Transporte de membrana y Ósmosis PDF

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Resumen Capitulo 6- Fisiología humana- Stuart Ira Fox
Transporte de membrana, difusión, ósmosis y edema...

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Stuart Ira Fox - CAP 6 Transporte de membrana y Osmosis La membrana plasmática por lo general no es permeable a proteínas, ácidos nucleicos y otras moléculas necesarias para la estructura y función de la célula; sin embargo, es permeable a muchas otras moléculas, lo que permite el tráfico bidireccional de nutrientes y desechos necesario para sostener el metabolismo. La membrana plasmática también muestra permeabilidad selectiva a ciertos iones; esto permite que las corrientes electroquímicas a través de la membrana se usen para la producción de impulsos en las células nerviosas y musculares. Los mecanismos del transporte pueden clasificarse de diferentes maneras: a) Si requieren o no transportadores de proteínas de membrana a. Transporte mediado por transportador: Las características comunes de las proteínas enzimas y transportadoras son 1) especificidad, 2) competición y 3) saturación. i. Difusión facilitada: Los transportadores para la difusión facilitada de glucosa se designan con las letras GLUT, seguidas por un número para la isoforma. ii. Transporte activo: Los revestimientos epiteliales del intestino delgado y los túbulos renales, por ejemplo, mueven glucosa desde el lado con concentración más baja hacia el lado con concentración más alta, desde el espacio dentro del tubo (luz) hacia la sangre. De modo similar, todas las células producen extrusión de Ca2+ hacia el ambiente extracelular y, por este medio, mantienen una concentración intracelular de Ca2+ que es 1 000 a 10 000 veces más baja que la concentración extracelular de Ca2+. b. Transporte no mediado por transportador i. Difusión simple de moléculas liposolubles a través de las capas de fosfolípido de la membrana plasmática ii. Difusión simple de iones a través de canales de proteínas en la membrana plasmática iii. Difusión simple de moléculas de agua (ósmosis) a través de canales de acuaporina (de agua) b) En base a sus requerimientos de energía a. Transporte pasivo: movimiento neto de moléculas y iones a través de la membrana desde una concentración más alta hacia una más baja (a favor de un gradiente de concentración); no requiere energía metabólica. Incluye todos los procesos de difusión no mediados por transportador (la difusión simple de moléculas liposolubles, iones y agua), más la difusión facilitada mediada por transportador b. Transporte activo: movimiento neto de moléculas y iones a través de una membrana desde la región de la concentración más baja hacia la de concentración más alta. Ocurre contra el gradiente de concentración, requiere el gasto de energía metabólica (ATP) que proporciona energía a proteínas transportadoras específicas, que a menudo se llaman bombas. i. Transporte activo primario: cuando la hidrólisis de ATP es directamente responsable de la función de los transportadores, que son proteínas que abarcan el grosor de la membrana. Las bombas de este tipo, entre ellas la bomba de Ca2+, la bomba de protones (H+) (de la cual depende la acidez del jugo gástrico del estómago), y la bomba de Na+/K+, también son enzimas ATPasa, y su acción de bombeo está controlada por la adición y la eliminación de grupos fosfato obtenidos a partir del ATP. ii. Transporte activo secundario (o transporte acoplado): la energía necesaria para el movimiento “cuesta arriba” de una molécula o ion se obtiene a partir del transporte “cuesta abajo” de Na+ hacia la célula. La hidrólisis de ATP mediante la acción de las bombas de Na+/K+ se requiere de manera indirecta, con el fIn de mantener concentraciones intracelulares bajas de Na+. La difusión de Na+ a favor de su gradiente de concentración hacia la célula puede entonces dar energía al movimiento de un ion o molécula diferente contra su gradiente de concentración. Si la otra molécula o ion se mueve en la misma dirección que el Na+ (esto es, hacia la célula), el transporte acoplado se llama cotransporte o simporte. Si la otra molécula o ion se mueve en la dirección opuesta (hacia afuera de la célula), el proceso se llama contratransporte o antiporte.

