Química-física del transporte

Difusión: ley de Fick

Bioenergética

Potencial de membrana: ecuación de Nernst

Clasificación y tipos de transporte

Distinciones bioenergéticas y cinéticas
(mecanismos)

Difusión facilitada

Permeasas: Glut e intercambiador Cl-/HCO3-

Canales iónicos: estructura, función y regulación

ATPasas de membrana: Bombas iónicas

Estructura y clasificación

P-ATPasas: mecanismo, ejemplos y funciones

V-ATPasas

Transportadores ABC/Mdr1/CFTR

Mecanismos de transporte acoplado

Intercambiadores: mecanismo y bioenergética

Transporte transepitelial: trabajo conjunto

Transporte mediado por endocitosis

Clasificación y tipos

Potocitosis: transporte de folato

Endocitosis mediada por receptor

Transcitosis

Ósmosis y fenómenos osmóticos

Ley de van't Hoff

Tonicidad de disoluciones: coeficiente de reflexión

Equilibrio Gibbs-Donnan

Regulación del volumen celular

Estructura de nucleósidos y nucleótidos

Transporte a través de membranas

Agua	H2O

Gases	O2, CO2,
NO, CO,

N2

polares	urea
pequeñas	etanol, glicerol
sin carga	Ác. Acético

Hidrófobas	Ác. grasos

pequeñas	Esteroides

polares	glucosa
grandes	sacarosa
sin carga

iones	K+, Na+, Ca2+, Mg2+

Cl-, HCO3-, H2PO4-

polares	aminoácidos
cargadas	glucosa--6-P
ATP, nucleótidos

Permeabilidad de las membranas

Coeficiente de reparto aceite/agua

Hidrofobicidad

Coeficiente de permeabilidad, cm/h

Permeabilidad

Permeabilidad ∝ hidrofobicidad

Permeabilidad e Hidrofobicidad

-12

-10

-8

-6

-4

-2

Log P

Na+

K+

Cl+

glucosa

trp

urea

indol

H2O

Coeficiente de permeabilidad, cm/s

Difusión libre: leyes de Fick

Difusión: camino al azar (relaciones de Einstein)

Flujo a través de una frontera: 1º ley de Fick

Variación temporal: 2ª ley de Fick

Movimiento browniano

D= coeficiente de difusión

(depende del tamaño)

En tres dimensiones

1 2

c1

c2

C

-3 -2 -1 0 1 2 3
X

t=1

t=4

t=16

t=64

Flujo proporcional al
gradiente de concentración

Distribución gausiana

2∙n

β=1

β=0.5

β=0.2

β=2

c1S

c2S

c1m

c2m

δ

0 x δ

Difusión a través de membrana

Coeficiente de permeabilidad

Coeficiente de reparto

Coeficiente de difusión (√Mr)

Espesor de la membrana

Energía libre y transporte

equilibrio

componente
químico

componente
eléctrico

R =	8.315 J·mol-1·K-1

(1.987 cal·mol-1·K-1)

F =	96480 Cb·mol-1 ( J·mol-1·V-1 )

(23059 cal·mol-1·V-1)

1 cal = 4.184 J

Inicio
Em=0

Potencial de equilibrio

Ecuación de Nernst

Equilibrio
Em=Eeq

R =	8.315 J·mol-1·K-1

(1.987 cal·mol-1·K-1)

F =	96480 Cb·mol-1 ( J·mol-1·V-1 )

En el equilibrio

Walther Nernst

1864-1941

Premio Nobel 1920

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Difusión: ley de Fick

Bioenergética

Potencial de membrana: ecuación de Nernst

Clasificación y tipos de transporte

Distinciones bioenergéticas y cinéticas
(mecanismos)

