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Miriam Turiel Miranda 2º Medicina

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Tema 2.1 : Sistemas

fisiológicos de transporte

por membranas

Parte 1: Estructura de las membranas.

1. Introducción

Las membranas son conjuntos laminares, fluidos, elásticos y asimétricos constituidos

por proteínas y lípidos con funciones esenciales para la vida. Son estructuras asimétricas en las

que se insertan múltiples proteínas.

Espesor: 60 -100 A. 1 A = 10-1 nm = 10-10 m

FUNCIONES

1. Confieren a las células su individualidad separándolas de su entorno. Se crea un medio

interno, propio de la célula.

2. Constituyen barreras de permeabilidad muy selectivas por sí mismas y por la presencia de:

a. Bombas activas que gastan energía

b. Canales de iones y de H2O

c. T diversísimos

d. Proteínas (glúcidos, lípidos) de relación celular.

Con estos sistemas se regula la composición del medio interno.

3. Delimitan los orgánulos intracelulares: RE, vacuolas, lisosomas, mitocondrias…

4. Contienen receptores específicos para estímulos externos físicos y químicos y proteínas

que unen células. Comunicación con el medio externo.

5. Todas las membranas están polarizadas. Algunas, además, generan señales eléctricas que

se propagan a distancia.


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2. Composición química de las membranas

Obtenemos una muestra de hígado, lo ponemos en un tubo de ensayo y lo

homogenizamos. Realizamos la centrifugación diferencial y

realizamos el análisis químico de la fase de membranas.

Composición: lípidos y proteínas en proporciones variables.

2.1 LÍPIDOS DE MEMBRANA

En las membranas hay tres tipos de lípidos: fosfolípidos (fosfoglicéridos y

esfingolípidso), glucolípidos y colesterol.

1. FOSFOLÍPIDOS

Exiten dos tipos de fosfolípidos dependiendo de si son derivados del glicerol

(glicerofosfolípidos) o de la esfingosina (esfingolípidos).

a. Glicerolípidos: glicerol (tripropanolol)+ 2 ácidos grasos esterificando los carbonos 1

y 2 del glicerol + un PO4 esterificando al carbono tres y unido a un grupo de cabeza

polar. Según los grupos de cabeza polar:

Grupo de cabeza polar Glicerolípido

Colina (trimetil-etanolamina) Fosfatidil colina. Lecitina (actúa en mecanismo de secreción hormonal)

Etanolamina Fosdatidiletanolamina. Cefalina

Serina Fosfatidilserina

Inositol Fosfatidilinositol-4,5-diP

Otro fosfatidilglicerol

Difosfatidil glicerol. Cardiolipinas Son moléculas muy grandes. Disminuyen la

fluidez y aporta gran viscosidad y resistencia. Se encuentran en la membranas

de las mitocondrias

LIP PROT

75 25

Mitocondrias 25 75


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b. Esfingolípidos: esfingosina + ácido graso unido por enlace amida a C2 + PO4 unido a

una colina. Esta es la esfingomielina, una moléculas de gran relevancia en la

esclerosis múltiple.

2. GLICOLÍPIDOS

Son moléculas muy parecidas a las anteriores. Formadas por: esfingosina + ácido graso

unido por enlace amida a C2 + un azúcar unido al alcohol de C3. No hay fosfato en esta

molécula. Según el tipo de azúcar unido tenemos:

Cerebrósidos: en el C3 tienen glucosa o galactosa (monosacáridos)

Gangliósidos: en el C3 tienen una cadena ramificada de hasta 7 monosacáridos.

3. COLESTEROL

Derivado del ciclopentano perhidrofenatreno (esterano). La estructura del alcohol es la

siguiente:

El colesterol es una molécula de origen animal (nunca va a estar en aceites vegetales) que

aparece en eucariotas cuando comienza a haber O2 en la Tierra. Es precursor de una serie de

moléculas esenciales para la vida: sales biliares, hormonas sexuales, Q10 (molécula de la

cadena respiratoria de e- sintetizada en la vía de síntesis del colesterol).

El colesterol aporta a las membranas elasticidad e impermeabilidad al H2O. De hecho las

plumas de aves acuáticas están recubiertas de colesterol por eso al salir del agua parecen

tenerlas secas.


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PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE LOS LÍPIDOS DE MEMBRANA

1. Todos son moléculas anfipáticas, es decir, tienen una cabeza polar y una cola apolar. Por

este motivo, en medios acuosos forman fácil y espontáneamente bicapas lipídicas. Estas

adquieren distintas formas:

2. Las membranas son estructuras fluidas (1/ƞ), semilíquidas.

3. Las membranas son estructuras elásticas (1/rigidez). Estas elasticidad la aportan los

colesteroles y les confiere el carácter móvil y deformante.

FORMACIÓN DE BICAPAS LIPÍDICAS

Experimento. Si en un tubo de ensayo introducimos los componentes lipídicos de las

membranas biológicas, se produce rápidamente un proceso espontáneo de ensamblaje que

termina en bicapas lipídicas, liposomas y micelas.

