FISIOLOGIA DE LA MEMBRANA CELULAR Contenido
Contenido Conten ido............ ........................ ....................... ....................... ........................ ....................... ....................... ..................... .............. .......... ....... ..1 INTRODUCCIÓN.................. INTRODUCCIÓN............................... ......................... ........................ ...................................................1 .......................................1 MEMBRANAS CELULARES Y TRANSPORTE TRASNMEMBRANA DE SOLUTOS Y AGUA ....................... .................................... ......................... ........................ ......................... ......................... ....................................3 ........................3 EQUILIBRIOS IÓNICOS Y POTENCIALES DE MEMBRANA EN REPOSO ............13 GENERACIÓN Y CONDUCCIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN ................. .........................18 ........18 RECEPTORES DE MEMBRANA, SEGUNDOS MENSAJEROS Y VÍAS DE TRANSDUCCIÓN TRANSD UCCIÓN DE SEÑALES .......... ...................... ........................ ....................... ....................... ................ ......... .......... ..... 22
INTRODUCCIÓN [Escribir texto]
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La membrana plasmática o citoplasmática es una estructura laminar que engloba a las células, define sus límites y contribuye a mantener el equilibrio entre el interior y el exterior de éstas. La composición de la membrana celular le confiere la propiedad de selectividad con la cual algunas sustancias van a pasar con mucha facilidad hacia el citoplasma, como otras se quedarán fuera por el tamaño de su molécula. Es importante también describir el potencial de acción que pueden dese desenc ncad aden enar ar por por la grad gradie ient nte e de sus sus ione ioness intr intrac acel elul ular ares es y extracelulares. La membrana plasmática cumple diferente e importantes funciones que le permiten mantener la homeostasis de la misma célula. En el presente trabajo estudiaremos la fisiología de la membrana celu ce lula larr y la impo import rtan anci cia a que que tien tiene e esta esta part parta a llev llevar ar a ca cabo bo las las funciones del cuerpo humano.
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MEMBRANAS CELULARES Y TRANSPORTE TRASNMEMBRANA DE SOLUTOS Y AGUA LAS MEMBRANAS DIVIDEN LA CÉLULA EN COMPARTIMIENTOS COMPARTIM IENTOS CON FUNCIONES BIOQUÍMICAS ESPECÍFICAS. Las membr mbranas son una barrera de permea eab bilidad dad de la célula lula perm permit itié iénd ndol ole e ma mant nten ener er su co comp mpos osic ició ión n dife difere rent nte e a la del del liqu iquido ido extracelular; contiene enzimas, receptores y antígenos para interactuar con otras células, hormonas y otros agentes reguladores del liquido extracelular. Las proteínas de la membrana interactúan con las del citoesqueleto y la matriz extracelular interviniendo en la traducción de señales. Las membranas que engloban organelas dividen su célula en comp co mpar arti timi mient entos os inde indepe pend ndie ient ntes es en el que que se lle lleva van n a ca cabo bo proc proces esos os bioquí bioquímic micos os partic particula ulares res en organe organelas las especi especific ficas. as. Ejempl Ejemplo: o: proces procesos os de transporte transporte de electrones electrones y fosforilación fosforilación oxidativa oxidativa que se da sobre, dentro y a través de la membrana mitocondrial interna. Las membranas celulares presentan características comunes, sin embargo de acuerdo a la función que realice su composició composición n y estructura estructura difiere una célula de otra.
La matriz de las membranas, constituida por una bicapa lipídica, es una barrera para la permeabilidad de la mayoría de las sustancia sustancias. s. Las proteínas y los fosfolípidos son los constituyentes más abundantes de las membra membranas nas celula celulares res.. La bicapa bicapa fosfol fosfolipíd ipídica ica es respon responsab sable le de las propiedades de permeabilidad pasiva de d e las membranas. Las sustancias que son muy hidrosolubles suelen atravesar la membrana muy lentamente; en cambio los compuestos no polares hidrófobos, la cruzan con mayor rapidez.
La mayoría de las membranas consisten en un “mosaico fluido” de fosfolípidos y proteínas. El modelo del mosaico fluido explica la mayoría de las propiedades de las membranas biológicas. Los fosfolípidos se encuentran formando la bicapa y tamb tambié ién n encon encontr tram amos os prot proteín eínas as de 2 clas clases es:: inte integr grale aless o intr intrín ínse seca cass incrustadas en la bicapa de fosfolípidos y extrínsecas o periféricas, situadas en su superficie. La interacción de la proteína con la membrana se estabiliza mediante “anclajes” hidrofóbicos asociados covalentemente y se insertan en la bicapa lipídica (un ácido graso unido a la proteína que se intercala entre las cadenas de ácidos grasos). Las proteínas integrales presentan interacciones hidrófobas aun más extensas con el interior de la membrana.
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Seminario de Histología Las membranas celulares son estructuras fluidas, los lípidos y proteínas pueden moverse sobre el plano de la membrana, el intercambio de estas moléculas moléculas de una monocapa monocapa a otra es infrecuente. Existe Existe algunos algunos casos en el que los componentes de la membrana no pueden difundirse libremente en el plano de esta, ejemplo de ello es el secuestro de los receptores de acetilcolina (proteína integral de membrana) en la placa motora terminal del musculo esquelético.
LAS MEMBRANAS ESTÁN COMPUESTAS DE LÍPIDOS Y PROTEÍNAS Los fos Los osfo folí lípi pido dos s y el co cole lest ster erol ol co cons nsti titu tuye yen n componentes lipídicos de las membranas.
los lo s
prin pr inci cipa pale les s
Los fosfol fosfolípid ípidos os más abunda abundante ntess son los que contien contienen en colina: colina: leciti lecitinas nas (fosfatidilcolinas), y las esfingomielinas. Los siguientes en abundancia son los am amino inofos fosfo folíp lípid idos os:: fosfa fosfati tidi dils lser erina ina y fosf fosfat atidi idilet letan anol olam amina ina.. Otro Otross fos fosfolípi ípidos imp importantes ntes presentes son el fosfat fatidi idilglicerol, rol, el fostatidilinositol y la cardiolipina. En el proc proces eso o de tran transd sduc ucci ción ón de seña señale less a nive nivell ce celu lula larr part partic icip ipan an determinados determinados fosfolípidos fosfolípidos como el bifosfato de fosfatidilinositol (IP 3) y libera era en el citos itosol ol,, don donde actúa ctúa sobr sobre e los los diacilglicerol. El IP3 se lib receptores del retículo endoplasmático para provocar la liberación del Ca +2 almacenado, lo que afecta una gran diversidad de procesos celulares. El diacil diacilglic glicero eroll perman permanece ece en la membran membrana a plasmá plasmática tica,, donde donde intervi interviene, ene,
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Seminario de Histología junto con el Ca+2, en la activación de la proteincinasa proteincinasa C, una proteína muy importante en la transducción de señales. El colesterol es un constituyente constituyente fundamental fundamental de las membranas celulares, celulares, su núcleo esteroideo se encuentra paralelo a las cadenas de ácidos grasos de los fosfolípidos de membrana. Actúa como amortiguador de la fluidez de la membrana, su presencia mantiene un rango intermedio de fluidez de la regi región ón de ca cade dena nass de ác ácid idos os gras grasos os de la bica bicapa pa de fosf fosfol olíp ípid idos os en pres presen enci cia a de cier cierto toss agen agente tes, s, co como mo los los alco alcoho hole less y los los anes anesté tési sico coss generales, que tienden a fluidificar las membranas biológicas.
