Transporte a través de membrana

1. PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA: TRANSPORTE DE PEQUEÑAS MOLÉCULAS

La membrana es una barrera altamente impermeable y muy selectiva. Previene la perdida de material hidrosoluble intracelular, pero permite el paso de agua.

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A. TRANSPORTE PASIVO.

– Se realiza a favor de gradiente de concentración.

– No consume energía.

1. DIFUSIÓN PASIVA.

Las características más importantes son:

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– No es saturable y sigue una cinética lineal.

– Se alcanza el equilibrio cuando se igualan las concentraciones a ambos lados de la membrana.

– Transcurre a favor de gradiente electoquímico.

– No necesita proteínas transportadoras.

– No hay gasto de energía.

Usan este mecanismo de transporte las moléculas apolares y de bajo P.m.

El agua se mueve por osmosis: Movimiento del agua a través de una membrana, desde la zona de baja concentración de solutos hacia la con mayor concentración.

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2. DIFUSIÓN FACILITADA. Existen dos tipos mayoritarios de proteínas transportadoras:

2.1. PROTEÍNAS DE TRANSPORTE O CARRIER. Permite el paso de moléculas polares como la glucosa. Sus características son:

– Se alcanza el equilibrio cuando se igualan las concentraciones a ambos lados de la membrana.

– Va a favor de gradiente de concentración y no consume energía.

– Es saturable y sigue una cinética enzimática clásica.

– Interviene una proteína transportadora llamada PERMEASA.

– Es dependiente de inhibidores.

– Las sustancias difunden acopladas a la permeasa y esta sufre un cambio conformacional (modelo de ping-pong).

2.2. PROTEÍNAS DEL CANAL.

Los CANALES ACUOSOS o POROS que están formados por proteínas del canal. Con este sistema se aumenta la velocidad de difusión. Tipos:

a) Canales susceptibles de abrirse mediante interacción con un ligando (canales regulados por ligando). Ejemplo: canales de potasio dependientes de ATP.

b) Canales dependientes de voltaje, como los canales de sodio de la neurona o los canales de calcio del músculo.

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2.3. IONÓFOROS.

Los IONÓFOROS son sustancias de bajo peso molecular e hidrófobas que son sintetizadas por microorganismos. Se disuelven en la membrana y aumentan la permeabilidad de los iones, que son transportados a favor de gradiente. Hay dos tipos:

a) Formadores de canales: Gramicidina A (transporta sodio, potasio y protones).

b) Transportador móvil o carrier: Valinomicina(transporta potasio y protones).

B. TRANSPORTE ACTIVO.

1. CARACTERÍSTICAS.

– Sucede en contra de gradiente electroquímico.

– Gasta energía.

– Participan en proteínas de membrana (transportadores).

– Es específico y saturable.

– Sigue una cinética enzimática y es susceptible a inhibidores.

– El mecanismo molecular de transporte es de tipo “ping-pong”.

2. TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO.

– Sencillo o UNIPORTE: transporta una sola sustancia.

– Complejo o COTRANSPORTE: transporta dos sustancias.

– SIMPORTE: en el mismo sentido

– ANTIPORTE: en distinto sentido.

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3. TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO (está asociado al primario). Es un tipo de transporte que está impulsado por gradientes iónicos. Ejemplo:

– Transporte de aminoácidos y glucosa acoplado a la ATPasa de sodio y potasio en las células del epitelio renal e intestino delgado.

– En bacterias y plantas, la mayoría del transporte activo impulsado por gradiente iónico depende del gradiente de H+, como el transporte lactosa en E. coli.

C. TRANSPORTADORES DE INTERCAMBIO (ANTIPORT) DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA, REGULAN EL pH INTRACELULAR.

La mayoría de las células de los vertebrados tienen un sistema de transporte de intercambio impulsado por Na+, llamado TRANSPORTADOR DE INTERCAMBIO Na/H+, que regula el pH intracelular entre 7.1-7.2. Este transportador acopla la salida de H+ y la entrada de Na+, eliminando H+.

La actividad del intercambiador está regulada por el pH intracelular:

– pH de 7.7, el intercambiador está inactivo.

– pH desciende, el intercambiador se activa.

– pH 7.4, el intercambiador alcanza su actividad máxima.

Se cree que el INTERCAMBIADOR Cl-/HCO3- (similar a banda 3) regula el pH intracelular. Estaría regulado por el pH, pero en sentido opuesto. Este intercambiador saca HCO3- e introduce Cl-, disminuyendo el pH del citosol siempre que sea alcalino.

D. TRANSPORTE TRANSCELULAR DE SOLUTOS EN LAS CÉLULAS EPIDÉRMICAS.

En las células epiteliales del intestino delgado y de la nefrona, los transportadores están colocados de manera asimétrica:

Transportadores unidireccionales acoplados a Na+ están en el polo apical (absorbente) de la membrana plasmática. transportan nutrientes de forma activa hacia el interior de la célula, generando marcados gradientes de concentración.