En la formación de la bicapa lipídica intervienen 4 fuerzas:

Fuerzas de interacción hidrofóbicas

Son con mucho las interacciones más importantes. Los grupos polares

se orientan hacia el dipolo H2O, hay entre ambos una interacción

electrostática. Los grupos apolares no pueden orientarse hacia el agua porque

no hay una atracción eléctrica de manera que se ven obligados a orientarse

frente a frente. Podría decirse que las interacciones hidrofóbicas son

consecuencia de las interacciones hidrofílicas.

Fuerzas de Van der Waals.


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Fuerzas eléctricas muy débiles que se establecen entre moléculas no

polares debido a irregularidades en las distribuciones de la carga por

proximidad mutua. Es posible que en un instante cambien los electrones de

un orbital haciendo que una molécula apolar tenga cierta densidad de carga.

Cuando esto ocurre aparece la fuerza Van der Waals entre dos moléculas. Se

suele dar menos en gases nobles que en gases poliatómicos (O3).

Para aumentar las fuerzas de Van der Waals se debe aumentar la

presión y disminuir la temperatura (las moléculas están más cerca y los

electrones vibran menos). Con esto podemos conseguir la licuación de los

gases y su disolución en un líquido.

Fuerzas electrostáticas entre los grupos polares: Fuerzas electrostáticas que

tiende a mantener muy unidas las cabezas de los grupos polares.

Puentes de hidrógeno.

Enlaces que se establecen entre átomos muy electronegativos

distintos o idénticos que tienden a mantenerse unidos a través de un H

situado entre ambos. Comparten un H. Se trata de unas fuerzas

fundamentales para la vida ya que:

o Estabilizan la molécula de DNA. 3 PdH ente C y G y 2 PdH entre A y T

(U en ARN)

o Son esenciales para la molécula de agua. Esta es un dipolo eléctrico; el

O tiene una gran densidad de carga – y el H tiene una gran densidad

de carga +. Por este motivo, se establecen PdH entre el O de una

molécula y los H de otra.

Además esto es responsable de las propiedades del agua,

indispensables para la vida.

i. El agua es líquida porque los PdH mantienen las moléculas

unidas.

ii. Difícil de evaporar el agua porque hay que romper estas

uniones.

Presión del vapor de agua: 44 mmHg

iii. Elevado calor específico

iv. Baja conductividad térmica

v. Elevada conductividad eléctrica


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vi. Disolvente universal para compuestos polares

vii. Elevada tensión superficial

viii. Aumenta el volumen al congelarse (se convierte en una

estructura cristalina de tipo hexagonal) Disminuye la

densidad El hielo flota sobre el agua lo que asegura la vida

en los mares y lagos más fríos.

Consideraciones sobre estas 4 fuerzas:

1. Con mucho, las fuerzas más importantes son las fuerzas de interacción hidrofóbicas.

2. Las bicapas tienen tendencia evidente a:

a. Ser extensas

b. Cerrarse sobre sí mismas

c. Autorregenerase en caso de que haya un agujero. No puede haber grupos

hidrófobos expuestos al H2O.

3. La razón termodinámica última para la formación de bicapas lipídica es que los

sistemas evolucionan hacia entropías mayores, hacia el desorden. En la interfase

apolar el H2O tiene poco espacio y tendería a ordenarse como cristales de hielo así que

el H2O se separa espontáneamente para no adquirir más orden.

4. En la membrana hay una distribución asimétrica de los lípidos. Para lograr esto no

basta con el simple proceso de autoasociación espontánea aleatorioa. Se requieren

tres enzimas que son:

a. Flipasa: coloca fosfatidilserina y fosfatidiletanolamina hacia el LIC.

b. Flopasa: coloca fosfatidilcolina y esfingomielina hacia el LEC.

c. Escramblasa

En apoptosis “fallan” las flipasas y se produce la externalización de

fosfatidilserina. Esta molécula expone al exterior su grupo –OH. Esto se considera señal

de apoptosis.

FLUIDEZ DE MEMBRANA

La membrana tiene un carácter fluido, semilíquido. (

). Esta

fluidez se asegura con la presencia de ácidos grasos monoinsaturados combinados con ácidos

grasos saturados.


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Las insaturaciones de las cadenas pueden ser de tipo CIS (mayor ángulo de separación)

o de tipo TRANS (menor ángulo de separación). Son más abundantes los enlaces tiPo CIS En

cualquier caso, las moléculas están menos juntas y por eso interaccionan menos.

ELASTICIDAD Y FLEXIBILIDAD

La elasticidad y la flexibilidad dan a las membranas un carácter plástico y de

deformación ireversible. Es la propiedad opuesta a la rigidez (

) y

depende de la composición lipídica:

Colesterol: elasticidad. Ejemplo: las membranas de los eritrocitos.

El colesterol es reponsable de la recuperación de la membrana tras un

estiramiento.

