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MEMBRANAS BIOLÓGICAS. Dr. Carlos Morales A. Cardiólogo Pediatra UPCP – Hospital Coquimbo. ESTRUCTURA MEMBRANAS. DIFUSIÓN A TRAVÉS DE MEMBRANA. DIFUSION SIMPLE: Por bicapa Por canales DIFUSION FACILITADA TRANSPORTE ACTIVO Primario (bombas) Secundario Cotransporte . Contratransporte .

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Presentation Transcript
membranas biol gicas

MEMBRANAS BIOLÓGICAS

Dr. Carlos Morales A.

Cardiólogo Pediatra

UPCP – Hospital Coquimbo

difusi n a trav s de membrana
DIFUSIÓN A TRAVÉS DE MEMBRANA
  • DIFUSION SIMPLE:
    • Por bicapa
    • Por canales
  • DIFUSION FACILITADA
  • TRANSPORTE ACTIVO
    • Primario (bombas)
    • Secundario
      • Cotransporte.
      • Contratransporte.
difusion simple
DIFUSION SIMPLE

POR BICAPA LIPIDICA

Dependerá de:

Concentración (cantidad)

Cinética molecular (T)

Liposolubilidad

Ejemplo: Oxígeno

difusion simple1
DIFUSION SIMPLE

POR CANALES PROTEICOS

Altamente efectivos.

Especialmente para agua.

(100 veces volumen GR)

Depende de:

Hidrosolubilidad

Tamaño

Polaridad

Selectividad

canales proteicos
CANALES PROTEICOS

ALTAMENTE SELECTIVOS PARA UN SOLUTO

canales proteicos1
CANALES PROTEICOS

PERMEABILIDAD MODULABLE POR EL MEDIO

POR VOLTAJE

POR LIGANDO

difusion facilitada
DIFUSION FACILITADA

Mediada por transportadores.

A diferencia de la simple, tiene una velocidad máxima (Vmax) de difusión.

Vmax dependería del número de transportadores. No de la cantidad de solutos.

(figura 4-6)

difusion facilitada1
DIFUSION FACILITADA

La velocidad del transporte no puede ser mayor a la velocidaddel cambio conformacional de la proteína

Ejemplos: glucosa, aminoácidos

factores determinantes de difusion
FACTORES DETERMINANTES DE DIFUSION

La tasa neta de difusión dependerá de:

1) La diferencia de concentraciones entre un lado y otro de la membrana.

Fig. 4 – 8 (a)

Fig. 4 – 8 (b)

2) Diferencia de presión a través de la membrana

factores determinantes de difusion1
FACTORES DETERMINANTES DE DIFUSION

La tasa neta de difusión dependerá de:

3) Potencial eléctrico de membrana (iones).

Ecuación de NERSNT

Fig. 4 – 8 (c)

osmosis
OSMOSIS

Difusión neta de agua dadas diferencias en su concentración.

Ocurre en membranas selectivamente permeables (un soluto no atraviesa y se acumula en un lado)

Fig. 4 – 9

presion osmotica
PRESIONOSMOTICA

La presión osmótica depende del número de partículas por unidad de volumen y no de la masa.

Esto se debe a que las partículas grandes son mas lentas y las más pequeñas son más rápidas. Por ende, energía cinética promedio será la misma

presion osmotica1
PRESION OSMOTICA
  • Lo anterior implica que necesitamos conocer la CONCENTRACION MOLAR de una sustancia (número de partículas) = Osmol.
  • Osmolalidad = 0smol/Kilógramo solución.
  • Osmolaridad = Osmol/Litro solución (más practico).
  • RELACIÓN OSMOLARIDAD Y PRESIÓN (37°C).
    • 1 Osmol/Kg = 19.300 mmHg
    • 1 mOsmol/Kg = 19,3 mmHg
    • 300 mOsmol/Kg = 5790 mmHg
    • VALOR REAL = 5500 mmHg (atracción iónica, disociación parcial).
transporte activo
TRANSPORTE ACTIVO
  • Mediado por Bombas (enzimas en membranas).
  • Hay muchas (Na, K, Ca, H, etc).
  • En diferentes membranas (celular, retículo endoplásmico, mitocondria).
  • La mas estudiada es la NaKATPasa.
transporte activo2
TRANSPORTE ACTIVO
  • Compuesta por 2 subunidades:
    • ALFA: 100.000 daltons
    • BETA: 55.000 daltons
  • ALFA: 3 componentes:
    • 3 sitios receptores Na dirección hacia dentro
    • 2 sitios receptores K dirección hacia afuera
    • 1 sitio actividad ATPasa en el interior.
  • BETA: Aparente función de anclaje.
transporte activo3
TRANSPORTE ACTIVO
  • La bomba tiene importancia en el control del volumen intracelular.
    • Proteínas intracelulares tienen carga negativa
    • Atraen iones positivos.
    • NaKATPasa retira 3 Na por 2 K.
  • La bomba tiene capacidad electrógena.
    • Hay movimiento neto de 1 ión (+) hacia afuera.
    • Se crea por ende un potencial transmembrana.
transporte activo4
TRANSPORTE ACTIVO

