Transporte activo primario

Transporte activo primario utiliza directamente energía para transportar las moléculas a través de una membrana.^[1]

La mayor parte de las enzimas que realizan este tipo de transporte están ATPases del transmembrane. Un ATPase primario universal a toda la vida celular es bomba sodium-potassium, que las ayudas mantienen potencial de la célula. Otras fuentes de la energía para el transporte activo primario son redox energía y fotón energía (luz). Un ejemplo del transporte activo primario que usa energía Redox es el mitochondrial cadena de transporte del electrón ese utiliza la energía de la reducción de NADHpara mover los protones a través de la membrana mitochondrial interna contra su gradiente de la concentración. Un ejemplo del transporte activo primario que usa energía ligera es las proteínas implicadas adentro fotosíntesis ese uso la energía de fotones de crear un gradiente del protón a través del membrana del thylakoid y también crear energía de la reducción bajo la forma de NADPH.

ATP que utiliza tipos primarios del transporte activo

(1) P-tipo ATPase: Bomba del sodio, bomba del calcio

F-tipo ATPase (de 2): synthase mitochondrial del ATP, synthase del ATP del cloroplasto

V-tipo ATPase (de 3): ATPase vacuolar

(4) Transportador del ABC (cassette obligatorio del ATP): MDR, CFTR, etc

http://biomodel.uah.es/biomodel-misc/anim/memb/tas.html

REFERENCIAS

The effect of changes in hepatocyte membrane potential on immediate-early proto-oncogene expression following partial hepatectomy in rats.

Minuk GY, Kren BT, Xu R, Zhang X, Burczynski F, Mulrooney NP, Fan G, Gong Y, Steer CJ.

Department of Medicine, University of Manitoba, Winnipeg, Canada.

Ultraestructural Characteristic of Intracellular Contacts and Cell Membrane Differentiations

Jean-Claude Wanson

Liver The Biology and Pathobiology

Third Edition

Arias

Hodgkin, A. & Horowicz, P., (1959)The influence of potassium and chloride ions on the membrane potential of single muscle fibres. J.Gen. Physiol., 148:127-160.

Weiss, T.F. (1996) Cellular Biophysics, Vol. 1, Transport. The MIT Press, Cambridge

http://esg-www.mit.edu:8001/esgbio/chapters.htm

http://www.cs.us.es/~marper/docencia/membranas/temas/z-2.pdf

Modelo de membrana de Gorter y Grendel. PROTEINAS: Concepto y estructura. Modelos de membrana de Davson y Danielli y el de Robertson. Asimetría y Fluidez:

http://mit.ocw.universia.net/7.012/f01/pdf/cellmembrane.pdf

http://biolmol.fcien.edu.uy/materiales/clase_senales_1.09.pdf

MEMBRANA HEPATOCELULAR

OTRAS PROTEÍNAS DE MATRIZ EXTRACELULAR

Las glicoproteínas principales multifuncionales encontradas en la matriz extracelular son: fibronectina (FN)

laminina (LN)

tenascina (TN)

trombospondina (TB).

Para cumplir con sus funciones estas moléculas necesitan de otras moléculas que sirven

de unión entre la matriz extracelular y el citoesqueleto celular, como son: las integrinas, las caderinas, las inmunoglobulinas y las selectinas.

Las moléculas de adhesión son un grupo de glicoproteínas que tiene como función regular las relaciones entre las células y la matriz extracelular. Son elementos fundamentales en las interacciones célula-célula y célula-matriz. Las mejor estudiada son las integrinas, caderinas y la superfamilia de las inmunoglobulinas.

Las integrinas son un conjunto de glicoproteínas formadas por la asociación de dos subunidades, α y β, unidas entre sí por uniones no covalentes. Presentan peso molecular que varía de 90 a 220 Kd. Son mediadoras de las interacciones célula -célula y célula-matriz; muchas de estas acciones son mediadas por la secuencia RGD.

La subunidades β presentan ocho variantes diferentes, clasificadas de β1 a β8. La cadena α tiene 15 subunidades diferentes. Cada subunidad presenta tres dominios: uno extracelular largo, uno transmembranoso y uno intracitoplamático corto, que interactúa con los componentes del citoesqueleto, tales como la talina, vinculina, α actina, fibrilina, y sirve de mensajero al dar señales de transducción.

Las integrinas β1 tienen Receptores para varios componentes matriciales, que incluyen fibronectina; colágeno II y VI interactuando en la adhesión de la células con la matriz. Pueden estimular la secreción de colagenasa y consecuentemente contribuir para reconstrucción de la matriz; esto ha sido demostrado con la α5β1 que interactúa con la fibronectina. La integrina α5β1se expresa en el epitelio endometrial, en la fase secretora, y en las células trofoblásticas. La α1β1 se une a la laminina, fibronectina y colágeno IV y tiene un papel fundamental en el desarrollode la gestación normal.