Cardiolipina: rigidez. Ejemplo: la membrana de las mitocondrias

La fluidez y la elasticidad de la membrana son propiedades especialmente importantes

para los eritrocitos puesto que deben estirarse mucho para atravesar capilares de 5 µm de

diámetro (para esto también es relevante su carácter anucleico) y luego recuperar su forma

bicóncava original.

2.2 PROTEÍNAS DE MEMBRANAS

Las proteínas de membrana son más funcionales que estructurales.

ANÁLISIS QUÍMICO

ÁCIDOS GRASOS

Saturados Insaturados

16 C 16:0 Palmitato

18 C

18:0 Estearato

18:1 Oleico 18:2 Linoleico

18:3 Linolénico

20 C 20:4 Araquidónico


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1. Soluciones iónicas para atraer iones.

2. Detergentes: separan lípidos de proteínas y proteínas de proteínas. El gel más empleado es

el SDS (dodecil SO4 sódico). Sobre la disolución resultante se hace una…

3. Electroforesis PAGE (electroforesis en gel de poliacrilamida)

4. Análisis por microscopía electrónica de criofractura: permite la visualización de proteínas.

Unas de las proteínas más importantes son las transmembrana. Tienen por lo menos tres

dominios:

a. Dominios en contacto con el agua: aminoácidos hidrofílicos (Asp, Glu, Lys,

Tir...)

b. Dominio en contacto con los lípidos: aminoácidos hidrofóbicos (Val, Leu, Iso,

Gly…)

EJEMPLOS DE LAS FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS DE MEMBRANA

o CAM (moléculas de adhesión celular). Son proteínas encargadas de unir dos células (o

células – mb. basal). Existen cuatro tipos de adhesiones que se encuentran en los

enterocitos del duodeno.

Tipos de adhesiones:

1. Zónula occludens. Las proteínas occludina y claudina crean un cinturón, un

pespunte en la membrana apical de la célula. La fuerza de estas uniones determina

la permiabilidad transcelular como en el túbulo contorneado proximal y distal del

riñón.

2. Zónula adherens: Zonas que mantienen unidas dos células que estén contiguas

Una variante de estas uniones son las adhesiones focales que unen las células

con la membrana basal.


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3. Desmosomas: uniones similares a las anteriores pero con más fuerza. Las placas de

anclaje están formadas por placo y mioglobina. A estas placas se unen filamentos

de queratina, filamentos muy rígidos y con una gran resistencia. (La queratina es la

proteína más abundante en la naturaleza)

Al igual que en el caso anterior, también presentan una variante, los

hemidesmosomas que unen la célula a la mb. basal.

4. Gap junctions o uniones de hendidura: Crean un canal iónico que conecta una

célula con otra de manera que funcionen como una célula única. Los tejidos en los

que ocurre esto se llaman tejidos sincitiales (aurículas y ventrículos del corazón o

músculo liso del tracto gastrointestinal.

o Glicocálix: las proteínas permiten la

formación del glicocálix, una cubierta de

glúcidos que envuelve las células. Estos

glúcidos forman un capa de H2O

gelificada, una membrana hídrica que

rodea la célula.

o Las proteínas de membrana tienen una

función esencial en los eritrocitos ya que

son las responsables de se estructura tridimensional.


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o Por último, son muy importantes las proteínas implicadas en los mecanismos de

señalización hormonal.

Parte 2: Proteínas de membrana

implicadas en los mecanismos de acción

hormonal Las hormonas que viajan por la sangre deben transmitir su señal al núcleo para que se

produzca una respuesta por parte de la célula. Según la naturaleza de estas hormonas

tendremos dos mecanismos de acción.

Mecanismo 1: la señal entra en las células a través de R7DTM (receptor con 7 dominios

transmembrana) o a través de RTK (receptor tirosina quinasa).

o Hor. petídicas: INS, GON, GH, PTH, CAL, FSH, LH, PRL

o Hor. derivadas de aa: AND, NAD, DOP, SER.

Aunque T3 y T4 son derivadas de aa. no actúan mediante este

mecanismo porque su alto contenido en yodo les hace ser liposolubles.

Mecanismo 2: la hormona atraviesa la mmbrana lipídica y se une a su receptor que

puede estar bien en su núcleo, bien en su citoplasma. El complejo HR se transloca al núcleo (si

es que no está ya allí) y activa la transcripción; es un factor de transcripción.

o Hormonas liposolubles: EST, PROG, TES, COR, ALD, VIT D… T3 y T4

Estos dos mecanismos se pueden emplear para factores de señalización, citoquinas…

A continuación, se va a estudiar R7DTM.


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R7DTM DE MEMBRANA ACOPLADOS A PROTEÍNAS G

1. La hormona sale del capilar y llega hasta el receptor R7DTM.

2. Este está asociado a la proteína G, una proteína trimérica (α, β y γ). Cuando está inactiva

hay un GDP pendiendo de la subunidad α. Con la llegada de la hormona, la proteína G se

activa, es decir, la subunidad α se separa de las otras dos y el GDP se cambia por un GTP.

