Unidad 6: Fisiología Celular

• La regulación del intercambio de sustancias ocurre a nivel de la

célula individual y es realizado por la membrana celular

• La membrana celular regula el paso de materiales hacia dentro y

fuera de la célula, una función que hace posible que la célula

mantenga su integridad estructural y funcional

• Esta regulación depende de interacciones entre la membrana y

los materiales que pasan a través de ella

Cómo entran y salen sustancias de la célula

¿Cómo entran y salen sustancias de la célula?

El intercambio de sustancias que se da a través de las membranas ocurre en general en medio acuoso, en un medio fluido

¿y qué es un fluido?

Un fluido es cualquier sustancia en estado líquido o gaseoso que puede moverse o cambiar de forma en respuesta a fuerzas externas sin romperse

¿Cómo entran y salen sustancias de la célula?

Esa concentración va a ser diferente a un lado y al otro de la membrana lo que va a generar un gradiente

¡¿Y que es un gradiente?!

Este intercambio en medio acuoso va a estar determinado por la concentración de la sustancia

que es el número de moléculas en una unidad de volumen determinada

Indica cuál es la dirección en la que cambia mas rápidamente la concentración y el potencial eléctrico de una solución no homogéneaLas partículas se van a mover desde donde esa sustancia se encuentra mas concentrada hacia donde está mas diluida y desde donde tiene mayor potencial eléctrico hacia donde tiene menor potencial eléctrico

GradienteEs la diferencia de concentración de soluto que existe entre dos soluciones o medios

El movimiento por las membranas ocurre tanto por transporte pasivo como por transporte que requiere energía, activo

Moléculas hidrofóbicas

Pequeñas moléculas polares

Moléculas polares grandes

Moléculas cargadas

Etanol

Transporte Pasivo Transporte Activo

Transporte ActivoNo pueden pasar a favor del gradiente

Transporte PasivoPasan a favor del gradiente

Gasto de Energía

Transporte pasivoLas sustancias se mueven a favor del gradiente de concentración, carga eléctrica o presiónSin gasto de energíaLos gradientes ofrecen la energía potencial para efectuar el movimiento y controlan la dirección La membrana plasmática actúa como un filtro regulando las moléculas que pueden cruzar, influyendo en la frecuencia y en la velocidad del movimiento, pero no en la dirección

Transporte ActivoLas sustancias se mueven en contra del gradiente de concentración, carga eléctrica o presiónRequiere energíaLos transportadores de la membrana plasmática controlan la dirección del movimiento utilizando energía química a partir del metabolismo celular para originar el movimiento en contra de los gradientes

Energía

Flujo global: es el movimiento general, en grupo, de las moléculas de agua y solutos disueltos

Transporte Pasivo: movimiento a favor de los gradientes de concentración

El agua y los solutos se encuentran entre las principales sustancias que entran y salen de las células

Transporte Pasivo: movimiento a favor de los gradientes de concentración

La difusión implica el movimiento al azar de particulas y resulta en el movimiento neto a favor de un gradiente de concentraciónEste proceso es más eficiente cuando la superficie es mayor con relación al volumen, cuando la distancia implicada es corta y cuando el gradiente de concentración es pronunciado

Transporte PasivoDifusión simple

• Es el proceso por el cual se produce un flujo neto de moléculas a través de una membrana permeable sin que exista un aporte externo de energía

• Se encuentra determinado por una diferencia de concentración entre los dos medios separados por la membrana

• El agua, los gases, las moléculas solubles en lípidos y las moléculas pequeñas y polares difunden a través de la capa de fosfolípidos

• La velocidad de difusión simple es función del gradiente de concentración, del tamaño de la molécula y de qué tan fácilmente se disuelva en los lípidos (su liposolubilidad)

Difusión simple

OsmosisEs la difusión del agua a través de una membrana semipermeable, permite el paso de agua, pero que impide el movimiento de la mayoría de los solutos