La integrina α6β4 puede actuar como receptor para laminina y es observada en las células columnares de las vellosidades. Su función está relacionada con el desarrollo de estas células.

GLUCOSAMINGLICANOS PROTEOGLICANOS

Los proteoglicanos son complejos de macromoléculas formados por la asociación covalente entre cadenas polipeptídicas y glicosaminoglicanos. Estas últimas se forman de polímeros de unidades de disacáridos repetidas (hexosamina más ácido hexaúronico y en gran parte presentan diferentes niveles de sulfatación, como el condroitin-sulfato, dermatan-sulfato, queratan-sulfato y heparan-sulfato.

El núcleo proteico de los diferentes proteoglicanos varía de peso molecular, de 19 a 500 Kd. El número de cadenas de glicosaminoglicanos varía de 1 a 100; la estructura primaria está formada por un proteoglicano pequeño: serina-glicina, que presenta un núcleo proteico y 14 cadenas de glicosaminoglicanos.

El ácido hialurónico es el único glucosaminoglicano que no se une a la cadena peptídica; tiene un papel muy importante en la migración celular. Facilita la hidratación de los tejidos, debido a la gran cantidad de radicales libres, que se ligan a las moléculas de agua. Por lo tanto, la hidratación de los tejidos depende de la concentración y el estado fisiológico del ácido hialurónico.

Estudios recientes han demostrado que el ácido hialurónico al unirse a la proteína B forma el complejo ácido hialurónico proteína B. Este complejo ha sido asociado al estímulo de la actividad de proteína quinasa, que sirve como señal de traducción a nivel celular, y tiene un papel importante en la interacción de la superficie celular con el citoesqueleto.

La función de los proteoglicanos es contribuir a la adhesividad celular mediante su interacción con la superficie celular y con otros componentes matriciales. El sindecan, por ejemplo, proteoglicano de la membrana celular, transmite señales a proteínas transmembranales, como las integrinas, que a su vez interactúan con el citoesqueleto, el cual facilita la interacción de los filamentos de actina.

BIOSÍNTESIS DE COLÁGENA

Una vez que ha sido sintetizada, la molécula de colágeno presenta la particularidad de que experimenta una serie de modificaciones antes de llegar a su estructura definitiva.

La lectura del ARN mensajero por los polirribosomas del retículo endoplasmático constituye la fase inicial de la biosíntesis. A continuación, los polisomas se encargan de ensamblar los aminoácidos para formar las cadenas polipeptídicas.

Estas cadenas polipeptídicas, precursoras de las cadenas alfa (cadenas proalfa), llevan en sus extremos secuencias suplementarias de aminoácidos.

Las cadenas proalfa van a sufrir una hidroxilación en el seno del retículo endoplasmático, mediante la cual un centenar de grupos peptidilprolina se transforman en hidroxiprolina

y una veintena de grupos peptidillisina se convierten en hidroxilisina.

Acto seguido, se fijan en los grupos hidroxilisina moléculas de galactosa y glucosa, mientras que en los grupos terminales de las cadenas se fijan otros azúcares. Por último, se crean puentes

disulfuro entre las cadenas polipeptídicas, llegándose así a la formación de la molécula de procolágeno.

La molécula de procolágeno transita por las vesículas de Golgi y pasa al medio extracelular, en el cual, bajo la acción de las proteasas, sufre una escisión de los grupos N-terminal y Cterminal.

Después de esta escisión, las moléculas de colágeno se constituyen en fibras.

Se piensa que los grupos terminales desempeñan un papel importante en la formación de la triple hélice.

Por último, la creación de enlaces transversales entre las cadenas polipeptidicas asegura la

gran solidez de la molécula.

MATRIZ EXTRACELULAR DE LOS TEJIDOS ANIMALES

Los dos componentes principales de la matriz extracelular son las fibras y la sustancia fundamental amorfa.

Las fibras pueden ser de tres tipos: colágenas, elásticas y reticulares y sus características estructurales, físicas y químicas se estudian en el capítulo de tejido conjuntivo.

La sustancia fundamental amorfa, como su nombre indica, no presenta ninguna estructura

especial al M/O. Existe en forma de gel o de sol, variando desde sustancias gelatinosas muy duras a líquidos de viscosidad variable.

Las características del tejido conjuntivo, y por tanto, sus funciones, dependen en gran medida de las propiedades y la distribución de dicha matriz.

Las células y las fibras del tejido conjuntivo están inmersas en un material viscoso, incoloro, transparente y ópticamente homogéneo que se denomina sustancia intercelular amorfa.