3. El GTP activa una enzima. Existen 5 tipos:

I. AC (adenilato ciclasa)

II. GC (guanilato ciclasa)

III. PDE (fosfodiesterasa E): en conos y bastones

IV. PLC-β (fosfolipasa C β)

V. PLD (fosfolipasa D)Ejemplo 1 de MAH vía receptor R7DTM: Receptor β-1 para ADR

en el corazón


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1. La ADR y NAD llegan a través de los vasos (desde la gl.suprarrenal) o a través de las

varicosidades del SNV-S (sólo NAD) y hacen contacto con el R7DTM.

2. Por los mecanismos descritos en la página anterior se activa la AC. El resultado de esta

activación es que un ATP se transforma el AMPc, el 2º mensajero que antes se describió.

3. El AMPc se une al centro alostérico de la región reguladora de la PKA. La parte catalítica se

libera entonces y puede realizar su acción:

a. Por un lado, provoca la apertura de los canales calcio y este entra en la célula. Se

produce el primer incremento de calcio.

Este es captado por el REL (calciosoma) y esto hace que se abran a su vez los

canales de los depósitos de calcio que están en su interior liberándolo al

citoplasma. Tiene lugar el segundo incremento de calcio. El resultado de estos dos

incrementos es un aumento en:

i. La frecuencia de formación del impulso del marcapasos y con ello la

frecuencia de los latidos (cronotropismo).

ii. La velocidad de la conducción de la excitación sobre todo en el nódulo AV

(dromotropismo).

iii. La fuerza de la contracción del músculo cardiaco previamente distendido,

o sea, la contractilidad cardiaca (inotropismo)

b. Por otro lado, la PKA activada se transloca al núcleo. Aquí activa a

i. CREBP - CREBP(homodímero)

ii. ATF-4 - CREBP (heterodímero).

Estos son factores de transcripción, comienza a transcribirse el mensaje genético.

Esta es la vía genómica.

CREBP: proteína de unión al elemento de respuesta al AMPc.


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Consideraciones

Se produce una señal en cascada que se va amplificando.

Todas las hormonas son directa o indirectamente factores de transcripción. Para

entender este hecho veamos resumidamente el esquema del mecanismo de

funcionamiento de los genes tipo II.

Mecanismo de acción de los genes tipo II

En una hebra de la cadena de DNA podemos encontrar genes. Si se hace zoom sobre

uno de estos genes podemos ver tres regiones.

La región “up-stream” (“upregulated”), hacia el extremo 3’

El gen

La región “down-stream”(“down-regulated”), hacia el extremo 5’.

Región intermedia; gen.

El gen está comprendido entre una región inicial “L” y una región terminal “T”. Entre

ambas se encuentran exones e intrones salteados (hipótesis: estos cumplen una función

reguladora). El gen es la región que se transcribe a RNAm cambiando A por U y desoxirribosa

por ribosa.

Características de la transcripción:

Selectiva: sólo se transcribe una parte

Monocatenaria: sólo se transcribe una cadena

Reiterativa: se copia el mensaje muchas veces.


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La cadena que está recién transcrita se llama nhRNA (RNA heterogéneo nuclear) y es

un RNA inmaduro. Para que madure el spliceosoma multiproteico realiza el “splicing”

alternativo, es decir, elimina intrones, la región L y la T.

El RNAm maduro es capaz de salir del núcleo a través de los poros y entra en el lumen

del RER (se continúa con el núcleo). Las ribosomas asociados a la membrana traducen el

mensaje a proteínas. (El REL no interviene para nada en este proceso) Estas proteínas pasan al

Golgi donde se da la modificación transduccional (translacional) de proteínas. Para esto, las

proteínas inmaduras viajan en vesículas desde el RER a la cara CIS de Golgi y pasan a través de

las distintas pilas del aparato. Cuando ya están bien plegadas, salen por la cara TRANS rumbo a

la membrana. Las vesículas se fusionan con la bicapa lipídica y las proteínas son exocitadas.

También es posible que estas membranas queden insertas en la membrana o en el propio

citosol.

Mediante este proceso se consigue que con 30.000 genes tengamos 200.000 proteínas.

Región “up-stream”, “up-regulated”

La region inmediatamente anterior al gen (nucleótidos 0 a -120) se llama región

promotora y es el lugar de unión para la RNA polimerasa con su subunidad σ y para los factores

de transcripción generales. Estas moléculas reconocen secuencias muy características como la

caja TATA y CAAT.

Sin embargo, anteriores a la región promotora hay unas secuencias denominadas

“enhancers” que se activan con factores de transcripción especiales. Suelen ser hexámeros de

secuencia palindrómica (Ej.: ATGGTA). La activación de los enhancers hace que la activación del

promotor sea más potente y la transcripción más rápida.

En cualquier caso, como se puede deducir de lo dicho anteriormente, hay dos tipos de

factores de transcripción:

FdT generales: se expresan en todos los tejidos y se unen al promotor. Ejemplos:

SP1 CTF

TFIIA, TFIIB, TFIID…

FdT especiales: están implicados en los mecanismos de acción hormonal (MAH). Se

expresan solo en algunos tejidos y se unen a los enchancers.

