Membranas biolgicasI

8/16/2019 Membranas biolgicasI

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UNIVERSIDAD NACIONALUNIVERSIDAD NACIONAL

DEL SANTADEL SANTA

Membranas biológicas y transporteMembranas biológicas y transporteComposición y ar!"itect"ra #eComposición y ar!"itect"ra #e

membranas$ Din%mica #emembranas$ Din%mica #e

membranas$ Transporte #emembranas$ Transporte #esol"tos$ Tipos #e transportesol"tos$ Tipos #e transporte

Esteban V$ &orna 'ancesEsteban V$ &orna 'ances


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Ob(eti)oOb(eti)o

Describir la estructura y composiciónDescribir la estructura y composiciónde las membranas celulares y losde las membranas celulares y los

diferentes fenómenos de transportediferentes fenómenos de transportede solutos a través de ellasde solutos a través de ellas


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Membranas biológicasMembranas biológicas

Denen el límite externo que regulan el tráco molecular a través de ésteDenen el límite externo que regulan el tráco molecular a través de éste Organizan secuencias complejas de reacciones y son centrales de laOrganizan secuencias complejas de reacciones y son centrales de la

conservación de energía y la comunicación célula a célulaconservación de energía y la comunicación célula a célula !on "exibles# autosellables y selectivamente permeables a solutos polares!on "exibles# autosellables y selectivamente permeables a solutos polares $a "exibilidad permite cambios de forma necesarios para acompa%ar el$a "exibilidad permite cambios de forma necesarios para acompa%ar el

crecimiento celular y movimientocrecimiento celular y movimiento

$a capacidad para escindirse y volver a sellarse permite la exocitosis o la$a capacidad para escindirse y volver a sellarse permite la exocitosis o laendocitosisendocitosis $a permeabilidad selectiva permite retener ciertos compuestos y iones$a permeabilidad selectiva permite retener ciertos compuestos y iones

dentro de la células y dentro de sus compartimentosdentro de la células y dentro de sus compartimentos $os transportadores en la membrana celular mueven especícos solutos$os transportadores en la membrana celular mueven especícos solutos

orgánicos y iones inorgánicos a través de la membranaorgánicos y iones inorgánicos a través de la membrana $os receptores detectan se%ales extracelulares y disparan se%ales$os receptores detectan se%ales extracelulares y disparan se%ales

moleculares en la célulamoleculares en la célula $as moléculas de ad&esión mantienen juntan a las células vecinas$as moléculas de ad&esión mantienen juntan a las células vecinas Dentro de las célula las membranas organizan procesos celulares como laDentro de las célula las membranas organizan procesos celulares como la

síntesis de lípidos# ciertas proteínas y las transducciones de energía en lassíntesis de lípidos# ciertas proteínas y las transducciones de energía en lasmitocondrias y cloroplastosmitocondrias y cloroplastos

'l ser tan delgada es básicamente bidimensional# lo que colisiones'l ser tan delgada es básicamente bidimensional# lo que colisionesintermoleculares más probablesintermoleculares más probables


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Caracter*sticas com"nes #eCaracter*sticas com"nes #emembranas biológicasmembranas biológicas

!on estructuras en forma de capa# del grosor de ( moléculas# el grosor de la!on estructuras en forma de capa# del grosor de ( moléculas# el grosor de lamayoría de membranas es entre )nm y *+ nmmayoría de membranas es entre )nm y *+ nm

,onsisten mayormente de lípidos y proteínas- también contienen,onsisten mayormente de lípidos y proteínas- también contienencarbo&idratoscarbo&idratos

$os lípidos de membrana son moléculas relativamente peque%as con partes$os lípidos de membrana son moléculas relativamente peque%as con partes&idrofílicos y &idrofóbicos .stos lípidos forman espontáneamente capas&idrofílicos y &idrofóbicos .stos lípidos forman espontáneamente capasbimoleculares cerradas en medio acuoso .stas bicapas lipídicas son barrerasbimoleculares cerradas en medio acuoso .stas bicapas lipídicas son barreras

al "ujo de moléculas polaresal "ujo de moléculas polares $as proteínas sirven como bombas# canales# receptores# transductores de$as proteínas sirven como bombas# canales# receptores# transductores de

energía y enzimasenergía y enzimas !on ensamblajes no covalentes!on ensamblajes no covalentes !on asimétricas- las ( caras de la membrana dieren una de otra!on asimétricas- las ( caras de la membrana dieren una de otra !on estructuras "uidas/ son moléculas lipídicas que difunden rápidamente en!on estructuras "uidas/ son moléculas lipídicas que difunden rápidamente en

la membrana plasmática como lo &acen las proteínas que se encuentranla membrana plasmática como lo &acen las proteínas que se encuentran

ancladas por interacciones especícas $as membranas plasmáticas puedenancladas por interacciones especícas $as membranas plasmáticas puedenconsiderarse como soluciones bidimensionales de proteínas y lípidosconsiderarse como soluciones bidimensionales de proteínas y lípidosorientadosorientados