Las porciones hidrocarbonadas orientadas hacia el exterior de los gluc gl ucol olíp ípid idos os y la las s gl gluc ucop opro rote tein inas as ac actú túan an co como mo re rec cep epto tore res s y antígenos. A pesar de no ser abundantes los glucolípidos desempeñan importantes funciones. La parte de hidratos de carbono se encuentra en la cara externa de la membrana y suelen actuar como receptor o antígeno.
Los fosfol folípid ípidos os se dis distrib tribu uyen asimét imétrrica icamen mente entre tre monocapas lipídicas lipídicas interna y externa de la membrana.
las
Los componentes lipídicos en la bicapa no se distribuyen uniformemente. Los glucolípidos se ubican casi de forma exclusiva en la monocapa externa de la membrana. Los fosfolípidos también se distribuyen asimétricamente en las monocapas interna y externa, en la membrana de los eritrocitos por ejemplo la monocapa externa posee una mayor proporción de fosfolípidos que contien contienen en colina colina por el contra contrario rio la monoca monocapa pa interna interna alberga alberga una mayoría de aminofosfolípidos.
Las pr Las prot oteí eína nas s de me memb mbra rana na so son n en enzi zima mas, s, tr tran ansp spor orta tado dore res s y receptores La composición proteica de las membranas puede ser simple o compleja. Las membranas funcionalmente especializadas del retículo sarcoplásmico del musculo esquelético y los discos del segmento externo de la capa de bastones de la retina contienen solamente unas pocas proteínas diferentes. Por el contrario, las membranas celulares, que realizan muchas funciones, pueden tener más de 100 constituyentes proteicos distintos. Las proteínas de membran membrana a incluye incluyen n enzima enzimas, s, proteín proteínas as transp transport ortado adoras ras y recept receptora orass para hormonas y neurotransmisoras.
Las membranas constituyen barreras de permeabilidad Las me memb mbra rana nas s son imp mper erme meab ablles pa para ra la ma may yor oría ía de las sustancias hidrosolubles
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Seminario de Histología Las membrana membranass biológ biológica icass actúan actúan como barreras barreras de permeab permeabilid ilidad. ad. La mayoría de moléculas moléculas en los sistema sistemass vivos son muy hidrosol hidrosolubles ubles y muy poco poco solub solubles les en diso disolve lvent ntes es no polar polares es enton entonce cess esta estass mo molé lécu culas las no atraviesan atraviesan la bicapa debido a su entorno entorno no polar de su interior. Es por ello que la membrana celular proporciona una barrera de permeabilidad de la mayo ma yorí ría a de mo molé lécu cula lass hidr hidros osol olub uble less ma mant nten enie iend ndo o la dife difere renc ncia ia de concentración entre el citoplasma y el líquido extracelular para muchas sustancias.
Las sustancias pueden atravesar las membranas sin pasar entre las moléculas que las componen Algunas sustancias ingresan a la célula sin pasar a través de la membrana mediante el proceso de endocitosis que incluye la fagocitosis (captación de partículas) y la pinocitosis (captación de partículas solubles). Las moléculas son expulsadas de la célula mediante un proceso que se parec parece e a una una endo endoci cito tosi siss inver inversa sa:: exocitosis. Ejemp jemplo lo de ello ello es la liberación de neurotransmisores. La exocitosis es responsable de la salida de las proteínas segregadas por muchas células, la liberación de enzimas pancreáticas desde las células acinares del páncreas es un ejemplo de ello.
Proceso de endocitosis El transporte de moléculas a través de las membranas se se produce por difusión, difusión, osmosis y procesos mediados por proteínas. El paso de moléculas se da por difusión entre las moléculas que constituyen la membrana, en otros casos por medio de proteínas transportadoras t ransportadoras especificas de la membrana.
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Seminario de Histología El O2 y CO2 son molécu moléculas las pequeñ pequeñas as solubl solubles es en disolv disolvent entes es no polare polares, s, atrave atravesan sando do la membrana biológica por difusión entre sus moléculas lipídicas. En cambio la glucosa que es una molécu molécula la mucho mayor mayor no es muy solubl solublee en los lípidos lípidos de la membran membranaa sin embarg embargo o la atraviesa por medio de proteínas específicas transportadoras de glucosa.
Las membranas son más permeables a las sustancias sustancia s liposolubles que a las hidrosolubles hidrosolubles.. La permeabilidad de las membranas a una molécula concreta es proporcional a su solubilidad en el interior de la bicapa lipídica. Mientras más soluble sea el compuesto en disolventes no polares, mejor atra atrave vesa sará rá la membr membran ana a bioló biológi gica ca.. Ej.: Ej.: La Lass vitam vitamin inas as lipos liposol olub uble less se abso absorb rben en en el intes intesti tino no delg delgad ado o por por sus sus cé célu lulas las epit epitel elia iales les median mediante te difusión simple (membrana plasmática luminal). Las vitaminas hidrosolubles no difu difund nden en fáci fácilm lmen ente te por por lo que que requ requie iere ren n en ma mayo yorí ría a prot proteí eína nass especializadas trasportadoras de membrana.
Sólo la Sólo las s mo molé lécu cula las s hi hidr dros osol olub uble les s ba bast stan ante te pe pequ queñ eñas as pu pued eden en difundir con rapidez a través de la membrana. Por ejemplo el agua penetra las membranas unas 100 veces más deprisa que lo que podría predecirse a partir de su radio molecular y liposolubilidad, esto esto debi debido do a 2 mo motiv tivos os.. Al igua iguall que que otra otrass sust sustan anci cias as muy muy pequ pequeñ eñas as hidr hidros osol olub uble less pued puede e pasa pasarr a trav través és de las las mo molé lécu cula lass de fosf fosfol olíp ípid idos os adyacentes sin disolverse en la región ocupada por las cadenas laterales de ácid ác idos os gras grasos os.. La ma mayo yorí ría a de me memb mbra rana nass plasm plasmát átic icas as de las células células contienen proteínas denominadas acuaporinas. La perm permea eabil bilid idad ad de las membr membran anas as a las mo moléc lécul ulas as hidr hidros osolu olubl bles es no cargad cargadas as eléctric eléctricame amente nte descien desciende de a medida medida que aument aumenta a su tamaño tamaño,, generalmente se permite el paso con un PM inferior a 200. Los iones por su carga neta son relativamente insolubles en los lípidos de la membrana, su difusión se da por medio de canales iónicos proteic proteicos os que cruzan cruzan la membrana (algunos dejan pasar cationes otros aniones). Algunos canales iónicos son muy específicos respecto a los iones que dejan pasar, mientras que otros permiten el paso a todos los iones inferiores a cierto cierto tamaño tamaño o con una carga carga del mismo signo. signo. Alguno Algunoss canales canales son controlados controlados por la diferencia de voltaje a través de la membrana, membrana, y otros lo son por neurotransmisores u otros tipos de moléculas reguladoras.