Región enhacer (hexám. palindrom.) Factores de transcripción

GRE (glucocort. response element)

Para hor. estrogénicas, T3, T4 y Vit.D

Complejo HR (hormona-receptor)

CRE FSH, LH, ADR, NAD, GON. Hor que actúen vía AMPc.

CREBP ATF-II (activating transcription factor)

ISRE (interferón α response element) STAT (signal transduction & activation of transcription)

GAS (γ interferón response element)

STAT

AP-1 (activador de proteína 1) JUN y ATF-II


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Finalización de la acción iniciada por receptor β1

1. Endocitosis del receptor

El binomio (β-γ) que ha quedado en la membrana actúa sobre la enzima Beta adrenergic

receptor kinase (also referred to as βARK or BARK) que puede estar en el citosol o en la

membrana. BARK fosforila al receptor β1. Esto facilitará que la enzima β-arrestina se una al él.

Se produce entonces la endocitosis del receptor. La vesícula de endocitosis se fusiona

con un endosoma donde se digieren los componentes por hidrolasas, petidasas, etc.

2. Desactivación del AMPc

El 3’,5’-AMPC es desactivado por la PDE (fosfidiesterasa E) activa. Esta corta el enlace

entre el grupo fosfato y el hidroxilo del C3’.

La PDE puede ser desactivada por unas sustancias llamadas metilxantinas que se

encuentran en la cafeína, la teína. En consecuencia, el AMPc permanece más tiempo activado.

Para que la PDE vuelva a estar activa debe producirse un nuevo incremento de Ca2+.

3. Acción GTPásica de la subunidad α.

La propia αs, una vez que ha cumplido su cometido, rompe el GTP. Se libera un grupo

fosfato y la αs-GDP se une de nuevo al binomio (β-γ).

4. Disminución de [Ca+2] en el citosol

a. Calcio ATPasa. Bombea calcio hacia el espacio extracelular donde la [Ca+2] es 1000

veces superior a la [Ca+2] intracelular.

b. También se recoge en el REL.


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Ejemplo 2 de MAH vía receptor R7DTM: Receptor α-1 adrenérgico

Este receptor se encuentra en las células de músculo liso que están en las paredes de

arterias y venas. Al igual que en el ejemplo anterior ADR y NAD se unen a él provocando la

activación de la proteína Gq.

La subunidad αq activa la PCL-β (fosfolipasa β. Esta enzima corta el fosfatidil-4,5-

difosfato. Como resultado se obtiene:

DAG (diacilglicerol).

El DAG es capaz de activar la PKC ( PKA). Esta tiene dos funciones

básicamente:

1. Fosforilación de los canales de calcio. 1er incremento de calcio

intracelular.

2. Translocación al núcleo. Activación del JUN inactivado y formación

de homodímeros (JUN-JUN) que se unen a los “enhancers”.

Es posible que también ejerza otras acciones sobre las bombas Na+--K+ y sobre

las mitocondrias.

IP3: Inositol difosfato que se fosforila en su carbono 1 y se transforma en IP3 (inositol-

1,4,5-3P) el cual:

1. Está implicado en los procesos de recuperación de fosfoinositósidos.

2. Abre los canales de calcio IP3 dependientes del REL. 2º incremento de

calcio.

Los dos incrementos de calcio provocan la contracción de las fibras musculares del vaso

sanguíneo.


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Ejemplo 3 de MAH vía receptor R7DTM: ácido araquidónico

Para estudiar este modo de acción vamos a centrarnos en una plaqueta. Cuando la

ADR circulante se une a R7DTM, la subunidad αq se libera de la proteína Gq y cambia su grupo

GDP por un grupo GTP. Esta molécula activa la PLD (fosfolipasa D) la cual actúa sobre la lecitina

(fosfatidilcolina) rompiendo el enlace entre la colina y el grupo fosfato.

Colina: regresa a la membrana y vuelve a formar una lecitina.

DAG-P (diacilglicerol fosfato)

o Puede desdefosforilarse con la ayuda de una fosfatasa y se transforma en un

diacilglicerol capaz de activar una PKC (ver ejemplo anterior). Este proceso es

reversible. El DAG puede fosforliarse y volver a ser un DAG-P gracias a la

acción de una DAGK (diacilglicerol quinasa). Para esto se emplea ATP.

o La PLA2 (fosfolipasa A2) corta en el enlace ester del C2’ del DAG-P y libera por

un lado:

Ácido lipofosfatídico

Ácido araquidónico. Este puede seguir dos vía diferentes

Por la acción de COX (cicloxigenasa) da origen a

prostaglandinas y tromboxanos, encargados de la inflamación

y de la agregación plaquetaria respectivamente. Además, COX

es la enzima encargada de activar la producción de las células

mucosecretoras del estomágo y del HCO3-.

