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.

30. POTENCIAL DE ACCION Dr. Carlos Morales A. Cardiólogo Pediatra UPCP – Hospital Coquimbo

31. POTENCIAL DE ACCION DEL NERVIO • Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción. • POTENCIAL DE ACCION • Cambio brusco del potencial de membrana (negativo a positivo) con 2 características: • Propagable. • Reversible.

32. FASES DEL POTENCIAL DE ACCION • Generación Potencial Acción • Fase de reposo • Fase de Despolarización • Fase de Repolarización • Propagación Potencial Acción • Recuperación Potencial Reposo

33. FASE DE REPOSO

34. CANAL DE SODIO VOLTAJEDEPENDIENTE En reposo, el portal de activación (AG) está cerrado y el de inactivación (IG) abierto. Durante la activación, ambos portales se abren. En la inactivación, se cierra el portal de inactivación, el de activación aún permanece abierto. Durante el período refractario, ambos portales están cerrados

35. CANAL DE POTASIO VOLTAJEDEPENDIENTE En reposo: Canal cerrado Cerca de 0 mV: Canal abierto. Lentos, coinciden con fase (C) inactivación canales Na.

36. DESPOLARIZACION/REPOLARIZACION FASE DE REPOLARIZACIÓN Canales de Potasio Voltaje dependientes FASE DESPOLARIZACION Canales de Sodio Voltajedependientes Postpotencial “positivo”

37. LOS OTROS IONES • ANIONES CITOPLASMÁTICOS: • IMPERMEABLES: No pueden salir. • Responsables de la carga (-) frente a déficit de K. • CALCIO: • Bomba calcio: Gradiente 10-3/10-7 • Canales Calcio voltajedependiente • Lentos (10 a 20 veces). • Permeables a Na y Ca • Calcio iónico modula tanto canales rápidos como lentos.

38. GENERACION POTENCIAL ACCION FEEDBACK (+) PARA APERTURA CANALES SODIO: Cuando un canal abre despolariza un poco más, propiciando que otro canal abra. Mientras más cerca de 0 mV, más canales abrirán. UMBRAL EXCITACIÓN: Estimulo debe despolarizar un mínimo para producir potencial acción. De modo que ρNa > ρK Generalmente basta llevar de -90 a -65 mV

39. GENERACION POTENCIAL ACCION EXCITABILIDAD: Dependerá de: Concentraciones de K previas Permeabilidad de canales K libres. EXCITABILIDAD AUMENTADA: Potencial reposo más cerca del umbral. Menos K intracelular Menos flujo del K intracelular. EXCITABILIDAD DISMINUIDA: Potencial de reposo más lejos del umbral Más K intracelular Más flujo del K intracelular (compensa entrada de Na).

40. GENERACION POTENCIAL ACCION POTENCIAL SUBUMBRAL Aquel que no logra generar potencial acción. POTENCIAL UMBRAL Sí lo genera. La intensidad del estímulo reduce el tiempo de latencia entre estímulo y generación del potencial de acción.

41. GENERACION POTENCIAL ACCION PERIODOS REFRACTARIOS ABSOLUTO: Es imposible desencadenar un segundo estímulo Canales Na INACTIVADOS Dura 1/2500 segundos. RELATIVO: Un estímulo suficientemente intenso logra estimular Canales K ABIERTOS (Algunos canales Na inactivos) Dura entre 25 y 50% de PRA.

42. GENERACION POTENCIAL ACCION INTENSIDAD DEL ESTÍMULO: Se traducirá en frecuencia de potenciales. FRECUENCIA MÁXIMA: Depende de: Mínima latencia Ausencia potenciales subumbrales Ausencia periodo refractario relativo Periodo refractario absoluto FRECUENCIA MÁXIMA: 2500 IMPULSOS POR SEGUNDO.

43. POTENCIAL ACCION COMO CIRCUITO RC

44. PROPAGACION POTENCIAL ACCION PRINCIPIO TODO O NADA Para desencadenar un potencial de acción se debe superar el umbral. Sólo una despolarización completa en un segmento garantiza la despolarización en el segmento siguiente

45. PROPAGACION POTENCIAL ACCION PRINCIPIO TODO O NADA Para desencadenar un potencial de acción se debe superar el umbral. Sólo una despolarización completa en un segmento garantiza la despolarización en el segmento siguiente

46. PROPAGACION POTENCIAL ACCION DIRECCION DE LA PROPAGACIÓN SEGMENTO ROJO: Despolarización Canales Na: Abiertos Canales K : Cerrados SEGMENTO NARANJA: Repolarización Canales Na: Inactivados Canales K: Abiertos

47. PROPAGACION COMO CIRCUITO ELECTRICO

48. PROPAGACION POTENCIAL ACCION

49. RECUPERACIÓN POTENCIAL REPOSO BOMBA NaKATPasa Gran capacidad de regeneración del potencial. Adaptable según concentración Na intracelular 10 20 mEq/l aumenta 8 veces actividad.

50. CIRCUNSTANCIAS ESPECIALES