El agua fluye por osmosis cuando existe una diferencia en la concentración concentraci ón de solutos a través de la membrana La ósmosis se define como el flujo de agua a través de una membrana semipe semipermea rmeable ble desde desde un compar compartim timent ento o en el que la concen concentra tració ción n de solutos es más baja hacia otro compartimiento de mayor concentración. El proceso de ósmosis tiene lugar porque la presencia de soluto reduce el
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Seminario de Histología potencial potencial químico químico del agua. El agua tiende tiende a fluir desde la zona zona de mayor pote potenc ncia iall quími químico co hacia hacia el área donde donde éste éste es me meno nor. r. Otro Otross efec efecto toss originados por el descenso del potencial químico del del agua son la reducción de la pres presió ión n de vapo vapor, r, un desc descens enso o del del punt punto o de co cong ngel elac ació ión n y una una elevación del punto de ebullición de la solución en comparación con el agua pura pura.. To Toda dass esta estass prop propie ieda dade dess depe depend nden en fund fundam amen enta talm lmen ente te de la concentración de los solutos presentes por eso se denominan propiedades coligativas.
Y entendemos por presión osmótica, a aquella que sería necesaria para dete detener ner el flujo flujo de agua agua a travé travéss de la me membr mbran ana a semi semiper permea meabl ble. e. Al considerar como semipermeable a la membrana plasmática, las células de los organismos pluricelulares pluricelulares deben permanecer permanecer en equilibrio equilibrio osmótico osmótico con los líquidos tisulares que los bañan
Las células se hinchan o se retraen en respuesta a los cambios en el contenido de solutos del líquido extracelular Las membranas plasmáticas de la mayoría de las células corporales son rela relati tiva vame ment nte e impe imperm rmea eabl bles es a muc muchos hos de los los solut olutos os del del líqu líquid ido o extracelular, extracelular, pero pero muy permeables permeables al agua. Por lo tanto cuando cuando la presión osmótica del líquido extracelular aumenta, el agua sale de la célula por ósmosis y la célula se retrae hasta que las presiones osmóticas celular y extracelular se igualan. En un dete determ rmina inado do rang rango o de co conc ncent entra raci cion ones es de solu soluto toss extern externos os,, los los erit eritro roci cito toss se co comp mpor orta tan n co como mo un osmó osmóme metr tro, o, ya que su volu volume men n se rela relaci cion ona a invers inversam ament ente e co con n la co conc ncent entra raci ción ón de solut solutos os en el me medi dio o extracelular.
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Seminario de Histología El comportamiento osmótico de los eritrocitos humanos en soluciones de NaCl, Na Cl, en solu soluci cion ones es má máss co conc ncen entr trad adas as (hip (hipot otón ónic icas as), ), se retr retrae ae y en soluciones más diluidas (hipertónicas) se hinchan. La solución isotónica de NaCl también denominada solución salina isotónica se utiliza para la rehidratación intravenosa o para la administración de medicamentos medicamentos.. La solución solución salina isotónica isotónica se administra administra a los pacientes pacientes porque al ser isotónica, no modifica el volumen celular.
Cuanto más permeable sea una membrana a un soluto determinado, menor será el flujo osmótico osmótico que ese soluto puede ocasionar. ocasionar. El flujo osmótico osmótico del agua agua a trav través és de una una me memb mbra rana na es dire direct ctam amen ente te prop propor orci cion onal al a la diferencia de presión osmótica entre las soluciones de ambos lados de la membrana. Cuanto mayor sea la permeabilidad de un soluto, menor será el flujo osmótico que provoca y cuanto mayor sea la molécula se soluto, más impermeable resultara la membrana para él y mayor el flujo osmótico de agua que origina.
Las proteínas transportadoras son las responsables del desplazamiento de las sustancias relevantes a través de las membranas
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Seminario de Histología Dete Determ rmin inad adas as sust sustan anci cia a entr entran an y sale salen n de la cé célu lula lass por por me medi dio o de tran transp spor orta tador dores es o ca cana nales les espec específ ífic icos os que que co corr rres espo pond nden en a prot proteín eínas as intrínsecas de la membrana plasmática. A esto se denomina transporte mediado mediado por proteí proteínas nas o transp transport orte e mediad mediado. o. Estos Estos sistem sistemas as incluy incluyen en procesos de transporte activo y transporte facilitado, que tienen diversas propied propiedade adess en común, común, la diferenc diferencia ia fundam fundament ental al es que el transp transport orte e activo requiere de energía y es capaz de bombear una sustancia contra un gradiente químico o electroquímico, mientras que el transporte facilitado sólo participa en la mediación del transporte de la sustancia a favor de su gradiente químico o electroquímico.
El transporte mediado por proteínas tiene algunas de las propiedades de la catálisis enzimática. Una Una sust sustan anci cia a que que pasa pasa por por tran transp spor orte te me media diado do lo hace hace much mucho o má máss rápidamente que las moléculas con un peso molecular y una solubilidad lipídica semejantes, pero que atraviesan la membrana por difusión simple. La velocidad de transporte se comporta según una cinetica de saturación: cuando la concentración del compuesto transportado aumenta, la velocidad de transporte se incrementa al principio, pero finalmente se alcanza una conc co ncent entra raci ción ón a part partir ir de la cual cual dich dicha a velo veloci cida dad d ya no aume aument nta a má más. s. Llegado a ese punto se dice que el sistema de transporte se ha saturado con el compuesto transportado. La proteína proteína transportad transportadora ora tiene especificidad especificidad química: química: solo se transporta transportan n las moléculas con la estructura química requerida. La mo moléc lécul ulas as rela relaci cion onad adas as estr estruc uctu tura ralm lment ente e puede pueden n co comp mpet etir ir por por su transp transport orte. e. En general general el tranpor tranporte te de un sustra sustrato to reducirá reducirá la tasa de transporte de un segundo sustrato, debido a la competición por la unión a una proteína transportadora. Esta competición es análoga a la inhibición competitiva de una enzima. El tran transp spor orte te pued puede e qued quedar ar inhi inhibi bido do por por co comp mpue uest stos os sin sin una una rel relac ació ión n estructural con los sustratos transportados. Un inhibidor puede unirse a la proteína transportadora de forma que reduzca su afinidad por el sustrato transportado normal. El compuesto florentina no se parece a la molécula de de glucosa y, sin embargo, inhibe fuertemente su transporte en los eritrocitos.
El transporte facilitado aumenta su velocidad de flujo de una sustancia a favor de su gradiente de concentración o electroquímico. Denomina Denominado do en ocasio ocasiones nes difusió difusión n facilit facilitada ada,, el transp transport orte e facilit facilitado ado se produce por medio de una proteína transportadora que no depende de la energía metabólica. Los inhibidores metabólicos no suelen disminuirlo, estos siste istema mass actúa ctúan n para para igua iguala larr conc oncentr entrac acio ione ness de las las susta ustanc ncia iass transportada a ambos lados de la membrana.