Por la acción de LPO (lipofosfatídicos), da lugar a leucotrienos.

Estas moléculas son proinflamatorias y tienden a disminuir el

diámetro de los bronquios. Por este motivo el tratamiento

contra el asma se hace con leucotrienos.


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Aspectos farmacéuticos

La administración de cortisol y corticoides en grandes cantidades tiene efectos

antiinflamatorios ya que inhibe la PLA2. En consecuencia, también se inhibe la

agregación plaquetaria y la sangre se vuelve más líquida, menos viscosa.

Otros efectos del cortisol es el aumento de la glucemia y la disminución de la

producción de proteínas.

La administración de aspirina (paracetamol, ibuprofeno?) inhiben a COX también tiene

un efecto antiinflamatorio.

Atención: la administración de estos dos medicamentos inhibe la producción de moco en el

estómago por eso deben tomarse junto con protectores gástricos (protegen la mucosa de los

ataques del ácido clorhídrico).

CURIOSIDAD. Raymond P. Ahlquist el que ideó los conceptos de receptores α y β lo que

abrió la puerta al desarrollo del propanolol. El propanolol es un hito en la historia de los

medicamentos por ser el precusor de los tratamientos para trastornos del corazón y HTA

grave.

RECEPTORES TIROSINA KINASA (RTK)

El mejor ejemplo para estudiar estos receptores es el mecanismo de la insulina (lección

78 del Guyton).

Receptor de la insulina

El receptor de la insulina es una

combinación de cuatro subunidades enlazadas a

través de puentes disulfuro: dos subunidades α,

que se encuentran totalmente fuera de la

membrana celular, y dos subunidades β, que

atraviesan la membrana y sobresalen en el interior

del citoplasma.

La insulina se une a las subunidades α del

exterior de la célula pero, debido a su unión con las

subunidades β, las porciones de estas últimas que

se introducen en el interior de la célula se

autofosforilan (en el grupo –OH de los residuos de

serina). El receptor de la insulina es, por tanto, un

ejemplo de receptor unido a enzima.

La autofosforilación de las subunidades β

del receptor activa a una tirosina cinasa local

(fosforilandola en residuos de tirosina), que, a su


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vez, fosforila a otras muchas, entre ellas a un grupo llamado sustratos del receptor de insulina

(IRS, insulin-receptor substrate). IRS puede unirse bien a PI3K (fosfatidil inostol 3 kinasa) bien a

Grb2 (bound to GH). Por este mecanismo, la insulina dirige la maquinaria intracelular para

provocar los efectos deseados sobre el metabolismo de los hidratos de carbono, los lípidos y

las proteínas.

VÍA PI3K (vía rápida)

La insulina se une a su receptor quien se autofosforila y fosforila a la tirosina quinasa.

Esta es responsable de la activación de IRS. Cuando PI3K/p85 se activa por un cambio

conformacional al entrar en contacto con esta enzima, es capaz de fosforilar al fosfatidil

inositol-4,5-difosfato en su C3’. De este modo se consigue tener un PI3P (fosfatidil inositol-

3,4,5-trifosfato) en la membrana.

Esta molécula es capaz de transformar la PDK (quinasa) inactiva en PDK activa. El

principal efecto de esta quinasa es fosforilar la ATK (también llamada PKB o RAC) activándola.

La ATK es la pieza clave para que se den los efectos metabólicos de la insulina:

1. Aumenta el transporte de glucosa al interior de la célula. La ATK es responsable de que

las vesículas que contiene GLUT-4 se liberen de manera que los transportadores

queden anclados en la membrana.

2. Activación de la glicolisis. El aumento de la glucosa intracelular hace que la ATK active

la glucoquinasa (GK) quien añade un grupo fosfato al C6’ de una glucosa.

3. Activación de la glucogenogénesis. Aunque comienza el proceso de glucolisis, la [Glu]

es tan grande que comienza a almacenarse en forma de glucógeno. Para ello, se

fosforila la glucógeno sintasa fosforilasa (GSPasa). Esta enizma desfosforila a otra, la

glucógeno sintasa para activarla de manera que se pueda llevar almacenar la glucosa

como glucógeno. (MIRAR ESQUEMA)

4. Inhibición de la glucogenolisis. La célula ya tiene suficiente glucosa por tanto es una

tontería romper las reservas de glucógeno.

5. Inhibición de la gluconeogénesis por el mismo motivo.

6. Aumento del transporte de aminoácidos y de la síntesis de proteínas. Inhibición de la

proteolisis. Se fosforilan las proteínas tubulares del citoesqueleto. En consecuencia, los

transportadores pasan del citoplasma a la membrana. Comienzan a entrar

aminoácidos en la célula y estos se emplean en la síntesis de proteínas.

Se puede observar que la gluconeogénesis queda disminuida por dos motivos

distintos:

o Inhibición de las enzimas piruvato carboxilasa y PEP-CK (carboxikinasa).