Las características principales de la sustancia amorfa están dadas por su composición

química y el estado físico coloidal (sol-gel) que permiten que:

1. Sean un factor importante en el control de la difusión de los nutrientes y sustancias de desecho a través del líquido tisular.

2. Puedan colaborar a la retención de agua, con lo que mantienen la turgencia de los tejidos.

3. Por su viscosidad, tengan una importante función de lubricación.

4. Puedan inhibir o regular la actividad de ciertas enzimas.

5. Constituyan en parte una barrera a la entrada de partículas extrañas.

UNIONES COMUNICANTES

UNIONES ESTRECHAS

Actúan como barrera restringiendo el movimiento de moléculas entre el dominio apical y basolateral.

Las principales proteínas que constituyen este tipo de uniones son: Caludinas, Ocludinas y JAMs que median interacciones homofílicas y los dominios intracelulares se anclan al citoesqueleto de actina a través de proteínas adaptadoras.

UNIONES CELULARES

Las especializaciones superficiales de las células esenciales para el desarrollo y funcionamiento de los organismos superiores, se denominan uniones intercelulares.

Estas pueden ser: Impermeables, Adherentes y de Comunicación.

Los desmosomas pertenecen al tipo de uniones Adherentes y permiten que un tejido se encuentre unido así como que las células que lo componen trabajen en coordinación armónica para el correcto funcionamiento de dicho tejido. Este tipo de uniones se clasifican a su vez en:

• Desmosomas en Banda: forman una franja que se une a las células epiteliales por debajo de las uniones herméticas. Están formados por filamentos de actina que se contrae en presencia de ATP, Ca y Mg.
• Desmosomas puntiformes: Forman puntos de contacto entre las membranas plasmáticas de las células adyacentes. En la superficie citoplasmática de cada membrana plasmática hay una placa en forma de disco, de donde salen filamentos no contráctiles llamados tonofilamentos, que forman una red que resiste a la tensión.
• Hemidesmosomas: Unen a las células epiteliales individuales al tejido conectivo impidiendo la separación de estas dos capas

TRANSPORTE DE MOLÉCULAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA

TRANSPORTE PASIVO

Las moléculas tienden a moverse desde el compartimento donde su concentración es mayor a aquel donde es menor, es decir a favor de gradiente. Si se trata de iones hay que tener en cuenta, además del gradiente de concentración, el gradiente eléctrico y, por tanto, los iones tenderán a moverse a favor de gradiente electroquímico. Estos movimientos que no precisan aporte de

energía constituyen el transporte pasivo.

A través de la bicapa lipídica pueden pasar moléculas apolares, como el oxígeno o el dióxido de carbono, y moléculas polares muy pequeñas y sin carga eléctrica como el agua, la urea, etc.

Este tipo de transporte se denomina “difusión simple“.

Las moléculas polares un poco mas grandes, como glucosa, aminoácidos, nucleótidos, etc y los iones atravesarán la membrana a través de proteínas integrales: canales en el caso de los iones y proteínas transportadoras o permeasas en el caso de moléculas polares. Este tipo de transporte se denomina “difusión

facilitada“.

TRANSPORTE ACTIVO

Se realiza contra gradiente (de concentración o electroquímico) con la ayuda de proteínas

transportadoras que consumen energía para impulsar el transporte. Las proteínas de membrana que utilizan la energía del ATP para transportar iones contra gradientes electroquímicos se denominan bombas. Un ejemplo de este tipo de transporte es el de los iones sodio y potasio, realizado por la bomba de sodio-potasio-ATP-asa. Esta bomba es una proteína integral de membrana que bombea tres iones sodio hacia el exterior y dos Iones potasio hacia el interior por cada ATP hidrolizado y es responsable del mantenimiento de una diferencia de potencial en la membrana necesaria para la sensibilidad celular.

MOVILIDAD DE LOS COMPONENTES DE LAS MEMBRANAS

ASIMETRÍA DEL PLASMALEMA

La composición lipídica y proteica de la monocapa interna de la membrana es diferente a la de la monocapa externa.

Los oligosacáridos unidos a los lípidos y proteínas de membrana se disponen únicamente en la cara externa de la membrana donde constituyen un revestimiento protector implicado en el reconocimiento celular y de moléculas externas. Confiere a la célula su identidad antigénica.

PROTEÍNAS DE MEMBRANA

Son el principal componente de las membranas y desempeñan un papel fundamental en la regulación y control de la permeabilidad.

Entre las proteínas de membrana, podemos distinguir también polipéptidos que poseen función enzimática, receptores para diversas señales (como las hormonales), que producen la adhesión celular y proteínas con una variedad enorme de funciones.