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Seminario de Histología Una de las acciones principales de la insulina es estimular el transporte facilitado de glucosa a través de la membrana plasmática de las células musculares y los adipocitos. Las personas con diabetes tipo 1 segregan insulina en cantidades anormalmente bajas, la velocidad de captación es tan lenta que la capacidad de estos tejidos para utilizar glucosa como combustible metabólico está muy limitado.
Una proteína de transporte activo puede desplazar una sustancia de las zonas de menor a las de mayor concentración, concentración, este proceso necesita energía. Estos Estos sistem sistemas as son capace capacess de concen concentra trarr sus sustrato sustratoss en contra contra del gradiente gradiente de concentraci concentración ón o de potenciales potenciales electroquímicos electroquímicos.. Los procesos de transp transport orte e activo activo deben deben ir ligado ligadoss de alguna alguna forma de metabo metabolis lismo mo energético, energético, pueden utilizar el ATP directamente directamente o estar relacionados relacionados con el metabolismo en forma indirecta, por esta dependencia sus procesos pueden ser inhibidos por sustancias que interfieran con el metabolismo energético. Un transporte activo, ligado de forma directa al metabolismo celular se denomina transporte activo activo primario, en el citoplasma citoplasma de la mayoría de las células animales, la concentración se Na+ es mucho menor y la de K+ es much mucho o ma mayo yorr que que sus sus nive nivele less extr extrac acel elul ular ares es.. Esto Estoss grad gradie ient ntes es de conc co ncent entra raci ción ón se origi origina nan n por por la ac acci ción ón de una una Na Na+, +, K+ K+-- ATPa ATPasa sa,, una una proteína integral de la membrana plasmática. La Na+, K+- ATPasa utiliza la energía del ATP para para bombear bombear Na+ hasta hasta fuera fuera de la célula célula y K+ K+ hacia su su interior. interior. Esta ATPasa transporta transporta tres iones de sodio fuera de la célula y dos de potasio a través de la misma por cada molécula de ATP hidrolizada, ya que utiliza la energía del enlace del fosfato terminal terminal del ATP para activar el ciclo de transporte. Una Una prote proteína ína de tran transp spor orte te ac acti tivo vo secu secund ndar ario io obti obtien ene e su ener energí gía a del del gradiente de concentración de otra sustancia que se transporte de forma acti ac tiva va,, una una vez vez cread creado o el grad gradien iente te de co conc ncent entrac ració ión n repr repres esent enta a un almac almacén én de ener energía gía pote potenc ncial ial quím químic ica a que que se pued puede e apro aprovec vecha harr para para generar generar trabaj trabajo. o. En la mayoría mayoría de los tipos de células células,, el gradie gradiente nte de conc co ncent entra raci ción ón de Na Na+ + gene genera rado do por por Na Na+, +, K+ K+-- ATPa ATPasa sa se util utiliz iza a para para transportar activamente al interior de la célula célula otros solutos. Muchas de las célu cé lula lass ca capt ptan an am amin inoá oáci cido doss neut neutro ross hidr hidróf ófil ilos os me medi dian ante te prot proteí eína nass transportadoras de membrana, que vinculan el transporte de Na+ hacia el interior de la célula a favor de su gradiente de potencial electroquímico con el transporte hacia el interior de la célula de los aminoácidos en contra de sus gradien gradientes tes de concentr concentraci ación. ón. La energía energía para el transp transport orte e de los aminoácidos no esta proporcionada directamente por el ATP ni por ningún otro compuesto de alta energía, sino de forma indirecta por el gradiente de Na+ Na + que sí sí se tran transp spor orta ta acti activa vame ment nte. e. Algun Algunos os otro otross proce proceso soss de transporte activo secundario, como la absorción de pequeños péptidos en el intest intestino ino delgado delgado están están activa activados dos por un gradien gradiente te transm transmembr embrana ana de potencial electroquímico de H+.
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Seminario de Histología Las proteínas proteínas transporta transportadora doras s de membrana membrana pueden pueden clasifica clasificarse rse segú según n el meca mecani nism smo o por por el qu que e inte interv rvie iene nen n en el tran transp spor orte te a través de la membrana La acuaporina seria unos de los mecanismos de transporte más sencillos, el canal de agua parece estar siempre abierto y disponible para las moléculas de agua de ambos lados de la membrana. Por el contrario, las proteínas transportadoras, como los transportadores de glucosa o la Na+, K+- ATPasa, se unen al sustrato transportado situado a uno de los lados de la membrana y a continuación deben sufrir un cambio de conformación antes de liberarlo en el otro otro lado lado de la mism misma a. Est Estos cam ambi bios os de confo onform rmac ació ión n son relativamente lentos es por eso que los transportadores presentan las tasas más lentas de transporte transporte de sustratos. Los iones de transportan transportan a través de las membranas por canales iónicos de naturaleza proteica, suelen estar regulados por un mecanismo de compuerta, según el cual alterna entre un estado abierto (de conducción rápida) y cerrado (de conducción lenta). Las células dependen de algunas algunas proteínas de transporte de membrana, el Ca+2 se transporta a través de las membranas por Ca+2- ATPasas y por proteínas antiportadoras de 3Na+-1Ca2+. La glucosa se transporta al interior del músculo y a los adipocitos mediante transportadores facilitados, se difunde a través de la membrana plasmática muy lentamente. Las membranas plasmáticas de muchos tipos celulares contie contienen nen varias varias proteín proteínas as difere diferentes ntes transp transport ortado adoras ras de glúcid glúcidos os que medi me dian an el tras traspo port rte e fac facilit ilitad ado o de gluc glucos osa a y otros tros mo mono nossac acár árid idos os relacionados. Los eritrocitos, los adipocitos y las células musculares musculares poseen todas ellas transportadores de glucosa de la familia GLUT, no dependen ni de la dife difere renc ncia ia de pote potenc ncia iall elec electr troq oquí uími mico co del del Na Na+ + a trav través és de la membrana plasmática ni de ninguna via directa del metabolismo celular. En los adipocitos y en las células musculares la insulina aumenta el transporte de gluc glucos osa a a trav través és de la me memb mbra rana na plas plasmá máti tica ca,, lo que que hace hace que que se inserten más proteínas transportadoras en ella. La síntesis proteica es necesaria para el recambio de las células y los tejidos en proc proces esos os co como mo la cica cicatr triza izaci ción ón de las las heri herida das. s. Lo Loss tran transp spor orte tess de aminoác aminoácido idoss incluy incluyen en tres tres clases clases distin distintas tas de transp transport ortado adores: res: para para loa aminoácidos neutros, para los básicos y para los ácidos. En el estudio de la fisiología se encuentra en numerosos transportadores: •
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H+,K+-ATPasas que expulsan H+ de las células parietales gástricas y lo intercambian con K+. Antiportad Antiportadores ores aniónicos, aniónicos, intercambian intercambian CL- con HCO3- a través de la membrana eritrocitaria. Antiportadores de Na+-H+ que segregan H+ que absorbe pequeños péptidos del intestino delgado
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Seminario de Histología •
Simportadores de Na+-HCO3-
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Simportadores de Na+- Cl-
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Simportadores de K+- CL-
Las co Las conc ncent entrac racio iones nes cito citosó sólic licas as de iones iones en equi equilib libri rio o esta estaci cion onar ario io representan el resultado neto de las acciones de las bombas iónicas y los flujos jos transmembran rana de ione ioness a través de simp importadores y antiportadores. Las célula célulass epitel epitelial iales es están están polari polarizad zadas: as: las membran membranas as plamát plamática icass apical y basolateral contienen diferentes proteínas transportadoras. Los transportadores de la membrana plasmática de un lado de la capa de células epiteliales son diferentes a los del otro lado, buenos ejemplos son las células epiteliales del intestino delgado y del túbulo proximal del riñón. Las uniones hermeticas que conectan los lados de las células epiteliales impiden que se mezclen las proteínas de las membranas plasmáticas luminal y basolateral. Las uniones hermeticas intercelulares son algo permeables al agua y a los iones y pequeñas moléculas hidrosolubles. La oclusión de las uniones hermét hermética icass varía entre los epitelios epitelios.. Por tanto tanto hay dos tipos tipos de rutas rutas para el transporte a través de los epitelios: 1) Rutas transcelular transcelulares es (a través través de de las células células)) 2) Rutas paracelulares paracelulares (entre (entre las células) células) Las neuronas neuronas también también son células polarizada polarizadas. s. Los axones axones neuronales neuronales contienen contienen proteínas proteínas que que no aparecen aparecen en las dentritas dentritas y viceversa. viceversa. La pola polari rida dad d de la neuro eurona na favo favore recce las las dife difere rent ntes es func funcio ione ness muy muy especializadas de los axones y las dentritas.
