FISIOLOGÍA ANIMAL Fisiología de la Membrana •
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La célula representa la unidad estructural y funcional del organismo animal o vegetal Las células difieren mucho unas de otras, tanto en forma como en composición, y por tanto en función también Las dimensiones son variables, así el glóbulo rojo mide 7.7u, las nerviosas 200 u, las musculares hasta 5 cm. Debido a que dependen de la difusión para la circulación de moléculas de alimentos y de O2 en el citoplasma, no pueden crecer mucho, porque sus partes más profundas pueden sufrir de inanición.
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En animales vertebrados, los grupos celulares especializados incluyen un sistema gastrointestinal para digerir y absorber los alimentos. Un sistema respiratorio que introduce O 2 y elimina CO2, un sistema urinario que elimina desechos, un sistema reproductor que perpetua la especie. Finalmente un sistema nervioso con su porción eferente endocrina, coordina e integra de acuerdo a la información que recibe de los otros sistemas.
Membranas Tienen funciones muy diversas tales como Representar límites entre los espacios extra e intracelular o entre varios compartimientos intracelulares Las membranas deben poseer una permeabilidad selectiva no solo de materia sino también de información como es el caso de las hormonas y de los impulsos nerviosos Las membranas externas, permiten a las células identificar células semejantes o diferentes. Las membranas constituyen un soporte específico para las enzimas que intervienen en diversas reacciones. •
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Composición •
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Todas las membranas están formadas principalmente por lípidos y proteínas, cualquiera de estos componentes o ambos, pueden estar unidos a algunas moléculas de carbohidratos. La mielina contiene 75% de lípidos, 20% de proteínas y 5% de carbohidratos; los eritrocitos tienen 49% de proteínas 43% de lípidos y 8% de carbohidratos en su membrana. La membrana de la mitocondria contiene 75% de proteínas
Lípidos •
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Las membranas de las células animales poseen tres tipos de lípidos, fosfolípidos, glucolípidos y colesterol. Los fosfolípidos forman casi el 70% del total de lípidos, siendo la mayor parte líquidos. Las membranas plasmáticas son muy ricas en colesterol, además son las únicas en poseer glucolípidos, que no existen en las membranas intracelulares. La función del colesterol en la membrana, sería la de regular la fluidez de las sustancias a través de la membrana. La presencia de glucolípidos, podría constituir componentes antigénicos de todos los tejidos que identifica una célula de otra.
Proteínas •
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Son cadenas polipeptídicas que varían de 15000 a 280000 de peso molecular. En los eritrocitos las moléculas de carbohidratos se encuentran unidas a polipéptidos de un peso molecular de 80000 a 100000. Estas moléculas de azúcar pertenecen a una variedad llamada ácido siálico, lo que explica las cargas eléctricas presentes en la membrana.
Estructura: •
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La capa resistente que envuelve a las células o sea la membrana plasmática tiene un espesor del orden de 10 nm. La membrana está constituida por una capa bimolecular de lípidos que contiene en su interior proteínas y cubierta por una capa externa también de proteínas (membrana de mosaico líquido) Las moléculas de fosfolípidos siempre poseen un extremo hidrófobo (insoluble en agua) y otro hidrófilo (soluble en agua) El extremo hidrófobo está constituido por cadenas de ácidos grasos y el hidrófilo por grupos fosfato por lo que se denominan dipolares Las proteínas de la membrana disminuyen la tensión superficial, aumentando así la afinidad de la célula por el agua y la elasticidad de la membrana El grado de saturación o insaturación de los fosfolípidos es esencial para la función de la pinocitosis.
Función: •
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La membrana celular regula la homeostasia del volumen y composición del líquido de la célula. La membrana plasmática es una barrera que aísla el interior de la célula, permite la constancia fundamental para la vida. La membrana celular es la interfase biológica vital entre el organismo y su medio ambiente. Intervienen en el almacenamiento de información, la acción de los fármacos de transporte de substancias, la lucha contra los patógenos y la organización de sistemas de transferencia de energía.
Permeabilidad: •
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Hay paso de moléculas en ambas direcciones a su través, y una permeabilidad selectiva y variable. Los solutos liposolubles entran a la célula en función a su solubilidad sin importar el tamaño de la molécula Los solutos hidrosolubles utilizan conductos o poros acuosos en donde partículas de peso molécular mayor a 200 no ingresan por difusión pasiva. Pasiva: Las substancias entran a las células por varios fenómenos como la difusión pasiva debido a una diferencia de concentración del soluto en un lado de la membrana permeable. Se produce una diferencia de potencial eléctrico entre las dos caras de la membrana y los solutos portadores de una carga de polaridad, difunden bajo la influencia de potencial electroquímico.
Activa: •
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Se conocen casos importantes de solutos que se desplazan contra un potencial químico, eléctrico o electroquímico; se habla entonces de transporte activo, pues la célula debe derivar energía de su metabolismo para realizar este trabajo. El paso de moléculas relativamente grandes como las grasas y proteínas se realiza por pinocitosis, que es un fenómeno que consiste cuando las sustancias solubles del medio extracelular, pasan a través de la membrana plasmática en forma de vesículas.
