UNIVERSIDAD ANDRES BELLOFacultad de Ciencias de la SaludDepartamento de Ciencias BiolgicasCurso BIO376

Transporte a travs de membrana:Transporte de agua

Dr Pedro Gallardo M. Ph.D.

Caractersticas del transporte de agua La osmosis es el movimiento pasivo de agua desde uncompartimiento de mayor a menor presin

En tejidos animales la principal fuerza impulsora para laosmosis es la diferencia de presin osmtica entre doscompartimientos. Esta diferencia de presin osmticaequivale tambin a una diferencia de potencial qumico delagua

La presin osmtica es una propiedad coligativa quedepende del nmero y no de la naturaleza de las partculas

Modelo fsico para explicar la osmosis

A contiene una solucin, la membrana es impermeable al soluto y B contiene agua pura

Gradiente de potencial qumico del agua porque hay ms agua pura en B que en A

Gradiente de presin osmtica= = A -B

Presin osmtica ()A = CA RT y B = CB RT CA = concentracin total de solutos en A (mol/L)

R= 0.082 atm L/mol K; T en escala absoluta

= coeficiente de reflexin, ndice de permeabilidad relativade la membrana al soluto y agua= 0 para un soluto permeable = 1 para un soluto impermeable

= A - B

Condicin de equilibrio

Condicin inicial9 9 Flujo osmtico (Jw) es 0, h1=h2Jw = LpA () (Ph)Equilibrio9 es 09 h1>h2 genera presin hidrosttica en A9 Jw neto = 0

Jw = Ph =

h1 h2

Osmol efectivo, osmol inefectivo, coeficiente de reflexin

Soluto est restringido al compartimiento A y nuncapasa a BOsmol efectivo: restringido a un compartimiento y 1

Na+, Cl-, HCO3-

Na+ y aniones acompaantesestn restringidos al espacioextracelular

Osmol efectivo, osmol inefectivo, coeficiente de reflexin

Soluto no est restringido al compartimiento A y difundedesde A a BOsmol inefectivo: membrana es relativamente permeable alsoluto. 0El movimiento del soluto a favor de su gradiente provoca unmovimiento de molculas de agua

Osmolalidad, osmolaridad

Osmoles/kg solvente (Osm) Osmolalidad

Osmoles/L solvente Osmolaridad

La medicin del volumen es dependiente de la temperaturay no as la medicin de la masa del solvente

Para soluciones diluidas existe escasa diferencia entre laosmolalidad y la osmolaridad

Osmoles/L = C (mol/L) n (nmero de partculas en solucin)

Osmolalidad del lquido extracelular = 285 mOsm

Osmoles/L = C (mol/L) n (N de partculas en solucin)

Relacin entre concentracin y osmolalidad de una solucin

Solucin 0,15 M de NaCl y 0,15 M de glucosa

9 Solucin de NaClNaCl (s) Na+ (aq) + Cl- (aq) 2 partculas

0,15M x 2 = 0,3 Osmoles/L 300 mOsm

9 Solucin de glucosaGlucosa (s) Glucosa (aq) 1 partcula

0,15M x 1 = 0,15 Osmoles/L 150 mOsm

Tonicidad

La tonicidad se refiere al impacto que tiene una solucinsobre el volumen celular Isotnica: no cambia el volumen celular Hipotnica: aumenta el volumen celular Hipertnica: reduce el volumen celular

300 mOsm300 mOsm

a) soluto impermeablealto coeficiente de reflexinb) soluto permeablebajo coeficiente de reflexin

Soluto externo impermeable

i = e = 285 mOsmJneto de H2O = 0Volumen celular constante

Caractersticas de la solucin externa: Isotnica porque no altera el volumen celular Isoosmtica porque tiene la misma osmolalidad que elplasma. Soluto presente es impermeable (osmol efectivo)

Soluto externo permeable

SH2O

Soluto puede entrar a la clula a favor de una gradiente deconcentracin Al flujo de soluto de soluto le sigue un flujo de agua Aumento del volumen celular La solucin que es isoosmtica es tambin hipotnica alprovocar un aumento del volumen celular Soluto de la solucin externa es un osmol inefectivo

Una solucin isoosmtica:

9 Puede ser hipotnica si el soluto tiene un bajocoeficiente de reflexin y entra a la clula. En otras palabras, es permeable al soluto y ste entra a la clula

9 Puede ser isotnica si el soluto tiene un coeficiente de reflexin alto. Es decir la membranaes poco permeable al soluto

Una solucin externa isotnica no altera el volumen celular

Una solucin externa hipotnica aumenta el volumencelular

Una solucin externa hipertnica disminuye el volumencelular

Tonicidad de la solucin externa y volumen celular

Cmo regulan las clulas su volumen frente a cambios enla tonicidad del medio externo?

Regulacin del volumen celular

Las clulas tienen la capacidad de detectar cambios enel volumen celular

Las clulas regulan su volumen a travs de la activacinde mecanismos de transporte que median la entrada o lasalida de iones y osmolitos orgnicos.