EQUILIBRIOS IÓNICOS Y POTENCIALES DE MEMBRANA EN REPOSO Es un tipo especial de equilibrio químico, químico, caracterizado por la presencia de especies químicas en solución acuosa, las cuales producen iones Las especies que producen en solución cargas son denominadas electrolitos electrolitos.. Un electrolito es cualquier especie que permite la conducción de la corriente eléctrica.. eléctrica
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Seminario de Histología En base a esto, se clasifica a los electrolitos en base a dos criterios: • •
Comportamiento en solución: electrolitos ácidos, básicos, y neutros Capacidad conductora: electrolitos fuertes y débiles
La ecuación de Nernst Se aplica para un ion que está en equilibrio con una membrana, ∆µ viene a ser la fuerza neta sobre el ion, mientras que el logaritmo es la fuerza provocada por la diferencia de concentración, y ZF ( EA - EB ) es la fuerza originada por la diferencia de potencial eléctrico, cuando las dos fuerzas son iguales y opuestas, ∆µ es igual a cera y no hay una fuerza neta sobre el ion. Si este es el caso, n ose producirá producirá un desplazamient desplazamiento o neto del mismo, mismo, y se dice que el ion esta en equilibrio electroquímico electroquímico a través de la membrana. ∆µ = RT ln [X]A + ZF ( EA EB ) = 0 DESPEJANDO EA – EB, SE OBTIENE EA - EB = -RT [X]A
ln
Esta es la ecuación de Nernst, una vez derivada asume la condición de equi equili libr brio io,, y la ec ecua uaci ción ón de Ne Nern rnst st solo solo se cump cumple le para para los los ione ioness en equilibrio. Esta fórmula permite calcular la diferencia de potencial eléctrico, necesaria para producir una fuerza eléctrica que es justo igual y opuesta a la fuerza de concentración. Dicha fuerza eléctrica es igual a: -RT ln [X]A ln [X]B F
Z
[X]B
= RT F
Z
En resumen la ecuación de Nernst se puede utilizar para predecir el sentido en el que tienen a fluir los iones:
Si la diferencia de potencial medida a través de una membrana es igual a la diferencia de potencial calculada mediante la ecuación de Nernst para un ion concreto, entonces este ion esta en equilibrio electroquímico a través de la membrana membrana y no tiene un flujo neto a través de la misma.
Si el pote potenc ncia iall eléc eléctr tric ico o me medi dido do es del del mism mismo o sign signo o que que el calc calcul ulad ado o mediante la ecuación de Nernst para un ion determinado, pero tiene una magnitud mayor mayor que este valor, entonces la fuerza eléctrica es mayor que la
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Seminario de Histología fuerza de concentración y el flujo neto de dicho ion tenderá a producirse en el sentido determinado por la fuerza eléctrica.
Cuando la diferencia medida de potencial eléctrico es de mismo signo pero numéricamente menor que la calculada mediante la ecuación de Nernst para un ion en particular, entonces la fuerza de concentración es mayor que la fuerza eléctrica y el flujo neto de dicho ion tenderá a producirse en el sentido determinado determinado por la diferencia de concentración. concentración.
Si la diferencia de potencial eléctrico medida a través de la membrana es de signo opuesto a la pronosticada mediante la ecuación de Nernst para un ion en particular, entonces las fuerzas eléctricas y de concentración actúan en el mismo sentido. Por tanto este ion nop odra estar en equilibrio y tenderá a desplazarse en el sentido determinado por ambas fuerzas, la eléctrica y la concentración
Equilibrio de Gibbs-Donn Gibbs-Donnan an Se da cuando una especie iónica no puede atravesar la membrana. En genera generall el citopl citoplasm asma a contien contiene e proteí proteínas nas,, polifos polifosfat fatos os orgánic orgánicos, os, ac. Nucl Nuclei eico coss y otra otrass sust sustan anci cias as ioni ioniza zada dass que que no pued pueden en atra atrave vesa sarr la membrana membrana plasmática. plasmática. La presencia presencia intercelular intercelular de aniones no permeantes permeantes afecta a la distribución de cationes e iones permeantes a través de la memb me mbra rana na plas plasmá máti tica ca y, co como mo resu result ltad ado, o, hace hace lo prop propio io sobr sobre e las las concentrac concentraciones iones de iones permeantes permeantes en el citosol e influye influye en el potencial de membrana en reposo. Las propiedades de equilibrio estacionario de esta mezc me zcla la de iones iones perm permea eant ntes es y no perme permean ante tess se descr describe iben n segú según n el Equilibrio de Gibbs-Donnan Gibbs-Donnan [K +]A [Cl-]A = [K +]B Este índice de Gibbs-Donnan o ecuación de Gibbs-Donnan, se cumple para cualquier par de anión y catión monovalentes en equilibrio entre las dos dos cá cáma maras ras.. Si estu estuvi vier eran an pres presen ente tess otro otross ione ioness mo mono nova valen lente tess que que pudieran alcanzar una distribución equilibrada, se podría aplicar el mismo razonamiento y una ecuación similar para cada par catión-anión.
Potencial de membrana en reposo El citosol de una célula en reposo es electronegativo respecto al líquido extracelular La comunicación entre las células nerviosas depende de una modificación eléc eléctr tric ica, a, deno denomi mina nada da pote potenc ncia iall de ac acci ción ón,, que que se prop propag aga a por por la memb me mbra rana na plas plasmá máti tica ca de dich dichas as cé célu lula las. s. En el músc múscul ulo o estr estria iado do,, el potencial de acción se propaga rápidamente sobre toda la superficie celular y permite que la célula se contraiga de manera sincrónica.