Citolisis: •
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La membrana plasmática del glóbulo rojo del hombre es permeable al agua y relativamente impermeable al NaCl y algunos otros componentes celulares. En una solución de NaCl muy diluida (hipotónica) el volumen del eritrocito aumenta por osmosis, produciéndose hemolisis. En una solución de NaCl relativamente concentrada (hipertónica), la mayor presión osmótica de la solución atrae el agua del glóbulo y el volumen de este disminuye. En una solución de NaCl 0.9% P/V (solución isotónica o fisiológica) el glóbulo rojo conserva su volumen porque la concentración tiene la misma presión osmótica que el contenido del glóbulo, son pues isosmóticos. Una solución de urea 0.32 M es isosmótica con una solución de NaCl 0.155 M pero no es isotónica con el contenido celular pues la membrana celular deja pasar la urea disuelta, esto entra a la célula lo mismo que el agua. Por consiguiente, la solución de urea no ejerce ninguna presión osmótica sobre la célula Una solución de NaCl 0.9% P/V ejerce una presión osmótica de 7.8 atm.
Potencialidades de Membrana: •
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La membrana celular es la responsable de las diferencia en la concentración de los líquidos intracelulares LIC y líquidos extracelulares LEC. Existe una diferencia de potencial a través de la mayoría de las membranas de todas las células animales, siendo el interior de las mismas negativo con respecto al exterior que es positivo. El potencial de membrana en reposo es de -70 mV que puede variar de tejido a tejido desde -9 mV hasta -100 mV.
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+ EXTERIOR
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INTERIOR
El potencial de reposo de una célula es producida por diferencias en la concentración de iones dentro y fuera de la célula y por diferencia en la permeabilidad de la membrana a los diferentes iones. Las capas de carga (+) y (-) a cada lado de la membrana producen una diferencia de potencial a través de la membrana y un campo eléctrico.
Ion
mmol/L LIC
mmol/L LEC
Potencial de equilibrio en mV
Na+
15.0
150.0
+60
K +
150.0
5.5
-90
Cl-
9.0
125.0
-70
Concentración de algunos iones en neuronas motoras espinales de mamíferos
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Las membranas celulares son prácticamente impermeables a las proteínas intracelulares y otros aniones orgánicos que juntos constituyen la mayor parte de los aniones dentro de la célula
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Las membranas celulares son permeables moderadamente al Na+ y relativamente permeables al Cl- y al K+ La permeabilidad del K+ es aproximadamente 50-100 veces más que la del Na+ El tamaño de la partícula influye en el movimiento de las partículas a través de las membranas a la cual se añade el fenómeno de hidratación o solvatación de estos iones. Sustancia
PA ó PM
Radio en nm
Cl-
35.5
0.12
K+
39
0.12
H2O
18
0.12
Ca++
40
0.15
Na+
23
0.18
Urea
60
0.23
Li+
7
0.24
Glucosa
180
0.34
Sacarosa
342
0.48
Insulina
5000
0.75
Albúmina
69000
7.50
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Los iones atraviesan la membrana celular por verdaderos canales específicos, la presencia de cargas eléctricas alrededor de estos canales los convierte relativamente en canales específicos para cada ion. Existen por separado canales de Na+; K + y Cl-. El paso del Na+ a través de los canales del Na + en los tejidos nervioso, muscular, aumenta considerablemente por una disminución del potencial de membrana, esto quiere decir que se abre en relación a la diferencia de potencial.
Potencial de Equilibrio •
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Es la fuerza eléctrica que tiene un ion cuando el flujo es cero, es decir, cuando la entrada y salida es igual ejerciendo una fuerza potencial. El potencial de membrana el cual alcanza el equilibrio se denomina potencial de equilibrio del Cl -. Se calcula este potencial con la ecuación de Nernst.
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El potencial de equilibrio del Cl- calculado según fórmula es de -70 mV que coincide con el potencial de reposo de la membrana de -70 mV, por lo que la distribución del Cl- a través de la membrana es de tipo pasivo, como resultado de la gradiente de potencial y la concentración. El potencial de equilibrio del K + es de -90 mV, y la de la membrana celular es de -70 mV, la concentración de K + dentro de la célula es mayor que la concentración de K + extracelular, esto significa que la gradiente de la concentración, actúa empujando el K + hacia fuera, lo que hace suponer que algo de potasio ingresa a la célula por otros factores, es decir, que el K + tiene una distribución activa.
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El potencial de equilibrio del Na + es de +60 mV, y el de la membrana es de -70 mV, la concentración del Na + intracelular es menos que la del Na + extracelular, lo que significa que el sodio es empujado hacia adentro de la célula. Se puede esperar que la célula ganará Na + y perderá K + si únicamente actuarían a través de la membrana celular las fuerzas de la gradiente de concentración y la eléctrica, pero sin embargo, las concentraciones permanecen constantes como resultado del transporte activo del sodio hacia fuera en contra de la gradiente de la concentración y la eléctrica y el K + hacia adentro. El Cl- extracelular es equilibrado por la gradiente eléctrica intracelular que impide su ingreso. La bomba de sodio y potasio contribuye al establecimiento de una diferencia de potencial entre el medio externo e interno de la membrana celular.
Variación de potencial de la membrana •
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Cuando disminuye el potencial de reposo, entonces disminuye la gradiente eléctrica que mantiene la [K + ] aumentando la difusión de K + hacia el líquido extracelular La salida del K + y el ingreso del Cl- al líquido intracelular origina flujo neto de carga positiva, después de lo cual se restablece el potencial de reposo. Cuando aumenta el potencial de reposo, aumenta la gradiente eléctrica, aumentando la difusión del K + hacia el líquido intracelular y sale el Cl-.