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o Disminuyen los sustratos porque se emplean en otros procesos)

Además, especialmente en tejido adiposo…

7. Desplazamiento al endotelio de LPL. La ATK activa la síntesis de LPL (lipoprotein

lipasa). Esta enzima hidroliza las lipoproteínas (VLDL, LDL, IDL, unidos a albúmina, etc.)

que viajan por la sangre transportando ácidos grasos (si estos viajasen libres, se

produciría una embolia grasa). De esta manera los ácidos grasos pasan al interior de la

célula donde se almacenan en forma de TAG. Este proceso se ve favorecido por la

abundancia de glicerol fosfato que hay en la célula como consecuencia del aumento de

glucosa.

8. Inhibición de la LSH (lipasa sensible a hormonas). Se inhibe la degradación de TAG.

Por dos estos últimos efectos se dice que la insulina es una hormona hipolipomiante.

Además se explica porque la DM cursa con hiperlipemia e hipercolesterolemia.


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VÍA Grb2-SOS p21-RAS (vía más lenta)

La insulina se une a su receptor quien se autofosforila y fosforila a la tirosina quinasa.

Esta es responsable de la activación de IRS y este, a su vez, de activar a Grb2-SOS.

Grb2-SOS provoca que p21-ras unido a GDP y a la membrna pase a la conformación

activa, capaz de ejercer su acción quinasa. Para ello sale el GDP y en su lugar se une un GTP.

Permanece unido a la membrana. Este cambio de conformación es reversible. La enzima GAP

(proteína activadora GTPasa) elimina un grupo fosfato del GTP y hace que p21-ras vuelva a

conformación inactiva.

Pero volvamos con p21-ras activa. Debido a su acción quinasa, fosforila a c-raf. Esta

proteína activa puede activar a su vez a MAPK (mitogen activated protein kinase), también

llamada MEK (mitogen estimulated kinase). Esta molécula es fundamental ya que realiza tres

acciones fundamentales:

1. Inhibe, por un mecanismo de retroalimentación negativa, a Grb2-SOS.

2. Activa las RKS (quinasa de ribosomas) p70 y p90. De esta manera se aumenta la

síntesis de proteínas. Se trata de una acción rápida (10’-15’).

3. Por último, se transloca al núcelo donde provoca la dimerización de JUN y ATF. Este

factor de transcripción se une a los “enhancers” y provocan proliferación y mitosis

moderadas. Esta vía también es empleada por GH, ILF-1 y otros factores de

crecimiento.


23

Parte 3: Equilibrios de membrana COMPOSICIÓN DE LOS DISTINTOS COMPARTIMENTOS

CAPILAR LEC LIC

Na+ (mEq/L) 152 142 10

Cl- (mEq/L) 108 103 4

K+ (mEq/L) 5 4’5 140-160

Ca++ (mEq/L) 5 (2’5 mM/l) 5 2 x 10-3

CO3H- (mEq/L) 24 24 10

Mg++ (mEq/L) 1,8 1,8 58 [ATP]

(SO4) (mEq/L) 1 1 2

(PO4) (mEq/L) 2 2 113

Gluc (mg/100 mL) 80-120 80-120 0-20

Prot. totales (g/100ml)

6’5-8 2 16 (depende mucho de tejido)

Lip. Totales (mg/100ml)

500 500 2.000-10.000

pO2 mmHg 95 (A) 40 (V)

40 (cte Hb) 23

pCO2 mmHg 40 (A) 45 (V)

45 46

PH 7’42 7’42 7 (o más bajo por los productos ácidos del metabolismo)

Consideraciones a tener en cuenta:

1. La composición del plasma es muy similar a la del líquido intersticial salvo por:

a. [Na+] plasma = 150 [Na+] intersticial = 142

b. Proteínas plasmáticas 8% proteínas del líquido interticial = 2%

Hay 4 veces más proteínas dentro del capilar que fuera por eso el agua

tiende a entrar y se crea una presión osmótica dentro del capilar

c. Iones

2. En cualquier caso, el LIC no tiene nada que ver con el LEC o el plasma. Ello es debido a

la membrana que actúa como una barrera semipermeable muy selectiva.

3. Si tengo un pH de 7’42, ¿qué [H+] tengo en el plasma?


24

4. Casi el 90% de los solutos del LEC son sal.

En total en cada región hay aproximadamente 300 mMol de solutos.

LEYES DEL EQULIBRIO DE MEMBRANA O LEYES DE DONNAN.

Consideremos que tenemos une recipiente lleno de agua en el que hay dos

compartimentos separados por una membrana dialítica (que deja pasar el agua e iones

pequeños). En el compartimento A, tenemos 100 de proteínatos y 100 de K+. En el

compartimento B, tenemos 100 de Cl- y 100 de K+.

Si permitimos el intercambio de iones, el cloro pasa al compartimento A para igualar

las concentraciones a ambos lados y al hacerlo arrastra consigo algunos átomos de potasio. El

paso de un compartimento al otro cesa cuando se alcanza el equilibrio.

LEYES DEL EQUILIBRIO DE MEMBRANA.

1. ∑ ∑ en cada compartimento.