La ósmosis da como resultado la transferencia neta de agua de una solución que tiene un potencial hídrico mayor a una solución que tiene un potencial hídrico menor

Transporte Pasivo

La difusión del agua se ve afectada por la concentración de soluto disuelto en ella, es cuantitativa

Solución: una mezcla homogénea formada por un disolvente y por uno o varios solutos

Isotónico: dos o más soluciones que tienen el mismo número de partículas disueltas por unidad de volumen y, por lo tanto, el mismo potencial hídricoHipotónico: es aquella solución que tiene menor concentración de soluto de dos o mas solucionesHipertonica: es aquella solución que tiene mayor concentración de soluto de dos o mas soluciones

Osmosis

Isotónico Hipertónico Hipotónico

Difusión facilitada: Transporte mediado por proteínas de membrana

• Las membranas celulares en cuyo interior confluyen las colas hidrofóbicas de las moléculas de lípidos son una barrera formidable para los iones y la mayoría de las moléculas hidrofílicas

• El transporte de sustancias hidrofílicas o cargadas, depende de proteínas integrales de membrana que actúan como transportadores, transfiriendo a las moléculas hacia uno y otro lado de la membrana sin que entren en contacto con su interior hidrofóbico

• Se pueden distinguir dos tipos principales de proteínas de transporte: las llamadas proteínas transportadoras o “carrier” y las proteínas formadoras de canales

Las proteínas “carrier” que se encuentran en la membrana plasmática o en la membrana que rodea a las organelas son altamente selectivas

Lo que determina qué molécula puede transportar es la estructura de la proteína

Difusión facilitada: Transporte mediado por proteínas de membrana

Difusión facilitada: Transporte mediado por proteínas de membrana

Uniporte: un soluto en particular se mueve directamente a través de la membrana en una dirección

Difusión facilitada: Transporte mediado por proteínas de membrana

Simporte dos solutos diferentes se mueven a través de la membrana, simultáneamente y en el mismo sentidoEl gradiente de concentración de uno de los solutos transportados, impulsa el transporte del otro Cotransporte de iones Na+ a favor de su gradiente impulsa el cotransporte de moléculas de glucosa

Difusión facilitada: Transporte mediado por proteínas de membrana

Antiporte: dos solutos diferentes se mueven a través de la membrana, simultánea o secuencialmente en sentidos opuestosLa bomba Na+-K+ es un ejemplo de antiporte

• Las proteínas que forman canales no se unen al soluto, forman poros hidrofílicos que atraviesan la membrana permitiendo exclusivamente el pasaje de iones (canales iónicos)

• El tipo de ion se selecciona de acuerdo al tamaño y a la carga

• Los canales iónicos se encuentran generalmente cerrados que impide el pasaje indiscriminado de iones por el poro

• Los canales pueden abrirse como respuesta a distintos tipos de estímulos, permitiendo el pasaje de un ion específico a través de la membrana

Difusión facilitada: Transporte mediado por canales

Transporte Activo: movimiento a través de la membrana que requiere energía

• Ocurre contra gradientes de concentración y con gasto de energía

• Nutrientes que están menos concentrados en el ambiente que en el citoplasma de la célula

• Iones de sodio y calcio en las células del cerebro, se deben mantener en concentraciones más bajas dentro de las células que en el fluido extracelular

• Para deshacerse de sustancias como bacterias o proteínas grandes, que son demasiado grandes para difundirse por una membrana, independientemente de los gradientes de concentración

Transporte Activo: movimiento a través de la membrana que requiere energía

En el transporte activo, las proteínas de membrana utilizan energía celular para pasar moléculas individuales al otro lado de la membrana plasmática en contra de sus gradientes de concentraciónLas proteínas de transporte activo atraviesan la membrana y tienen dos sitios activos:

Un sitio activo reconoce una molécula en particular, digamos un ión de sodio y se une a él