ENERGÉTICA DE LA BOMBA

  • Para concentrar una sustancia 10 veces, se requiere 1400 calorías, para hacerlo 100 veces, se requiere 2800 calorías. 1000 veces 4200 calorías, es decir:
  • Siendo la energía estimada en Calorías por Osmol.
potenciales originados por difusi n
POTENCIALES ORIGINADOS POR DIFUSIÓN

FIBRA A: Potencial de difusión a través de una membrana causado por difusión de iones K desde el interior al exterior. El potencial eléctrico resultante será negativo.

FIBRA B: Potencial de difusión a través de una membrana causado por difusión de iones Na desde el exterior al interior. El potencial eléctrico resultante será positivo.

relaci n entre potencial de difusi n y diferencia de concentracion
RELACIÓN ENTRE POTENCIAL DE DIFUSIÓN Y DIFERENCIA DE CONCENTRACION

ECUACION DE NERNST

Relaciona el potencial transmembrana necesario para mantener una diferencia de concentraciones de un ión monovalente a 37°C

CONSIDERACIONES:

Exterior se considera 0 mV. Interior se considera que varía.

Si ión es (+) el valor se considera (-). Si ión es (-), el valor se considera (+).

potencial de difusi n cuando la membrana es permeable a varios iones diferentes1
POTENCIAL DE DIFUSIÓN CUANDO LA MEMBRANA ES PERMEABLE A VARIOS IONES DIFERENTES

ECUACION DE GOLDMAN-HODGKIN-KATZ

CONSIDERACIONES:

Na, K, Cl, son los principales iones involucrados.

Todos son monovalentes.

La ecuación compensa carga (-) de Cl invirtiendo su relación, porque Cl al entrar produce más electronegatividad en el interior.

La importancia de cada ion en cada instante será proporcional a su permeabilidad.

potencial de reposo
POTENCIAL DE REPOSO
  • DETERMINANTES:
    • Potencial difusión del K
      • Único canal abierto en reposo es el canal de escape
    • Difusión de sodio
      • Canales de escape 100 veces menos numerosos que K
    • Bomba NaKATPasa.
      • Bombea 3Na hacia afuera por 2K hacia dentro.
potencial de reposo1
POTENCIAL DE REPOSO
  • Potencial difusión del K
      • Concentraciones: Exterior 4 mEq/l – Interior: 140 mEq/l
      • Cuociente: Ki/Ke = 35.
      • Nersnt: FEM = -61 log 35 = -61 * 1,54 = -94 mV
  • Potencial difusión Na
      • Concentraciones:Exterior 140 mEq/l – Interior 14 mEq/l
      • CuocienteNai/Nae = 0,1
      • Nersnt = +61
      • Pero, permeabilidad es 100 veces menor
      • Goldman (K * 0,01Na) = -86 mEq/l
potencial de reposo2
POTENCIAL DE REPOSO
  • Bomba NaKATPasa:
    • Aporta con -4 mV adicionales al retirar en forma neta más cargas positivas del interior.

POTENCIAL DE REPOSO TOTAL: - 90 Mv.

potencial de accion

POTENCIAL DE ACCION

Dr. Carlos Morales A.

Cardiólogo Pediatra

UPCP – Hospital Coquimbo

potencial de accion del nervio
POTENCIAL DE ACCION DEL NERVIO
  • Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción.
  • POTENCIAL DE ACCION
    • Cambio brusco del potencial de membrana (negativo a positivo) con 2 características:
    • Propagable.
    • Reversible.
fases del potencial de accion
FASES DEL POTENCIAL DE ACCION
  • Generación Potencial Acción
    • Fase de reposo
    • Fase de Despolarización
    • Fase de Repolarización
  • Propagación Potencial Acción
  • Recuperación Potencial Reposo
canal de sodio voltajedependiente
CANAL DE SODIO VOLTAJEDEPENDIENTE

En reposo, el portal de activación (AG) está cerrado y el de inactivación (IG) abierto.

Durante la activación, ambos portales se abren.

En la inactivación, se cierra el portal de inactivación, el de activación aún permanece abierto.