Proteínas de transporte independiente de Na+ (permeasas) en polo basal y lateral, que permiten que los nutrientes abandonen la célula a favor de gradiente de concentración.

La ATPasa Na+/K+ esta en el polo basolateral y se encarga de mantener el gradiente de Na+ que permite el transporte (saca Na+ e introduce K+).

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E. TRANSPORTE ACTIVO EN BACTERIAS.

1. TRANSLOCACIÓN DE GRUPO.

La estrategia consiste en atrapar una molécula que ha entrado en la bacteria de forma pasiva y modificarla de tal manera que no pueda escapar a través del mismo canal por el que ha entrado. En algunas bacterias los azucares son fosforilados, con lo que:

– Los azucares fosforilados están ionizados y no pueden salir.

– La concentración de azúcar sin fosforilar es baja y mantiene un gradiente de concentración favorable para que entre más azúcar.

2. BACTERIAS CON DOBLE MEMBRANA: SISTEMA DE TRANSPORTE QUE DEPENDE DE PROTEÍNAS DE UNIÓN AL SUSTRATO SOLUBLES EN AGUA.

Las bacterias Gram (-) tienen en su membrana externa unos poros por los que pueden difundir solutos de P.m. < 600 daltons, denominados PORINAS. En estas bacterias, algunos azucares, aminoácidos y pequeños peptidos, son transportados a través de la membrana interna (plasmática) mediante un sistema de transporte que usa dos componentes.

– PROTEÍNAS PERIPLASMÁTICAS DE UNIÓN: se unen a la molécula específica que va a ser transportada y sufre un cambio de conformación que la capacita para unirse al segundo componente del sistema de transporte localizado en la membrana interna. También pueden actuar como Rc de quimiotaxis.

– TRANSPORTADOR DE LA MEMBRANA INTERNA: toma el soluto de la proteína periplásmica y lo transfiere activamente al interior (gasto de ATP).

2. TRANSPORTE DE MACROMOLECULAS

A. ENDOCITOSIS.

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1. TIPOS DE ENDOCITOSIS.

La célula es capaz de tomar partículas del medio externo. Se ha de producir una invaginación de la membrana plasmática en la que se encuentra alojado el material a ingerir. Esta invaginación quede convertida, por extrangulamiento, en vesícula.

a) Según el tamaño de partícula englobada, habrá distintos tipos de endocitosis:

Pinocitosis: captura de líquido o partículas pequeñas.

Fagocitosis: captura de partículas grandes como microorganismos o residuos celulares.

Las vesículas de endocitosis tienen un tamaño medio de 65 nm.

b) Según el mecanismo de endocitosis, se divide en:

– Endocitosis mediada por Rc (suele ser la mayoritaria).

– Endocitosis no mediada por Rc.

2. ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTOR.

Es muy frecuente observar vesículas endocíticas revestidas por una proteína mayoritaria: la CLATRINA .

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2.1. CLATRINA.

La CLATRINA es una proteína de 180.000 D que se organiza junto con otras proteínas menores en una unidad denominada TRISQUELION, que es la unidad básica de ensamblaje en la cubierta de estas vesículas. El trisquelion forma una estructura regular de pentágonos y hexágonos que recubre las vesículas.

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La endocitosis está directamente relacionada con los microfilamentos citoplasmáticos, que participan en el proceso. La endocitosis se realiza de forma continua en la célula.

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2.2. RUTA QUE SIGUEN LAS VESÍCULAS.

Las vesículas endocíticas pueden seguir distintas rutas:

a) Fusión con los lisosomas primarios formando un lisosoma secundario. Las membranas de las vesículas no sufren degradación y vuelven a incorporarse a la membrana plasmática en el proceso de exocitosis de los productos no degradados en el lisosoma.

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b) Pueden atravesar el citoplasma completo de la célula sin fusionarse con otro orgánulo. Transportan el material ingerido y lo vierten por exocitosis en otro punto de la membrana plasmática. Este proceso se llama MICROPINOCITOSIS o TRANSCITOSIS, y se da en las células endoteliales de los capilares sanguíneos.

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2.3. VENTAJAS DE LA ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTOR.

a) Es sumamente específico. De esta manera se transmite la inmunidad materna (Ac) al feto, ya que los Ac de la madre se unen a los Rc superficiales del saco vitelino y después pasan a la circulación fetal.

b) Es más rápido y eficaz que la endocitosis no mediada por Rc, ya que restringe la entrada de líquido y permite que entren más ligandos específicos.

