Transporte

Transporte a través de membranas
Transporte a través de membranas
Estructura
de nucleósidos y nucleótidos

Membranas biológicas
Membranas biológicas

 Química-física del transporte

Definen límites celulares / compartimentos

• Difusión: ley de Fick
• Bioenergética
• Potencial de membrana: ecuación de Nernst

Funciones

Regulan transporte molecular
Organizan secuencias complejas de reacciones

Clasificación y tipos de transporte

• Distinciones bioenergéticas y cinéticas
(mecanismos)

 Difusión facilitada

PROPIEDADES ESPECÍFICAS

• Permeasas: Glut e intercambiador Cl -/HCO3• Canales iónicos: estructura, función y regulación

●

INSOLUBLES

Resistentes,
aguantan presiones

●

FLEXIBLES

Deformables,
acompañan crecimiento y movimiento

●

AUTOENSAMBLANTES

AutoreparaciónSELECTVAMENTE
PERMEABLES

Transporte de metabolitos
generación de energía
generación de señales

 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

●

2010 Enrique Castro

12010 Enrique Castro

2

Permeabilidad de las membranas
Permeabilidad de las membranas

Permeabilidad e Hidrofobicidad
Permeabilidad e Hidrofobicidad
K+

Agua

H2 O

Gases

O2, CO2,
NO, CO,
N2

polares
pequeñas
sin carga

Na+

-12

glucosa

trp

Cl+

urea

-10

-8

-6

indol
H2O

-4

-2

Coeficiente de permeabilidad, cm/s

Log P

urea
etanol, glicerol
Ác. Acético

glucosa
sacarosa

iones

K+, Na+,Ca2+, Mg2+
Cl-, HCO3-, H2PO4-

polares
cargadas

aminoácidos
glucosa--6-P
ATP, nucleótidos

Coeficiente de permeabilidad, cm/h

polares
grandes
sin carga

Permeabilidad

Hidrófobas Ác. grasos
pequeñas Esteroides

Permeabilidad ∝
hidrofobicidad

Coeficiente de reparto aceite/agua
2010 Enrique Castro

3

2010 Enrique Castro

Hidrofobicidad

4

Difusión libre: leyes de FickDifusión libre: leyes de Fick

Difusión a través de membrana
Difusión a través de membrana

 Difusión: camino al azar (relaciones de Einstein)

D= coeficiente de difusión

〈 x 〉=0
〈 x 2 〉=2 D⋅t
d =  2 D⋅t

2

[ D ]=

L
T

(depende del tamaño)
k T
D= B
cm 2
6  r
=

s

En tres dimensiones
m

dc
c
J = −D⋅
= − D⋅
dx


r=  6 D⋅t

Movimiento browniano

2∙n

m

δ
c1m

m

=

 Flujo a través de una frontera: 1º ley de Fick
12

c2

c1

dn 1
dc
⋅ = J =−D⋅
,
dt A
dx

[ J ]=

M
mol
= 2
2
L ⋅T cm ⋅s

ci
c

s
i

;

c im=⋅c is ;

β=2

 c m=⋅ c s

D⋅
s
J =−
⋅ c


c1S

β=1

Flujo proporcional al
gradiente de concentración

J = −P⋅ c

s

 Variación temporal: 2ª ley de Fick

n
c  x , t = ⋅  D t ⋅ e
2

−

P = D⋅

t=1

Distribución gausiana

δ

[ P ]= L ⋅TL ⋅1 = cms
−1

• Coeficiente de reparto
• Coeficiente dedifusión (√Mr)
• Espesor de la membrana

t=4
t=16

t=64
-3

2010 Enrique Castro

2

x

Coeficiente de permeabilidad

C
x2
4 Dt

c2S

β=0.2

0

dc
dJ
d2c
=− =D⋅ 2
dt
dx
dx

c2m

β=0.5

-2

-1

0

X

1

2

3
5

2010 Enrique Castro

6

Energía libre y transporte
Energía libre y transporte

Difusión de iones: 
Difusión de iones: 
potencial de membrana
potencial de membrana
Membrana impermeable
Em= 0 mV0

equilibrio

Membrana permeable a Na+
Em= -59 mV

-60

+60

-60

+60

NaCl
15 mM

NaCl
150 mM

NaCl
15 mM

NaCl
150 mM

⊕
⊕
componente
químico

componente
eléctrico

[N a + ]d e st i n o

 G = R T⋅l n [ N a

+

]orig e n

ΔV= 0

 zF⋅ E m

0
-60

R = 8.315 J·mol-1·K-1
(1.987 cal∙mol-1∙K-1)

⊖
⊖

NaCl
150 mM

Cl+

Separación
de cargas
=
potencial de
membrana

⊕
⊕

ΔV≠ 0 constante

F = 96480Cb·mol-1 ( J·mol-1·V-1 )
(23059 cal∙mol-1∙V-1)

⊖
⊖

Membrana permeable
a Na+0 y Cl-

PNa>PCl

-60

+60

NaCl
15 mM

NaCl
150 mM

Na+
Cl+
ΔV≠ 0 transitorio

Membrana = Condensador eléctrico

1 cal = 4.184 J
2010 Enrique Castro

Em= +59 mV
+60

NaCl
15 mM

Na+

ΔV≠ 0 constante

Membrana permeable a Cl-

 E m =E d e s t i n o−E ori g e n

0

C=Q/V
C = 0,8-1 μF/cm2
7

2010 Enrique Castro

8...