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Seminario de Histología Tod Todas as las cé célu lulas las que que pued pueden en prod produc ucir ir pote potenc ncial iales es de ac acci ción ón tien tienen en potenciales potenciales de membrana membrana en reposo considerables considerables (citoplasma (citoplasma negativo) negativo) a través de sus membranas plasmáticas. Las diferencias de potencial de membrana se expanden como el voltaje en el citoplasma menos el voltaje en el líquido extracelular. Un valor negativo indica que el citoplasma citoplasma es eléctricament eléctricamente e negativo negativo con respecto al líquido líquido extracelular. El pote potenc ncia iall de me membr mbran ana a en repos reposo o es nece necesa sario rio para para que que la cé célu lula la desencadene un potencial de acción.
El gradiente de concentración de un tipo de ion permeante a través t ravés de una membrana produce una diferencia de potencial eléctrico en la misma Mediante una grafica podemos esquematizar dicha diferencia de potencial eléctrico. Tenemos que la membrana se separa en dos cámaras una A y la otra B esta es permeable a los cationes pero no a los aniones. En un principio no existe ninguna ninguna diferencia de potencial eléctrico eléctrico a ambos lados de la membrana membrana el + K pasará desde A hacia B por la fuerza de concentración que actúa sobre él. El Cl- está sometido a la misma fuerza pero no puede pasar porque la membrana es impermeable a los aniones. El flujo de K + desde A hacia B transferirá una carga neta positiva al lado B y dejara un exceso muy ligero de cargas negativas negativas en el lado A, por lo que el lado A se volverá eléctricamente negativo con respecto al B. esta fuerza tiene el sentido opuesto a la fuerza de concentración sobre el K +. Cuando más K + pase a las membranas, mayor será la fuerza eléctrica en sentido opuesto. opuesto. El flujo neto de K + se detendrá cuando la fuerza eléctrica equilibre exactamente la fuerza de concentración, lo que sucede cuando la diferencia de potencial eléctrico sea igual al potencial de equilibrio (Nernst) para el K +. Es decir:
EA – EB = -60mV log K+ A = - (60mV) log 0.1 +1
K+ B
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Solo una cantidad muy pequeña de K + influye desde A hacia B antes de que alcance el equilibrio. Esto se debe a que la separación de cargas negativas y positivas positivas necesita una gran cantidad de energía. energía. La diferencia de potencial potencial eléctrico que se genera para oponerse a los nuevos desplazamientos del K + es una manifestación de dicha energía. Est Esto se debe debe a que cuand uando o la cé célu lula la no est estimu imulada lada por por co corr rrie ient ntes es despolarizantes supra umbrales, se dice que se encuentra en un potencial de membrana en reposo. Los cambios en la permeabilidad de la membrana y el establecimiento y cese de corrientes iónicas durante el potencial de acción refleja la apertura y cierre de los canales iónicos que forman zonas de paso a través de membrana para los iones.
Diversos factores que contribuyen a la generacion de potencial de membrana en reposo Los gradientes de concentraciones iónicas a través de la membrana plasmática En la mayoría de tejidos, los iones no están en equilibrio entre el líquido extracelular y el citoplasma. El potencial de membrana en reposo de una célula esquelética es de unos -90 mV. El Cl - está casi en equilibrio a través de la membrana plasmática de este tipo de células. El K + tiene una fuerza de concentración que tiene a hacerle salir de la célula. La fuerza eléctrica sobre el K + tiene un sentido sentido opuesto a la fuerza de concentrac concentración. ión. Po tanto la fuerza de concentración como la fuerza eléctrica sobre el Na+ es el más alejado de una distribución de equilibrio.
El Na+, K+ y ATPasa (contribuyen directamente)
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Seminario de Histología La bomba de Na + y K - es responsable de la elevada concentración de K + y la baja concentración de Na+ dentro de la célula, debido a que saca mas Na del K que entra (3-2), existe una transferencia neta de cargas positivas al exterior que contribuye al potencial de membrana en reposo por lo que se le denomina electrógena. En algun algunas as cé célu lula las, s, el Na+, K + y ATPa ATPasa sa son son responsables de una gran parte del potencial de membrana en reposo.
La difusión de iones a favor de sus gradientes de potencial electroquímico Cuando varios iones están distribuidos a través de una membrana, habiendo suprimido su equilibrio electroquímico, cada ion tendera a aproximar el potenc potencial ial transm transmembr embrana ana a su propio propio potenc potencial ial de equilib equilibrio, rio, calcul calculado ado mediante la ecuación de Nernst, cuanto más permeable sea la membrana para un ion concreto, mayor será la fuerza con la que éste tratara de acercar el potencial de membrana a su potencial de equilibrio. describe be la aportac aportación ión de La ecuación ecuación de conducta conductancia ncia armonizad armonizada a descri iones permeantes permeantes al potencial de membrana en reposo. La forma en que la interacción de los gradientes iónicos genera el potencial de membrana en reposo reposo (Em) se expl explic ica a me media diant nte e un mo mode delo lo ma mate temá máti tico co senc sencill illo. o. Si se considera la distribución de Na +, K +, Cl- a través de la membrana plasmática de una una cé célu lula la,, la sigui siguient ente e ec ecua uaci ción ón pred predic ice e la difer diferen enci cia a de pote potenc ncial ial transmembrana a través de dicha membrana: Em = gK EK + gNa gCl ECl
ENa +
g= conductancia de la membrana del ion indicado en el subíndice ∑g= ( gK + gNa + gCl ) E= potenciales de equilibrio
La conductancia es la inversa de la resistencia ( g= 1/R), por lo que; cuando más permeable sea la membrana para un ion concreto, mayor será su conducta
GENERACIÓN Y CONDUCCIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN Un poten potenci cial al de ACCI ACCION ON ES UN CAMB CAMBIO IO rápid rápido o en el pote potenc ncia iall de membrana que se propaga a lo largo de toda la longitud de la célula, seguido de un retorno al potencial de reposo. Los potenciales de acción tienen formas diferentes en cada tejido.
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Seminario de Histología Potencial de membrana El potencial de membrana es el voltaje de la diferencia de potencial eléctrico a un lado y al otro de la membrana plasmática de una célula. La membrana de las células está polarizada, debido a que hay un reparto desigual de cargas eléctricas entre el interior y el exterior de la célula. Esto crea una diferencia de potencial, siendo el exterior positivo respecto al interior. El potencial de membrana de una célula puede medirse al atravesar su membrana plasmática con un micro electrodo. Al penetrar un microelectrodo por la membrana se observa una diferencia de potencial entre el microelectro microelectrodo do con su punta introducida introducida en la célula y el electrodo extracelular. Si a través de la membrana plasmática de una célula fluye un pulso de corriente, el potencial de membrana cambia. Los pulsos de corriente son:
Despolarización Proc Proces eso o quím químic ico o me medi dian ante te el cual cual una una cé célu lula la neur neuron onal al ca camb mbia ia su pote potenc ncial ial elé eléct ctric rico, o, norma normalme lment nte e nega negati tivo vo,, a posi positi tivo vo media mediant nte e el intercambio de iones con ayuda de canales de cloruro y canales de sodio. Este proceso forma parte de la transmisión sináptica. Consiste en el aumento de la permeabilidad para el Na+ (sodio), el cual ingr ingres esa a a la cé célu lula la ca camb mbia iand ndo o la pola polarid ridad ad de la membr membran ana: a: inte interio riorr positivo y exterior negativo. La despolarización significa un descenso de la diferencia de potencial a través de la membrana.