Difusión facilitada

Permeasas: Glut e intercambiador Cl-/HCO3-

Canales iónicos: estructura, función y regulación

ATPasas de membrana: Bombas iónicas

Estructura y clasificación

P-ATPasas: mecanismo, ejemplos y funciones

V-ATPasas

Transportadores ABC/Mdr1/CFTR

Mecanismos de transporte acoplado

Intercambiadores: mecanismo y bioenergética

Transporte transepitelial: trabajo conjunto

Transporte mediado por endocitosis

Clasificación y tipos

Potocitosis: transporte de folato

Endocitosis mediada por receptor

Transcitosis

Ósmosis y fenómenos osmóticos

Ley de van't Hoff

Tonicidad de disoluciones: coeficiente de reflexión

Equilibrio Gibbs-Donnan

Regulación del volumen celular

Estructura de nucleósidos y nucleótidos

Transporte a través de membranas

Ionóforos

Valinomicina (K+)

monensina (Na+)

nonactina

gramicidina

En solvente
hidrófobo

En bicapa
lipídica

Hélice 6.3 hueca

dímero cabeza-cabeza

Canal de gramicidina

transportadores

canales

Complejo
valinomicina-K+

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Difusión facilitada

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Canales iónicos: estructura, función y regulación

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Estructura y clasificación

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Mecanismos de transporte acoplado

Intercambiadores: mecanismo y bioenergética

Transporte transepitelial: trabajo conjunto

Transporte mediado por endocitosis

Clasificación y tipos

Potocitosis: transporte de folato

Endocitosis mediada por receptor

Transcitosis

Ósmosis y fenómenos osmóticos

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Tonicidad de disoluciones: coeficiente de reflexión

Equilibrio Gibbs-Donnan

Regulación del volumen celular

Estructura de nucleósidos y nucleótidos

Transporte a través de membranas

D. facilitada: Glucosa permeasas

Saturable

Específico

Estructura de transportadores Glut

Hélice anfipática

Elementos funcionales

12 segmentos transmembrana

9 hélice anfipáticas (polares no cargados)

haz de hélices (sitio de unión)

Haz de hélices
(bolsillo de unión)

Puentes de
Hidrógeno

Intercambiador Cl-/HCO3- :
banda 3/pAE1 del eritrocito

Capilares sistémicos

alta pCO2, baja pO2

(metabolismo tisular)

Capilares pulmonares

baja pCO2, alta pO2

(ventilación)

eritrocito

eritrocito

hemoglobina

Efecto Bohr

Proteína AE1

Anhidrasa carbónica

Anhidrasa carbónica

Canales iónicos

Activados por ligando

(R. Ionotrópicos)

Activados por cNMP

Unión de
ligando

Unión de
nucleótido

No sensibles a Em

Componentes funcionales

Bocas: externa e interna Fick

Poro

Filtro selectivo

Sensor

Compuerta

Topología transmembrana

Básico: 2TM/P

Componentes adicionales

Boca externa

Boca interna

Sensor

Filtro

compuerta

poro

Saturable

baja ΔG‡

alto nº recambio

(>107 ion/s)

Bucle P

TM

sensibles a Em

INa, IK, ICa

IK ir

IK (Ca) big

IK (rep)

Canales iónicos: selectividad

Poro
iónico

Vista superior

Filtro
selectivo

compuerta

Canal de K+:
estructura del poro

Bucle P

extracelular

citosol

Selectividad=
compensar desolvatación

Buen
ajuste

mal
ajuste

Mecanismos de compuerta

Receptores ionotrópicos

fam. nAchR

fam. iGluR

fam. P2X

Canales dependientes
de voltaje

Na+, Ca2+

K+ etc.

Canales dep. cAMP
(olor, gusto)

Canales dep. cGMP
(vista)

Canales dep. ATP
(célula β)

Canales dependientes
de voltaje

Ca2+

K+ etc.

IK(M)

Canales dependientes
de voltaje y Ca2+

IK(Ca)

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Difusión: ley de Fick

Bioenergética

Potencial de membrana: ecuación de Nernst

Clasificación y tipos de transporte

Distinciones bioenergéticas y cinéticas
(mecanismos)

Difusión facilitada

Permeasas: Glut e intercambiador Cl-/HCO3-

Canales iónicos: estructura, función y regulación

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Estructura y clasificación

P-ATPasas: mecanismo, ejemplos y funciones

V-ATPasas

Transportadores ABC/Mdr1/CFTR

Mecanismos de transporte acoplado

Intercambiadores: mecanismo y bioenergética

Transporte transepitelial: trabajo conjunto

Transporte mediado por endocitosis

Clasificación y tipos

Potocitosis: transporte de folato

Endocitosis mediada por receptor

Transcitosis

Ósmosis y fenómenos osmóticos

Ley de van't Hoff

Tonicidad de disoluciones: coeficiente de reflexión

Equilibrio Gibbs-Donnan

Regulación del volumen celular

Estructura de nucleósidos y nucleótidos

Transporte a través de membranas

Transporte activo primario:
ATPasas de Membrana

ATPasas tipo P

Tetrámeros 2α/2β

Asp-P (vanadato)

m. plasmática y r. endoplásmico

Na+, K+, H+, Ca2+ (y otros)