2.4. ENDOCITOSIS DE PARTÍCULAS “LDL”.

El ejemplo clásico es la captación del colesterol que va en las partículas LDL de la sangre. El Rc de LDL siempre se sitúa en una depresión, que aparece en la membrana plasmática, revestida de clatrina en la cara interna de la membrana. Después que el Rc y LDL se unen, se produce la invaginación y formación de las vesículas revestidas. El Rc de insulina se sitúa en la superficie de la membrana y una vez unido al ligando, se sitúa en la depresión revestida.

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Después de formarse la vesícula, ésta pasará por distintas etapas:

1º. Formación de la vesícula revestida que contiene el complejo ligando-Rc.

2º. La vesícula se adentra en el citoplasma y pierde el revestimiento, quedando convertida en una vesícula lisa. La clatrina liberada se recicla y vuelve a la membrana.

3º. La vesícula lisa se fusiona con otras vesículas formando una vesícula de gran tamaño (ENDOSOMA).

4º. El endosoma se alarga y forma una vesícula con dos porciones, denominada CURL:

– Porción tubular: aloja los receptores.

– Porción vesicular: aloja los ligandos.

La separación de Rc y L se produce por un cambio de pH en la vesícula que es promovido por una ATPasa de protones de la membrana.

5º. Separación de ambas porciones:

– La tubular, con los Rc, se incorpora de nuevo a la membrana plasmática.

– La vesicular se une con lisosomas primarios.

A veces no se separan el complejo Rc-L y estos Rc son degradados (Proceso de regulación por disminución del Rc o “down regulation”).

B. FAGOCITOSIS.

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1. DEFINICIÓN.

Las células fagocíticas especializadas ingieren partículas que se unen a Rc específicos de superficie. Es una forma especial de endocitosis por la cual se capturan partículas de gran tamaño que son degradadas por los lisosomas y utilizadas como alimento por la célula.

Este mecanismo se usa como un factor de alimentación en protozoos, o de defensa contra agentes patógenos (macrófagos y neutrófilos). Estos fagocitos también eliminan células viejas o lesionadas.

Las vesículas fagocíticas (fagosoma) que se forman en la membrana plasmática son más grandes que las endocíticas. Los fagosomas se fusionan con los lisosomas primarios y se degrada el contenido.

2. MECANISMO.

Para que se realice la fagocitosis deben existir en la superficie celular Rc específicos para las sustancias a englobar como los Rc de Fc de las Igs o los Rc de C3b del complemento. Las Igs o el complemento actúan como OPSONINAS que dan especificidad a la fagocitosis.

A diferencia con la endocitosis (proceso constitutivo), la fagocitosis es un proceso regulado en el que los Rc activados transmiten la señal al interior de la célula, iniciándose la respuesta. Los reguladores mejor conocidos son los anticuerpos.

La fagocitosis es una respuesta localizada que tiene lugar mediante un mecanismo continuo de “cierre de la membrana en cremallera”. Hay formación de pseudópodos que rodean a la partícula, y se mueven por un mecanismo que depende de la actina (este proceso es inhibido por la citocalasina). También se ha visto en ocasiones los Rc de Fc en depresiones recubiertas por clatrina.

C. EXOCITOSIS.

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1. DEFINICIÓN.

Es un fenómeno de transporte de macromoléculas encerradas en vesículas citoplásmicas desde el interior de la célula al medio extracelular. Las vesículas englobadas son guiadas por las corrientes citoplásmicas y el citoesqueleto hasta la membrana citoplasmática, donde se produce la fusión de las membranas y se descarga el contenido.

El material expulsado va a poder seguir distintos caminos:

– Quedar adheridos a la superficie celular.

– Ser incorporado a la matriz extracelular.

– Ser difundido al medio interno, sirviendo como alimento o señal a otras células.

El origen del contenido de las vesículas es muy diverso:

– Origen endógeno, procedente de la síntesis o degradación intracelular.

– Origen exógeno, con en el caso de la micropinocitosis.

2. MECANISMO.

Algunas sustancias se liberan de forma continua (CONSTITUTIVA) mientras que otras han de esperar una señal mediada por un mensajero químico que se une a los Rc de membrana (REGULADA), que conduce al aumento de calcio en el citosol, provocando la exocitosis. La exocitosis regulada necesita de calcio, ATP y calmodulina (1% de las proteínas totales de la célula) que se une al citoesqueleto.

Las membranas de las vesículas incorporadas vuelven a ser recuperadas en la endocitosis. El equilibrio entre exocitosis y endocitosis asegura el volumen celular.

Probablemente, la fusión de membranas que tiene lugar durante los procesos de exocitosis y endocitosis, está catalizada por proteínas fusogénicas especializadas. Estas proteínas serían análogas a las de los virus, que participan en la fusión de las membranas lipídicas.

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