Transporte de volumen Los polipéptidos y las proteínas, así como muchas otras moléculas, son demasiado grandes como para transportarse a través de una membrana por los transportadores. Aun así, muchas células secretan estas moléculas —por ejemplo, hormonas o neurotransmisores— mediante el proceso de exocitosis. Esto comprende la fusión de una vesícula rodeada por membrana que contiene estos productos celulares, con la membrana plasmática, de modo que las membranas se hacen continuas. El proceso de endocitosis semeja a la exocitosis a la inversa. En la endocitosis mediada por receptor, moléculas específicas, como el colesterol unido a proteína, pueden introducirse a la célula debido a la interacción entre la proteína de transporte de colesterol y un receptor de proteína sobre la membrana plasmática. El colesterol es eliminado de la sangre por el hígado y por las paredes de los vasos sanguíneos mediante este mecanismo. La exocitosis y la endocitosis juntas proporcionan el transporte de volumen hacia afuera y hacia adentro de la célula, respectivamente (el término “volumen” alude a que se mueven muchas moléculas al mismo tiempo). Cabe hacer notar que las moléculas introducidas en una célula mediante endocitosis aún están separadas del citoplasma por la membrana de la vesícula endocitótica. Algunas de estas moléculas, como los receptores de membrana, se moverán de regreso a la membrana plasmática, mientras que el resto terminará en lisosomas.

DIFUSIÓN Y OSMOSIS La difusión neta de una molécula o ion a través de una membrana siempre ocurre en la dirección de su concentración más baja. Las moléculas no polares pueden penetrar en la barrera de fosfolípidos de la membrana plasmática y los iones inorgánicos pequeños pueden pasar a través de canales de proteína en la membrana plasmática. Una solución consta de las moléculas de solvente, agua y soluto que están disueltas en el agua. Las moléculas de una solución (solvente y soluto) se encuentran en un estado constante de movimiento al azar como resultado de su energía térmica (calor). Si hay una diferencia de concentración (o gradiente de concentración) entre dos regiones de una solución, este movimiento al azar tiende a eliminar la diferencia de concentración a medida que las moléculas se separan de manera más difusa; por ende, este movimiento molecular al azar se conoce como difusión. En términos de la segunda ley de la termodinámica, la diferencia de concentración representa un estado inestable de organización alta (entropía baja) que cambia para producir una solución uniformemente distribuida con desorganización máxima (entropía alta). Como resultado del movimiento molecular al azar, las moléculas en la parte de la solución que tiene una concentración más alta entrarán al área de concentración más baja. Las moléculas también se mueven en la dirección opuesta, pero no con tanta frecuencia. Como resultado, habrá un movimiento neto desde la región de concentración más alta hacia la de concentración más baja hasta que la diferencia de concentración ya no exista. Este movimiento neto se llama difusión neta. El índice de difusión a través de la membrana, medido por el número de moléculas en difusión que pasan a través de una membrana por unidad de tiempo, depende de: 1. la magnitud de la diferencia de concentración a través de la membrana (lo “empinado” del gradiente de concentración), 2. la permeabilidad de la membrana a las sustancias que se están difundiendo, 3. la temperatura de la solución, 4. el área de superficie de la membrana a través de la cual las sustancias se están difundiendo. OSMOSIS Definición: La ósmosis es la difusión neta de agua (el solvente) a través de la membrana. Requerimentos: - Debe haber una diferencia de concentración de un soluto entre ambos lados de una membrana de permeabilidad selectiva. - La membrana debe ser relativamente impermeable al soluto y permeable para las moléculas de agua. (Selectiva) Los solutos que no pueden pasar de manera libre a través de la membrana pueden promover el movimiento osmótico de agua y se dice que son osmóticamente activos. Durante la osmosis

Existe un movimiento neto de moléculas de agua desde el lado de mayor concentración de agua al de menor concentración de agua. La ósmosis cesa cuando las concentraciones se igualan a ambos lados de la membrana.