El movimiento de osmolitos orgnicos y iones va seguidode un flujo osmtico

Frente a un aumento del volumen celular, las clulasactivan transportadores que producen una salida neta desolutos y aguaLo opuesto es vlido frente a una reduccin del volumencelular

Osmolitos orgnicos

Los osmolitos orgnicos son molculas que se acumulanen las clulas en respuesta a un medio externo hipertnico.Su acumulacin favorece la mantencin del volumen celular

9 sorbitol: sintetizado a partir de glucosa por la enzimaaldosa reductasa

9 betana, taurina, myo-inositol son acumulados por lasclulas en respuesta a la hipertonicidad

Entran a las clulas a travs de cotransportadores Na+-dependientes:

BGT1: cotransportador Na+-betanaSMIT: cotransportador Na+-myo-inositolTauT: cotransportador Na+-taurina

glucosa sorbitolAR Na+/betana

Na+/myoinositol

Na+/taurina

acumulacin de osmolitos orgnicos

hipertonicidad

hipertonicidad activacin del factor de transcripcin activado por hipertonicidad (TonEBP) TonEBP estimula la transcripcin de genes que codifican para protenas que median la acumulacin de osmolitosorgnicos

Mecanismos de regulacin del volumen celular

Vas de paso de agua en las clulas animales

bicapalpdica protena

Permeabilidad al agua Liposoma = 97 x 10-4 cm/s Eritrocito fantasma= 540 x 10-4 cm/s

El paso de agua a travs de una bicapa es ms lento que a travs de una membrana celular

Referencia: P. Agre et al. Journal of Physiology 542 (1):3-16. 2002www.jphysiol.org

Canales de agua o acuaporinas (AQPs)

Estructura general de las acuaporinas

Modelo tridimensional de AQP-1mostrando los aminocidos queforman el poro por donde pasanlas molculas de aguaLa topologa de las

AQPs en la membranasera similar a un relojde arena

La mayora de las AQPs existen en lasmembranas como homotetrmeros

monmero deAQP-1

Organizacin tetramrica de AQP-1 en la membrana

AQP-1 existe como un homotetrmero en la membrana celular Otras AQPs como AQP-2 tambin adquieren esta organizacin

Pf unitaria de AQP-1:3 x 109 molculas de H2O/s

Familia de las AQPs en humanos

transportadoras estrictas de aguaAQP-1: ubicuaAQP-2: regulada por la hormonaantidiurticaAQP-4: insensible a Hg

transportadoras de agua y desolutos orgnicos pequeos: urea,glicerol

Expresin funcional de AQP-1 del tbulo renal en oocitos

Abundancia de AQP-1 en el tbulo renal de rata

AQP-1

agua

extraccinde RNA

sntesis dede cDNA

inyeccin de oocitos cona: cRNA de AQP-1 ob: agua

expresin de AQP-1en oocitos y ensayofuncional

rin de rata

Compartimientos corporales y distribucin del agua en elorganismo

Agua total corporal = 60% del peso corporal

Membrana plasmtica separa los compartimientosintra y extracelulares. La membrana es permeable al aguaCompartimiento intracelular = 40% del peso corporalCompartimiento extracelular= 20% del peso corporal

Endotelio capilar separa el compartimiento vascular delintersticial: del LEC es fluido intersticial del LEC es corresponde a plasma

Distribucin del agua en los compartimientos corporales

Movimientos de solutos y agua en el organismo Todos los solutos entran y salen del organismo a travsdel lquido extracelular Los compartimientos extra e intracelular estn en equilibrio osmtico El equilibrio osmtico se logra a travs de movimientosde agua a travs de la membrana celular

Osmolalidad intracelular y extracelular

Compartimientointracelular285 mOsm

Compartimientoextracelular285 mOsm

Jneto de H2O =0

Sales de Na+

Na+Sales de K+

3Na+

2K+

Osmolalidad extracelular = [Na+] x 2

Adicin de 1 L de agua

Agua entra medio extracelular posterior a la absorcin enel intestino delgado

Disminucin de la osmolalidad del medio extracelular

La reduccin de la osmolalidad extracelular provoca la entrada de agua a las clulas para mantener el equilibrioosmtico

Aumento transitorio del volumen celular

La homeostasis de los lquidos corporales se mantendrmediante la eliminacin de 1L de agua

Adicin de 1 L de agua

1L de H2O

[Na+]extraceluar

[Na+] extracelular

Osmolalidadplasmtica

H2O

Compartimientointracelular

Adicin de 1L de NaCl isotnico (0,9 % p/v)

La solucin entra al compartimiento extracelular a travsde una infusin endovenosa

Solucin es isotnica y por ende no altera el volumen celular

La osmolalidad del fluido agregado es la misma que ladel medio extracelular y formada por solutos principalmenterestringidos al medio extraceluar

El resultado neto es el aumento del volumen extracelular

Adicin de 1 L NaCl 0,9 % (p/v)

1L NaCl 0,9%

[Na+]extracelular

[Na+]extracelular no cambia

Osmolalidad plasmtica semantiene constante

Jneto de H2O = 0Compartimientointracelular