Hiperpolarización es cualquier cambio en el potencial de membrana de la célula, que hace que esté más polarizada. Es decir, la hiperpolarización es un incremento en el valor absoluto del potencial de membrana de la célula. Así pues, los camb ca mbio ioss en el volt voltaj aje e de la me memb mbra rana na en los los que que el pote potenc ncia iall de membrana es más netamente positivo o negativo, son hiperpolarizaciones.
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Potencial de membrana en reposo de los nervios El potencial de membrana en reposo de las fibras nerviosas grandes cuando no transmiten señales nerviosas es de aproximadamente -90mV.
Propiedades de transporte de la membrana para sodio y potasio. Transporte activo de los iones de sodio y potasio a través de la membrana: Bomba de sodio y potasio. Todas las membranas celulares tienen una potente bomba de sodio y potasio, que bombea continuamente iones sodio hacia el exterior de la célula e iones potasio hacia el interior.
Fuga de potasio y de sodio a través de la membrana m embrana nerviosa. nerviosa. Factores que determinan de potencial de membrana en reposo. •
Contribución del potencial de difusión de potasio. Se pone énfasis en la fuga de potasio porque, en promedio, los canales son mucho más permeables al potasio que al sodi sodio, o, norm normal alme ment nte e apro aproxi xima mada dame ment nte e 100 100 vece vecess má máss permeables. Debi Debido do al elev elevad ado o co coci cien ente te de los los ione ioness pota potasi sio o entr entre e el inte interi rior or y el exte exteri rior or,, 35:1 35:1,, el pote potenc ncia iall de repo reposo so en el interior de la fibra seria igual a -94mV.
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Seminario de Histología Contribución de la difusión de sodio a través de la membrana nerviosa.
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Contribución de la bomba Na+ - K -
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El hech hecho o de que que se bomb bombee een n má máss ione ioness sodi sodio o haci hacia a el exterior que iones potasio hacia el interior da lugar a una perdida continua de cargas positivas desde el interior de la membrana; esto genera un grado adicional de negatividad (aproximadamente de -4 mV mas) en el interior además del que se puede explicar por la difusión de manera aislada. Los potenciales de difusión aislados que produce la difusión del sodio y potasio darían un potencial de membrana de aproxi aproximad madame amente nte -86mV, -86mV, casi casi todo deter determin minado ado por por la difusión de potasio. Además se generan – 4mV adicionales al potencial de membrana por la acción continua de la bomba de Na+ - K- electrógena, generándose un potencial neto de membrana de -90mV. Potencial de acción nervioso Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción que son son ca camb mbio ioss rápi rápido doss del del pote potenc ncia iall de me memb mbra rana na que que se exti extien ende den n rápidamente a lo largo de la membrana de la fibra nerviosa. Cada potencial de acción comienza con un cambio súbito desde el potencial de membrana negativo en reposo normal hasta un potencial positivo y después termina con un cambio casi igual de rápido de nuevo hacia el potencial negativo. Las sucesivas fases del potencial de acción son las siguientes: •
Fase de reposo Potenc Pote ncia iall de me memb mbra rana na en repo reposo so ante antess del del co comi mien enzo zo del del potenc potencial ial de acción acción.se .se dice dice que la membra membrana na esta esta polariza polarizada da durante esta fase debido al potencial de membrana negativo de -90mV que esta presente.
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Fase de despolarización despolarización En este momento la membrana se hace súbitamente permeable a los los ione ioness sodi sodio. o. El esta estado do pola polari riza zado do norm normal al de -90m -90mV V se neutraliza inmediatamente por la entrada de iones sodio cargados positivamente, y el potencial aumenta rápidamente en dirección positiva. Esto se denomina despolarización.
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Fase de repolarización repolarización Después que la membrana se haya hecho muy permeable a los iones iones sodi sodio, o, los los ca cana nales les de sodio sodio co comie mienz nzan an a ce cerr rrar arse se y los los canales de potasio se abren mas de lo normal. De tal manera que la rápida difusión de los iones potasio hacia el exterior restablece el potencial de membrana en reposo negativo normal. Esto se denomina re polarización de la membrana.
RECEPTORES DE MEMBRANA, SEGUNDOS MENSAJEROS Y VÍAS DE TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES Los procesos celulares básicos están regulados por numerosas sustancias. Algunas de ellas, como las hormonas en las células y se unen a receptores que son factores de transcripción activados por la unión a la hormona. Otras sustancias reguladoras (agonistas) ejercen influencia desde el exterior de la célula. Sus acciones se inician cuando los agonistas se unen a proteínas recepto receptoras ras en la membra membrana na plasmáti plasmática, ca, lo que inicia inicia una secuencia secuencia de fenómenos denominada via de transducción de señales que provoca las acciones finales de los agonistas.
La proteincinasa dependiente de segundo mensajero es modulada por el contenido celular de un segundo mensajero La pr pro ote tein inc cin ina asa depe pend ndie ien nte de AM AMPc Pc pa part rtic icip ipa a en la regulación de importantes vías metabólicas metabólicas.. En ause ausenc ncia ia de AMPc AMPc,, la prot protein einci cina nasa sa depen dependi dient ente e de AMPc AMPc esta esta compuesta por cuatro subunidades: dos reguladoras y dos catalíticas. La pres presen enci cia a de subu subuni nida dade dess regula regulado dora rass inhi inhibe be regu regula lado dora rass inhib inhibe e fuertem fuertement ente e la activid actividad ad enzimát enzimática ica del complej complejo. o. En presen presencia cia de conc co ncen entr trac acio ione ness micr microm omol olec ecul ular ares es de AMPc AMPc,, ca cada da subu subuni nida dad d reguladora une dos moléculas de AMPc. La unión de AMPc provoca que las subunidades reguladoras se disocien de las subunidades catalíticas y de esta forma se activan estas ultimas. La subunidad catalítica activa fosforila las proteínas objetivo en determinados residuos de serina y tronina. Las proteincinasas dependientes de la calmodulina se activan por el complejo de Ca+2 con calmodulina
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Seminario de Histología Una de las formas por las que el Ca +2 ejerce su control s uniéndose a la calmodulina. Las proteincinasas dependientes de calmodulina exclusivas, tales como la cinasas de la cadena ligera de miosina y la fosforilasa-cinasa, tienen un únic único o sust sustra rato to ce celu lula lar. r. La Lass prot protei einc ncin inas asas as depe depend ndie ient ntes es de calmodulina multifuncionales fosforilan más de un sustrato proteico. La cinas cinasa a de la ca cade dena na lige ligera ra de mios miosin ina a dese desemp mpeñ eña a un papel papel fundamental para regular la contracción del musculo liso. La elevación de la co conc ncen entr trac ació ión n cito citosó sólic lica a de Ca+2 en una una ce celu lula la musc muscula ularr lisa lisa esti estimu mula la la ac acti tivi vida dad d cina cinasa sa de la ca cade dena na lige ligera ra de mios miosin ina; a; la fosforilación resultante de las cadenas ligeras de miosina reguladoras permite que se mantenga la contracción de las células del musculo liso.