Durante el período refractario, ambos portales están cerrados

canal de potasio voltajedependiente
CANAL DE POTASIO VOLTAJEDEPENDIENTE

En reposo: Canal cerrado

Cerca de 0 mV: Canal abierto.

Lentos, coinciden con fase (C) inactivación canales Na.

despolarizacion repolarizacion
DESPOLARIZACION/REPOLARIZACION

FASE DE REPOLARIZACIÓN

Canales de Potasio

Voltaje dependientes

FASE DESPOLARIZACION

Canales de Sodio

Voltajedependientes

Postpotencial “positivo”

los otros iones
LOS OTROS IONES
  • ANIONES CITOPLASMÁTICOS:
    • IMPERMEABLES: No pueden salir.
    • Responsables de la carga (-) frente a déficit de K.
  • CALCIO:
    • Bomba calcio: Gradiente 10-3/10-7
    • Canales Calcio voltajedependiente
      • Lentos (10 a 20 veces).
      • Permeables a Na y Ca
    • Calcio iónico modula tanto canales rápidos como lentos.
generacion potencial accion
GENERACION POTENCIAL ACCION

FEEDBACK (+) PARA APERTURA CANALES SODIO:

Cuando un canal abre despolariza un poco más, propiciando que otro canal abra.

Mientras más cerca de 0 mV, más canales abrirán.

UMBRAL EXCITACIÓN:

Estimulo debe despolarizar un mínimo para producir potencial acción.

De modo que ρNa > ρK

Generalmente basta llevar de -90 a -65 mV

generacion potencial accion1
GENERACION POTENCIAL ACCION

EXCITABILIDAD:

Dependerá de:

Concentraciones de K previas

Permeabilidad de canales K libres.

EXCITABILIDAD AUMENTADA:

Potencial reposo más cerca del umbral.

Menos K intracelular

Menos flujo del K intracelular.

EXCITABILIDAD DISMINUIDA:

Potencial de reposo más lejos del umbral

Más K intracelular

Más flujo del K intracelular (compensa entrada de Na).

generacion potencial accion2
GENERACION POTENCIAL ACCION

POTENCIAL SUBUMBRAL

Aquel que no logra generar potencial acción.

POTENCIAL UMBRAL

Sí lo genera.

La intensidad del estímulo reduce el tiempo de latencia entre estímulo y generación del potencial de acción.

generacion potencial accion3
GENERACION POTENCIAL ACCION

PERIODOS REFRACTARIOS

ABSOLUTO:

Es imposible desencadenar un segundo estímulo

Canales Na INACTIVADOS

Dura 1/2500 segundos.

RELATIVO:

Un estímulo suficientemente intenso logra estimular

Canales K ABIERTOS

(Algunos canales Na inactivos)

Dura entre 25 y 50% de PRA.

generacion potencial accion4
GENERACION POTENCIAL ACCION

INTENSIDAD DEL ESTÍMULO:

Se traducirá en frecuencia de potenciales.

FRECUENCIA MÁXIMA:

Depende de:

Mínima latencia

Ausencia potenciales subumbrales

Ausencia periodo refractario relativo

Periodo refractario absoluto

FRECUENCIA MÁXIMA:

2500 IMPULSOS POR SEGUNDO.

propagacion potencial accion
PROPAGACION POTENCIAL ACCION

PRINCIPIO TODO O NADA

Para desencadenar un potencial de acción se debe superar el umbral.

Sólo una despolarización completa en un segmento garantiza la despolarización en el segmento siguiente

propagacion potencial accion1
PROPAGACION POTENCIAL ACCION

PRINCIPIO TODO O NADA

Para desencadenar un potencial de acción se debe superar el umbral.

Sólo una despolarización completa en un segmento garantiza la despolarización en el segmento siguiente

propagacion potencial accion2
PROPAGACION POTENCIAL ACCION

DIRECCION DE LA PROPAGACIÓN

SEGMENTO ROJO: Despolarización

Canales Na: Abiertos

Canales K : Cerrados

SEGMENTO NARANJA: Repolarización

Canales Na: Inactivados

Canales K: Abiertos

recuperaci n potencial reposo
RECUPERACIÓN POTENCIAL REPOSO

BOMBA NaKATPasa

Gran capacidad de regeneración del potencial.

Adaptable según concentración Na intracelular

10 20 mEq/l aumenta 8 veces actividad.

potenciales meseta
POTENCIALES MESETA

Prolonga Periodo Contracción (hasta 300 msec)

CAUSAS:

  • Canales Lentos.
  • Canales K aún más lentos