ATPasas tipo V y F

Muy complejas
3 integrales 8 periféricas

Exclusivamente H+

D. integral: canal de H+

D. periférico: unión de ATP

Intracelular
ATP-sintasa mitocondrial
Lisosomas vesículas sinápticas

ATPasas tipo "transportadores ABC"

4 dominios 2T+2A

Estructura diversa
(mono-, di-, tetraméricas)

Membrana plasmática

Iones y compuestos orgánicos

asp-P

P-asp

Canal
de H+
F0, V0

ATP
F1,
V1

F: mitocondria

V: vesículas

citosol

extracelular

citosol

matriz

citosol

ATP

ATP

Na+/K+-ATPasa de membrana

Estructura

Tetrámero 2α/2β

Sitio de unión de ATP intracelular

Asp-P

Función

Transporte vectorial

3 Na+ / 2K+ / 1ATP

Inhibida por vanadato

Inhibida por cardiotónicos
(ouabaina digoxina)

Subunidad β:

esencial para plegamiento

3 N-glicosilada

1 TM

40 kD

Subunidad α:

Centro activo

No glicosilada

10 TM

120 kD

citosol

asp-P

P-asp

citosol

extracelular

Actividad biológica

control del volumen celular

control del pHi

control de [Ca2+]i

importación de metabolitos
(cotransporte)

excitabilidad eléctrica

citosol

extracelular

25-30% consumo ATP

>60% en cerebro

Gradiente Na+/K+

Mecanismo de la Na+/K+-ATPasa

Cardiotónicos

ATPasas "transportador ABC"

Estructura

4 dominios 2T+2A

Estructura diversa
(mono-, di-, tetraméricas)

Función

Membrana plasmática

Exportación de mol. hidrófobas (MDR1)

Canal de aniones (CFTR)

MDR
CFTR

2T+2A fusionados
12 TM

Destoxificación

interferencia antitutorales

Fármacos quimioterápicos y MDR

Estructura del CFTR

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Potencial de membrana: ecuación de Nernst

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Distinciones bioenergéticas y cinéticas
(mecanismos)

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Canales iónicos: estructura, función y regulación

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Estructura y clasificación

P-ATPasas: mecanismo, ejemplos y funciones

V-ATPasas

Transportadores ABC/Mdr1/CFTR

Mecanismos de transporte acoplado

Intercambiadores: mecanismo y bioenergética

Transporte transepitelial: trabajo conjunto

Transporte mediado por endocitosis

Clasificación y tipos

Potocitosis: transporte de folato

Endocitosis mediada por receptor

Transcitosis

Ósmosis y fenómenos osmóticos

Ley de van't Hoff

Tonicidad de disoluciones: coeficiente de reflexión

Equilibrio Gibbs-Donnan

Regulación del volumen celular

Estructura de nucleósidos y nucleótidos

Transporte a través de membranas

Familias de transportadores

F. co-transportador Na+-glucosa

14 TM

1-2 Na+:1 sustrato

Intestinal (SGLT1), renal (SGLT2)

Sitio de permeasa

F. co-transportador Na+/Cl- de neurotransmisores

12 TM

cotransporte Cl- obligado (antiporte K+)

2 Na+:1 Cl-:1 sustrato+

GABA, monoaminas, Gly/Pro, NTT4

F. co-transportador de glutamato

8 TM

antiporte K+ obligado

1Na+:1Glu-/1K+:HO-

Exclusivamente Glu sináptico

F. antiportador Na+/Ca2+

12 TM

3 Na+:1 Ca2+

F. transportador dependiente de H+

12 TM

Antiporte 2 H+:1 sustrato+

Vesículas sinápticas y lisosomas
(neurotransmisores)

Reserpina, extasis(ΔH+)