Acuaporinas El agua es capaz de atravesar hasta cierto punto el componente lípidico de la mayoría de las membranas celulares. La membrana de algunas células tiene canales especiales para que el agua atraviese más rápidamente. En algunas células la membrana siempre tiene acuaporinas en otras las acuaporinas se insertan por medio de moléculas reguladoras Esa regulación es de especial importancia en el funcionamiento de los riñones, que son los principales órganos que regulan el balance corporal total de agua; donde las acuaporinas ayudan a la retención de agua al promover la difusión neta de agua hacia afuera de túbulos microscópicos hacia la sangre. Otros órganos notables por canales de acuaporina en la membrana plasmática de células particulares incluyen los pulmones, los ojos, las glándulas salivales y el cerebro. Hay acuaporinas constitutivas (AQP1, AQP3,AQP4) y reguladas (AQP2, túbulo colector, ADH) Se dividen en: 1. Grupo de las acuaporinas: AQP:0,1,2,4,5,6,8 2. Acuagliceroporinas: por ellas pueden pasar agua, glicerol, urea (AQP9 hepatocitos), amonio, CO2 Defectos en las AQP se relacionan con patologías como: diabetes insípida, cataratas, regulación de volumen glia Presión osmótica La ósmosis se podría evitar por una fuerza que se le opusiera Dado que la presión osmótica es una medida de la fuerza requerida para suspender la ósmosis, indica la fuerza con la cual una solución “atrae” agua mediante ósmosis. Así, mientras mayor es la concentración de soluto de una solución, mayor es su presión osmótica. El agua pura tiene presión 0. La cantidad de presión que es necesaria aplicar para detener la ósmosis = a la presión osmótica Osmolaridad Hipertónico: hematíes arrugados, sale agua del hematíe Isotónico: mantiene su forma, no ganarán ni perderán agua Hipotónico: se hincha, hemólisis (explota), entra agua al hematíe La osmolalidad (Osm) es igual a la suma de las molalidades de cada soluto en la solución. Si una membrana selectivamente permeable separa dos soluciones con osmolalidades iguales, no ocurrirá ósmosis. Dado que la dextrosa al 5% y la solución salina normal tienen la misma osmolalidad que el plasma, se dice que son isoosmóticas respecto al plasma. El término tonicidad se usa para describir el efecto de una solución sobre el movimiento osmótico de agua; por ejemplo, si una solución glucosada o salina isoosmótica está separada del plasma por una membrana que es permeable al agua, pero no a la glucosa o al NaCl, no ocurrirá ósmosis. En este caso, se dice que la solución es isotónica (del griego isos, “igual”; tonos, “tensión”) respecto al plasma.

Cabe hacer notar que una solución puede ser isoosmótica pero no isotónica; tal es el caso siempre que el soluto presente en la solución isoosmótica puede penetrar libremente la membrana; por ejemplo, una solución de urea 0.3 m es isoosmótica pero no isotónica porque la membrana celular es permeable a la urea. Las soluciones que tienen una concentración total más baja de solutos que la del plasma, y que por consiguiente tienen una presión osmótica más baja, son hipoosmóticas respecto al plasma. Si el soluto tiene actividad osmótica, esas soluciones también son hipotónicas respecto al plasma. Los eritrocitos colocados en soluciones hipotónicas ganan agua y pueden estallar, proceso llamado hemólisis. Cuando los eritrocitos se colocan en una solución hipertónica (como agua de mar), que contiene solutos osmóticamente activos a una osmolalidad y presión osmótica más altas que las del plasma, disminuyen de tamaño debido a la ósmosis de agua hacia afuera de las células. Este proceso se llama crenación (del latín medieval crena, “muesca”) porque la superficie de la célula adopta un aspecto festoneado 1. La osmolalidad plasmática aumentada estimula los osmoreceptores en el hipotálamo del cerebro. 2. Los osmorreceptores en el hipotálamo a continuación estimulan un tracto de axones que termina en la parte posterior de la hipófisis, la cual libera hormona antidiurética (ADH), también conocida como vasopresina, hacia la sangre. 3. La ADH actúa sobre los riñones para promover la retención de agua, de modo que se excreta un volumen más bajo de orina más concentrada.

EDEMA El agua regresa del líquido tisular a los capilares sanguíneos debido a la mayor [] de proteínas en este. La proteínas plasmáticas son osmóticamente activas. Si un px tiene una [] baja de proteínas se produce edema. Ejemplo en enfermedades como Marasmo y Kwashiorkor La aplicación de las fuerzas de Starling a nivel microvascular nos ayuda a clasificar las causas de edema: 1. Por aumento de la presión hidraúlica intracapilar, se diferencian en dos grupos: Dificultad al retorno venoso al corazón, con la consiguiente hipertensión venosa central: insuficiencia cardiaca congestiva, taponamiento cardiaco o pericarditis, obstrucción de venas cavas. Aquellos con hipervolemia secundaria a oligoanuria: glomerulonefritis aguda, insuficiencia renal aguda o crónica. 2. Por disminución de la presión oncótica intracapilar: Está dada especialmente por estados hipoalbuminémicos (albúmina plasmática...