La proteincinasa C se activa por el Ca +2 y los lípidos de la membrana. La principal acción de determinadas subunidades lipófilas estimuladoras de tumores, sobre todo de los esteres de forbol, es activar directamente la proteincinasa C. Esto favorece favorece intensame intensamente nte la división división celular celular en nume numero roso soss tipo tiposs ce celu lula lare ress y co conv nvie iert rte e las las cé célu lula lass norm normal ales es co con n propiedades propiedades de crecimiento crecimiento controlado en células células transformada transformadas, s, como las células tumorales, que crecen de modo incontrolado.
En una célula no estimulada, la mayor parte de la proteincinasa C se encuentra encuentra en el citosol y está inactivada. inactivada. Cuando los niveles citosólicos citosólicos de Ca+2 se elevan, el Ca+2 se une a la proteincinasaC. Esto hace que la prot protein einci cina nasa sa C se adhi adhier era a a la supe superf rfic icie ie inter interna na de la me memb mbra rana na plásmatica, donde puede ser activada activada pro el diacilglicerol diacilglicerol producido por hidrólisis del fosfatidilinositol 4,5-difosfato.
Las tirosincinasas desempeñan funciones funciones clave en el control de la proliferación celular Los re rec cep epto tore res s de alg lgu unos fac acttor ores es de tirosincinasas
cre rec cimi mie ent nto o
son
Los receptores receptores tirosina.prot tirosina.proteincin eincinasa asa conocidos conocidos hasta hasta ahora ahora se agrupan en ocho subfamilias. La unión del ligando al receptor
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Seminario de Histología determina la dimerización de los complejos receptor-ligando. La dimerización mejora la afinidad de unión y activa la actividad tirosina- proteincinasa. Las fami Las famili lias as mo mono nomé méri rica cass que que liga ligan n GTP GTP de la fami famili lia a Ra Rass está están n implicadas en el acoplamiento de la unión de los ligandos mitógenos a sus sus recept receptor ores es tiro tirosi sina na-p -pro rote tein inci cina nasa sa para para dar dar luga lugarr a los efect efectos os intr intrac acelu elula lare ress resul resulta tant ntes es sobr sobre e la prol prolif ifera eraci ción ón ce celu lula lar. r. Cuan Cuando do la prot proteín eína a Ra Rass esta esta inac inacti tivad vada, a, las las cé célu lulas las o puede pueden n respo respond nder er a los los fact factor ores es de crec crecim imie ient nto o que que ac actú túan an a trav través és de los los rece recept ptor ores es tirosincinasas. La activación de la proteína Ras por un receptor tirosincinasa activado dese desenc ncad aden ena a a su vez una una vía vía de trans transdu ducc cció ión n de seña señale less que que finalmente pone en marcha la transcripción transcripción de ciertos genes genes claves que favorecen el crecimiento celular. La cascada e proteincinasa proteincinasa activada pro un mitógeno (MAP) participa en respuestas a la proteína Ras activada. La proteincinasa C también activa la cascada cinasa de la MAp. Esta cascada es un punto destacado de convergencia de múltiples efectos que fomentan la proliferación celular.
Otros receptores de factores de crecimiento forman complejos con tirosincinasas intracelulares Los receptores de la hormona de crecimiento prolactina y eritropoyetina no son son en sí mism mismo o pote potein inci cina nasa sa.. Sin Sin embar embargo go,, al ac acti tiva vars rse, e, esto estoss rece recept ptor ores es form forman an co comp mple lejo joss de seña señale less co con n las las tiro tirosi sinc ncin inas asas as intracelulares que originan sus efectos intracelulares. Las proteinfosfatasas deshacen el trabajo de las proteincinasas. El grado de folforilacion folforilacion de una proteína proteína regulada es el resultado resultado de las acti ac tivi vida dade dess de la prot protei einc ncin ina asa que que fosf fosfor oril ila a esa esa prot proteí eína na y la proteinfosfatasa que la desfosforila. Además de los diferentes tipos de prot protein einci cina nasa sass co comen menta tado dos, s, toda todass las cé célu lulas las tamb también ién co cont ntie iene nen n proteinfosfatasa cuya tarea es revertir los efectos de la fosforilacion de las las prot proteín eínas as.. La Lass prot protein einci cina naas as se clas clasifi ifica can n en serina-troninaproteinfosfatasas proteinfosfatasas y tirosina-proteinfosfatasas. tirosina-proteinfosfatasas.
Los receptores del péptido natriurético auricular tienen actividad guanilciclasa. El péptid libera ra por por las las cé célu lula lass péptido o natri natriuré urétic tico o auric auricula ularr (PNA) (PNA) se libe auriculares cardiacas en respuesta a una elevación de la presión auricular. Esta hormona aumenta la excreción renal del NaCl y agua y disminuye la
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Seminario de Histología constr cons tric icci cion on de dete determi rmina nado doss vaso vasoss sang sanguí uíne neos os.. Lo Loss recep recepto tores res de la membrana para el PNA poseen en sí mismos actividad guanililciclasa que se estimula cuando el PNA se une al receptor. No se necesita un segundo mensajero para activar la ganililciclasa. Los receptores del PNA tienen un domi dominio nio de unió unión n extra extrace celul lular ar,, una una únic única a hélic hélice e tran transm smem embr bran ana a y un dominio guanililciclasa intracelular. La unión del PNA estimula la actividad guan guanili ililc lcic icla lasa sa y eleva eleva las las co conc ncen entr trac acion iones es intra intrace celu lula lares res del segu segund ndo o mensajero GMPc.
El oxido nítrico es un mediador paracrino de vida corta
El oxido nítrico (NO) es un mediador pancreático que se libera en las células endoteliales y algunas neuronas. El NO se oxida con rapidez, por lo que su vida biológica solo es de varios segundos. Por esta razón, el No sólo afecta a las células en inmediata proximidad a la célula que lo produce. El NO estimula la guanililciclasa soluble en la célula objetivo, lo que eleva la concentración intracelular de GMPc en dicha célula, estimulando por tanto la proteincinasa dependiente de GMPc. La producción de NO es catalizada por la NO sintasa, una enzima dependiente de Ca+2- calmodulina que acelera la conversión de la arginina en cicutrina y No. El aumento de la concentración citosólica de Ca+2 suele ser el estímulo para el incremento de la formación y liberación de NO. Los componentes de la transducción de señales se localizan en el interior celular. Si las cinasas, fosfatasa y todas las proteínas que las regulan pudieran difundir con libertad en el citoplasma, sería difícil lograr la especificidad temporal y espacial de las respuestas iniciadas por un agonista concreto. Las proteincinasas estimuladas por AMPc, por ejemplo, se unen a proteínas intrac intracelul elulare areses sespec pecific ificas as por miembro miembross de la familia familia de proteínas proteínas de anclaje de cinasa A (AKAP). Las serina-treonina-proteinfosfatasa suelen ancl anclar arse se a estr estruc uctu tura rass subc subcel elula ulare ress co conc ncret retas as media mediant nte e subu subuni nida dades des objetivo que se asocian a la subunidad fosfatasa catalítica.
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