION OSMOTICA • Lo anterior implica que necesitamos conocer la CONCENTRACION MOLAR de una sustancia (número de partículas) = Osmol. • Osmolalidad = 0smol/Kilógramo solución. • Osmolaridad = Osmol/Litro solución (más practico). • RELACIÓN OSMOLARIDAD Y PRESIÓN (37°C). • 1 Osmol/Kg = 19.300 mmHg • 1 mOsmol/Kg = 19,3 mmHg • 300 mOsmol/Kg = 5790 mmHg • VALOR REAL = 5500 mmHg (atracción iónica, disociación parcial).

15. TRANSPORTE ACTIVO • Mediado por Bombas (enzimas en membranas). • Hay muchas (Na, K, Ca, H, etc). • En diferentes membranas (celular, retículo endoplásmico, mitocondria). • La mas estudiada es la NaKATPasa.

16. TRANSPORTE ACTIVO

17. TRANSPORTE ACTIVO • Compuesta por 2 subunidades: • ALFA: 100.000 daltons • BETA: 55.000 daltons • ALFA: 3 componentes: • 3 sitios receptores Na dirección hacia dentro • 2 sitios receptores K dirección hacia afuera • 1 sitio actividad ATPasa en el interior. • BETA: Aparente función de anclaje.

18. TRANSPORTE ACTIVO • La bomba tiene importancia en el control del volumen intracelular. • Proteínas intracelulares tienen carga negativa • Atraen iones positivos. • NaKATPasa retira 3 Na por 2 K. • La bomba tiene capacidad electrógena. • Hay movimiento neto de 1 ión (+) hacia afuera. • Se crea por ende un potencial transmembrana.

19. TRANSPORTE ACTIVO ENERGÉTICA DE LA BOMBA • Para concentrar una sustancia 10 veces, se requiere 1400 calorías, para hacerlo 100 veces, se requiere 2800 calorías. 1000 veces 4200 calorías, es decir: • Siendo la energía estimada en Calorías por Osmol.

20. COTRANSPORTE

21. CONTRATRANSPORTE

22. POTENCIAL DE MEMBRANA

23. POTENCIALES ORIGINADOS POR DIFUSIÓN FIBRA A: Potencial de difusión a través de una membrana causado por difusión de iones K desde el interior al exterior. El potencial eléctrico resultante será negativo. FIBRA B: Potencial de difusión a través de una membrana causado por difusión de iones Na desde el exterior al interior. El potencial eléctrico resultante será positivo.

24. RELACIÓN ENTRE POTENCIAL DE DIFUSIÓN Y DIFERENCIA DE CONCENTRACION ECUACION DE NERNST Relaciona el potencial transmembrana necesario para mantener una diferencia de concentraciones de un ión monovalente a 37°C CONSIDERACIONES: Exterior se considera 0 mV. Interior se considera que varía. Si ión es (+) el valor se considera (-). Si ión es (-), el valor se considera (+).

25. POTENCIAL DE DIFUSIÓN CUANDO LA MEMBRANA ES PERMEABLE A VARIOS IONES DIFERENTES

26. POTENCIAL DE DIFUSIÓN CUANDO LA MEMBRANA ES PERMEABLE A VARIOS IONES DIFERENTES ECUACION DE GOLDMAN-HODGKIN-KATZ CONSIDERACIONES: Na, K, Cl, son los principales iones involucrados. Todos son monovalentes. La ecuación compensa carga (-) de Cl invirtiendo su relación, porque Cl al entrar produce más electronegatividad en el interior. La importancia de cada ion en cada instante será proporcional a su permeabilidad.

27. POTENCIAL DE REPOSO • DETERMINANTES: • Potencial difusión del K • Único canal abierto en reposo es el canal de escape • Difusión de sodio • Canales de escape 100 veces menos numerosos que K • Bomba NaKATPasa. • Bombea 3Na hacia afuera por 2K hacia dentro.

28. POTENCIAL DE REPOSO • Potencial difusión del K • Concentraciones: Exterior 4 mEq/l – Interior: 140 mEq/l • Cuociente: Ki/Ke = 35. • Nersnt: FEM = -61 log 35 = -61 * 1,54 = -94 mV • Potencial difusión Na • Concentraciones:Exterior 140 mEq/l – Interior 14 mEq/l • CuocienteNai/Nae = 0,1 • Nersnt = +61 • Pero, permeabilidad es 100 veces menor • Goldman (K * 0,01Na) = -86 mEq/l

29. POTENCIAL DE REPOSO • Bomba NaKATPasa: • Aporta con -4 mV adicionales al retirar en forma neta más cargas positivas del interior. POTENCIAL DE REPOSO TOTAL: - 90 Mv.