El segundo sitio se une a una molécula portadora de energía, generalmente el ATP

El ATP cede energía a la proteína, haciendo que ésta cambie de forma y mueva al ión a través de la membranaLas proteínas de transporte activo con frecuencia reciben el nombre de bombasLas bombas de la membrana plasmática son vitales en la absorción de minerales en los intestinos y para mantener los gradientes de concentración en las neuronas

Transporte Activo: movimiento a través de la membrana que requiere energía

Transporte Activo: movimiento a través de la membrana que requiere energía

Bomba sodio-potasio

a. Un ion Na proveniente del citoplasma se une a la proteína de transporte

b. Esto ocurre con gasto de energía proveniente del ATP, que se hidroliza y une un grupo fosfato(P) a la proteína, liberándose ADP(difosfato de adenosina)

Bomba sodio-potasio

c. Un cambio en la conformación de la proteína que hace que el sodio(Na) sea liberado afuera de la célula.d. Un ion K en el espacio extracelular se inserta en la proteína de transporte, que en esta conformación tiene mas afinidad por el K que por el Na

Bomba sodio-potasio

e. La unión del K libera el grupo fosfato, esto induce un cambio de conformación y el ion K es liberado en el citoplasma

Bomba sodio-potasio

Mantenimiento de la osmolaridad y del volumen celular

Absorción y reabsorción de moléculas

Potencial eléctrico de membrana

Transducción de señales

Bomba sodio-potasio

Transporte mediado por vesículas

Ocurre cuando la célula tiene que introducir o expulsar macromoléculas o partículas grandes

EndocitosisLa endocitosis es el proceso celular, por el que la célula mueve hacia su interior moléculas grandes o partículasSe puede dar por evaginación, invaginación o por mediación de receptores, formando unavesícula se incorpora al citoplasma. Esta vesícula, llamada endosoma, luego se fusiona con un lisosoma que realizará la digestión del contenido vesicular

Endocitosis

Endocitosis

Tres tipos de endocitosisa-Fagocitosis: el contacto entre la membrana plasmática y una partícula sólida induce la formación de prolongaciones celulares que envuelven la partícula, englobándola en una vacuolaLuego, uno o varios lisosomas se fusionan con la vacuola y vacían sus enzimas hidrolíticas en el interior de la vacuola

Endocitosis

Citoplasma

Digestión enzimatica

Citoplasma

b-Pinocitosis: ocurre cuando la membrana celular se invagina, formando una vesícula alrededor del líquido del medio externo que será incorporado a la célulaUna parte muy pequeña de membrana plasmática se hunde, y el contenido del fluido extracelular se introduce en el citoplasma, mediante una pequeña vesícula

Endocitosis

c- Endocitosis mediada por receptor:las sustancias que serán transportadas al interior de la célula se unen a los receptores específicos presentes en la membrana plasmáticaLos receptores se encuentran concentrados en zonas particulares de la membrana(depresiones) o se agrupan después de haberse unido a las moléculas que serán transportadas

Endocitosis

Cuando las depresiones están llenas de receptores con sus moléculas específicas unidas, se ahuecan y se cierran formando una vesícula

La célula puede captar ciertas más eficientemente por medio de la endocitosis mediada por receptor.La mayor parte de las membranas plasmáticas cuenta con muchos receptores proteicos en sus superficies externas, cada uno con un sitio de unión para una molécula de nutriente en particular

Endocitosis

Endocitosis mediada por receptor

• (del griego “fuera de la célula”)• Es utilizada por parte de las células para deshacerse de materiales

no deseados, productos de desecho de la digestión o para secretar materiales

• Durante la exocitosis, una vesícula creada por el aparato de Golgi se mueve hacia la superficie celular

• Una vez allí, la membrana de la vesícula se fusiona con la membrana plasmática

• La vesícula se abre al fluido extracelular y su contenido se difunde hacia fuera

Exocitosis

Exocitosis