Las proteínas de membrana pueden clasificarse, utilizando como criterio el grado de asociación a esta, en “integrales” y “periféricas”. Es así como, las proteínas integrales toman contacto tanto con el lado exterior, como con el interior de la membrana. Por lo tanto se dice también que estas proteínas son de transmembrana. Casi en forma invariable estas proteínas se encuentran asociadas con hidratos de carbono, por lo cual se las denomina como Glucoproteínas, las cuales representan más de un 70 % del total de las proteínas de membrana. Es importante aclarar que, si bien las proteínas pueden rotar sobre su propio eje y moverse lateralmente, nunca cambian de posición dentro de la bicapa.

Las proteínas de membrana pueden ser extrínsecas o intrínsecas. Las extrínsecas se encuentran fuera de la membrana unidas a ella por puentes de hidrógeno, fuerzas de van der Waals o iónicas. Las intrínsecas se encuentran embebidas en la membrana. Muchas se extienden desde una cara a la otra de la membrana y se conocen como proteínas de transmembrana. Estas proteínas de transmembrana pueden funcionar transportando iones de diferentes maneras.

Las células constantemente bombean iones hacia afuera o adentro a traves de su membrana plasmática. En realidad, mas del 50% de la energía que consume nuestro cuerpo es usado por las células nerviosas de nuestro cerebro para mantener las "bombas" que no hacen otra cosa que transportar iones a través de sus membranas.

LÍPIDOS Y FLUIDEZ DE MEMBRANA

La característica principal de los lípidos es que no tienen afinidad por la agua, es decir, son hidrofóbicos. Presentan una gran diversidad estructural y funcional.

Los componentes moleculares más importantes de las membranas son los lípidos (fosfolípidos y esteroides), las proteínas y los carbohidratos.La ordenación de fosfolípidos y proteínas en membranas fue descrita por el modelo del mosaico fluido.

La mayoría de los lípidos tienen una movilidad lateral rápida pero son mucho menos móviles transversalmente, de un lado al otro de la membrana (flip-flop).

Las proteínas se mueven también, pero más despacio que los lípidos.

La fluidez de la membrana se ve influenciada por la temperatura y por la presencia de algunos componentes, como ácidos grasos más o menos saturados y esteroides.

MODELO DE MEMBRANA

En el 1925, Gorter y Grendel extrajeron lípidos de la membrana de los eritrocitos y al extendelos sobre agua vieron que ocupaban una superficie dos veces mayor a la superficie del eritrocito, deduciendo que la membrana estaba formada por una bicapa lipídica.
Cole, en 1932, estudio la tensión superficial de las membranas de óvulos de erizo de mar y observó que era más pequeña que la tensión superficial teórica de la capa lipídica. En realidad es mayor pero se confundieron al hacer los cálculos, aunque su interpretación fue correcta concluyeron que la membrana plasmática tenía que estar formada por otros componentes a parte de los lípidos.
Danielli y Dauson, 1935, propusieron una estructura de la membrana en forma de sandwich en la que los fosfolípidos estarían en el centro formando una bicapa y estarían rodeados por proteínas y para que había habido intercambio propusieron poros en la membrana plasmática.
Robertson, en 1959, formuló el concepto de unidad de membrana, que sugiere que todas las membranas son iguales, tanto las plasmáticas como las citoplasmáticas. Sin embargo hay componentes singulares en las diferentes membranas.

ORGANIZACIÓN MOLECULAR DE LA MEMBRANA

La membrana celular separa el citoplasma del medio externo lo cual es necesario para mantener la integrida de la célula, participa en el transporte activo de forma selectiva, de moléculas y iones en ambos sentidos, mediante canales y bombas, participa en la señalización gracias a que en ella se encuentran receptores y enzimas.

Químicamente las membranas están constituidas por:

• Proteína (periféricas, integrales y transmembranales) y Lípidos

Algunas de las funciones de las proteínas de membrana son transportadores, con actividad enzimática, receptores de superficie, marcadores de identidad de superficie celular, adhesión celular y unidoras al citoesqueleto.

• Agua
• Hidratos de arbono

Oligo/monosacárdios unidos de forma covalente a los lípidos. El conjunto de estas moléculas forman una cubierta extracelular denominada Glucocaliz

Los lípidos se encuentran agrupados en orden, formando bicapas, que constituyen una matriz donde se insertan las proteínas. Dado que las membranas se encuentran formadas por diferentes tipos de fosfolípidos en cada monocapa, son asimétricas.

Los fosfolípidos contienen largas cadenas hidrocarbonadas que les confieren su carácter hidrofóbico y cabezas polares hidrofílicas constituidas por grupos amino fosfato. En contacto con el agua los fosfolípidos forman diferentes agregados moleculares: fase cristalina o lamelar, fase gel lamelar con cadenas hidrocarbonadas ordenadas, fase gel, fase lamelar fluida con cadenas desordenadas.