2. Si comparamos los dos compartimentos: [ ] [ ]

Para el ejemplo que estamos considerando:

3. La [C+] difusibles es mayor en el compartimento que contiene el ion grande no

difusible. Por este motivo, la concentración de K+ es mayor en el LIC que en el LEC.

4. El número total de iones (osmolaridad) es mayor en el compartimento A, por lo que en

ese medio se ejerce un efecto osmótico correpondiente a ese exceso de iones y pasa

agua a ese lado de la membrana. Debido a este paso de agua en ese compartimento

hay más presión que en el compartimento B. Esta presión se llama presión osmótica.


25

LEYES DE NERNST

La ley de distribución de Nernst o ley de reparto es una generalización que gobierna la

distribución de un soluto entre dos solventes inmiscibles. La ley fue propuesta en 1931 por

Walther Nernst, que estudió la distribución de numerosos solutos en diversos disolventes.

Walter Nernst observó que si se coloca el polo negativo de un electrodo en agua y el

polo positivo en una célula sumergida en esa agua se obtenia un valor negativo que era el

potencial de membrana. Este valor depende de la célula pero es universalmente negativo.

Algunos valores de potencial de membrana

o Enterocito: -60 mV.

o Cél. muscular o axón: -80 mV.

o Cardiomiocito: - 90 mV.

Si observamos esa célula de cerca…

El K+ sale de la célula y la gran mayoría vuelve a entrar.

La salida sale por canales para igualar las concentraciones a ambos lados de la

membrana. Se trata de una salida a favor de gradiente debida a un fenómeno químico.

El trabajo realizado por el K+ es:

[ ]

[ ]

En cambio, la entrada de K+ se debe a un fenómeno eléctrico; el potasio intenta volver

a entrar para compensar las cargas negativas de los proteinatos que quedan dentro de

la célula. El trabajo realizado para entrar es . Si tenemos en cuenta

que siendo “z” la carga del ion y “F” la constante de Faraday (96.500 C/mol)…

El signo negativo se debe a que se opone al trabajo osmótico:

uno saca iones y otros los devuelve a la célula

http://es.wikipedia.org/wiki/Soluto

http://es.wikipedia.org/wiki/Solvente

http://es.wikipedia.org/wiki/Miscibilidad

http://es.wikipedia.org/wiki/1931

http://es.wikipedia.org/wiki/Walther_Nernst


26

Sin embargo, aunque, como ya se ha comentado, la gran mayoría del K+ regresa a la

célula parte queda fuera de la célula, algunos átomos de K+ quedan fuera, pegados a la

membrana, intentando compensar las cargas desde allí [Condensador]. Hay dos causas para

este fenómeno: por lado, la tendencia a salir es ligeramente mayor a la tendencia a entrar y,

por otro lado, no puede haber ningún ion sin compensar. Estos pocos iones que quedan fuera

son los responsables del potencial de membrana. Si todos regresasen al interior, este potencial

se disiparía.

Para calcular el potencial de membrana, igualamos el trabajo osmótico y el trabajo

eléctrico.

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

⁄

[ ]

[ ]

ECUACIÓN DE NERNST:

Algunas consideraciones para este hecho:

1. Si el K+ fuera el único ion permeable en reposo en condiciones fisiológicas, el potencial

de membrana sería igual al potencial del potasio. De hecho, esto ocurre en algunas

neuronas y cardiomiocitos por eso son células tremendamente polarizadas. Sin

embargo, en la mayoría de axones y células de músculo esquelético la Em es – 80 mV

porque sus membranas no son completamente impermeables al Na+; siempre acaba

entrando un poco en la célula.

2. Como ya se ha explicado, la tendencia a salir es ligeramente mayor que la tendencia a

entrar.

3. Podemos considerar la membrana desde un punto de vista eléctrico. Los proteinatos

están compensados desde fuera a través de la membrana por iones potasio. De hecho

los – 95 mV reflejan:

a. La magnitud del campo eléctrico negativo del LIC.

b. El trabajo realizado para separar lo que antes estaba unido.

4. Variaciones en [K+] del LEC.

a. Hipopotasemia: disminución de los niveles de potasio extracelular. Sale mayor

cantidad de potasio intracelular y la célula se hiperpolariza

b. Hiperpotasemia: aumento de los niveles de potasio extracelular. Sale menor

cantidad de potasio y este queda retenido en el interior de la célula. La célula

se despolariza.


27

5. Ecuación de Nernst aplicada a otros iones (concentraciones en mmol/L)

LEC LIC Potencial ese ion

Na+

140

10

Cl-

113

4

Ca+2

1,2

10-3

H+

pH= 7’4

pH= 7’0 (o más ácido)

La entrada de sodio se puede producir por la apertura de los canales debido a la

interacción con ligandos (neurotransmisores, etc.)

Se puede observar que la entrada de cloruro tiene el mismo efecto que la salida de

potasio.

tema 2.1 : sistemas fisiológicos de transporte por … · fisiológicos de transporte por...

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