Cocaina, anfetas, tricíclicos

citosol

exterior

citosol

exterior

citosol

exterior

citosol

Luz vesícula

Transportadores de membrana
y regulación del pHi

glucosa

glucosa

CO2

HCO3-

H+

lactato

H+

Na+

HCO3-

Cl-

Na+

HCO3-

Cl-

HO-

Antiportador Cl-/HO-

acidificación

Antiportador Na+/H+

alcalinización

Activado por H+

intercambiador Cl-/HCO3-

acidificación

inhibido por H+

Intercambiador Cl-/HCO3-

dependiente de Na+

acidificación

activado por H+

pH intracelular

velocidad relativa, %

intercambiador
Cl-/HCO3-

intercambiador
Na+ Cl-/HCO3-

antiportador
Na+/H*

Dependencia del pH de los transportadores de H+ y HCO3-

amilórido

DIDS, SITS

Transporte transepitelial de glucosa

luz intestinal

[Na+] alta (dieta, secretado)

[glucosa] baja

sangre

[Na+] alta

[glucosa] media (5.5 mM)

[K+] baja (5 mM)

citosol

[Na+] baja
(12 mM)

[glucosa] alta

[K+] alta
(150 mM)

gluc

activo
contra
gradiente

pasivo
a favor de
gradiente

glucosa

glucosa

glucosa

2 Na+

2 Na+

3 K+

Cl-

Cl-

Cl-

3 K+

2 Na+

ATP

ADP
Pi

Glut2
(permeasa)

Na+/K+-ATPasa
(activo)

SGLT
(activo)

canal Cl-
(pasivo)

canal K+
(pasivo)

gluluz+2Na+luz glucit+2Na+cit

glucit glusangre

2Na+cit+3K+sangre+ATP 2Na+sangre+3K+cit+ADP+Pi

3K+cit 3K+sangre

2Cl-luz 2Cl-cit

2Cl-cit 2Cl-sangre

gluluz+2Na+luz+2Cl-luz+ATP glusangre+2Na+sangre+2Cl-sangre+ ADP+Pi

Química-física del transporte

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Clasificación y tipos de transporte

Distinciones bioenergéticas y cinéticas
(mecanismos)

Difusión facilitada

Permeasas: Glut e intercambiador Cl-/HCO3-

Canales iónicos: estructura, función y regulación

ATPasas de membrana: Bombas iónicas

Estructura y clasificación

P-ATPasas: mecanismo, ejemplos y funciones

V-ATPasas

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Mecanismos de transporte acoplado

Intercambiadores: mecanismo y bioenergética

Transporte transepitelial: trabajo conjunto

Transporte mediado por endocitosis

Clasificación y tipos

Potocitosis: transporte de folato

Endocitosis mediada por receptor

Transcitosis

Ósmosis y fenómenos osmóticos

Ley de van't Hoff

Tonicidad de disoluciones: coeficiente de reflexión

Equilibrio Gibbs-Donnan

Regulación del volumen celular

Estructura de nucleósidos y nucleótidos

Transporte a través de membranas

Potocitosis= endocitosis mediada por caveolina

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Bioenergética

Potencial de membrana: ecuación de Nernst

Clasificación y tipos de transporte

Distinciones bioenergéticas y cinéticas
(mecanismos)

Difusión facilitada

Permeasas: Glut e intercambiador Cl-/HCO3-

Canales iónicos: estructura, función y regulación

ATPasas de membrana: Bombas iónicas

Estructura y clasificación

P-ATPasas: mecanismo, ejemplos y funciones

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Intercambiadores: mecanismo y bioenergética

Transporte transepitelial: trabajo conjunto

Transporte mediado por endocitosis

Clasificación y tipos

Potocitosis: transporte de folato

Endocitosis mediada por receptor

Transcitosis

Ósmosis y fenómenos osmóticos

Ley de van't Hoff

Tonicidad de disoluciones: coeficiente de reflexión

Canales de agua: Acuaporinas

Equilibrio Gibbs-Donnan

Regulación del volumen celular/presión osmótica

Estructura de nucleósidos y nucleótidos

Transporte a través de membranas

Las membranas biológicas son muy permeables al agua

Acuaporinas: Estructura y función

Acuaporinas: canales de H2O

6TM (3+3 invertido)

Tetrámeros

Impermeable a iones y mol. pequeñas

Acuaporinas: localización y funciones

A B C

A' B' C'

directo

invertido

citosol

extracelular

CHIP 28 kDa

Columna de H2O
en poro

Transporte 5∙108 s-1

Enrique Castro

2004-04-22T09:58:51

Enrique Castro