$a mayoría de membranas celulares son eléctricamente polarizadas# de tal$a mayoría de membranas celulares son eléctricamente polarizadas# de talmanera que su interior es negativo 0manera que su interior es negativo 012)+ m34 $os potenciales de membrana12)+ m34 $os potenciales de membranatienen rol principal en transporte# conversión de energía y excitabilidadtienen rol principal en transporte# conversión de energía y excitabilidad


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Membrana cel"larMembrana cel"lar

5odas las membranas 5odas las membranasmuestran una aparienciamuestran una aparienciacaracterística trilaminarcaracterística trilaminar

,uando un eritrocito es te%ido,uando un eritrocito es te%idocon tetróxido de osmio y se vecon tetróxido de osmio y se veal microscopio electrónico# laal microscopio electrónico# la

membrana plasmáticamembrana plasmáticaaparece como una estructuraaparece como una estructuratrilaminar# 6 a 7 nm de grosortrilaminar# 6 a 7 nm de grosor

$a imagen trilaminar consiste$a imagen trilaminar consistede ( capas electrónicamentede ( capas electrónicamentedensa 0 osmio ligado a lasdensa 0 osmio ligado a lassupercies de la membranasupercies de la membrana

separadas por una regiónseparadas por una regióncentral menos densa# lo quecentral menos densa# lo queen un inicio recibió el nombreen un inicio recibió el nombrede unidad de membranade unidad de membrana

'icapa#emembrana


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Composición y ar!"itect"raComposición y ar!"itect"ra#e membranas#e membranas

$as proporciones de proteína y lípidos varían con el tipo de membrana y$as proporciones de proteína y lípidos varían con el tipo de membrana yre"eja la diversidad de sus rolesre"eja la diversidad de sus roles

8ara estudiar la composición de membrana# la primera tarea es aislar la8ara estudiar la composición de membrana# la primera tarea es aislar lamembrana seleccionada ,uando células eucarióticas se someten a acciónmembrana seleccionada ,uando células eucarióticas se someten a acciónmecánica# sus membranas plasmáticas se estiraban y fragmentabanmecánica# sus membranas plasmáticas se estiraban y fragmentabanliberando componentes citoplasmáticos y organelos rodeados porliberando componentes citoplasmáticos y organelos rodeados pormembranamembrana

$os fragmentos de membrana y organelos intactos pueden aislarse por$os fragmentos de membrana y organelos intactos pueden aislarse portécnicas de centrifugacióntécnicas de centrifugación $os análisis químicos de membranas de fuentes diversas revelan$os análisis químicos de membranas de fuentes diversas revelan

propiedades comunes- cada reino# cada especie# cada tejido o cada tipopropiedades comunes- cada reino# cada especie# cada tejido o cada tipocelular tienen un grupo característico de lípidos 0membrana plasmática escelular tienen un grupo característico de lípidos 0membrana plasmática esrica en colesterol y no tiene cardiolipina# en la membrana mitocondrial derica en colesterol y no tiene cardiolipina# en la membrana mitocondrial de&epatocito es al revés&epatocito es al revés

$a composición de proteínas de membrana de diferentes fuentes varían$a composición de proteínas de membrana de diferentes fuentes varíana9n más ampliamente que la de lípidos# re"ejando especializacióna9n más ampliamente que la de lípidos# re"ejando especializaciónfuncional/ en las células abastonadas de la retina de los vertebrados# masfuncional/ en las células abastonadas de la retina de los vertebrados# masdel :+; de la proteína de la membrana es la glicoproteína rodopsina# etcdel :+; de la proteína de la membrana es la glicoproteína rodopsina# etc

'lgunas proteínas de membrana están covalentemente ad&eridas a uno o'lgunas proteínas de membrana están covalentemente ad&eridas a uno omas lípidos que les sirven como anclas que mantienen las proteínas en lamas lípidos que les sirven como anclas que mantienen las proteínas en lamembranamembrana


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+rincipales componentes #e+rincipales componentes #emembrana plasm%tica #e #i)ersosmembrana plasm%tica #e #i)ersos

organismosorganismosOrigenOrigen ,omponentes 0; por peso4,omponentes 0; por peso4 5ipo de 5ipo de

esterolesterolOtros lípidosOtros lípidos

8roteína8roteína alactolípidos##

plasmalógenoplasmalógenoss

?ígado de?ígado deratónratón

@6@6 (A(A (6(6 ,olesterol,olesterol 222222

?oja de?oja demaízmaíz

@A@A ()() AA .stosterol.stosterol >alactolípidos>alactolípidos

$evadura$evadura 6(6( AA @@ .rgosterol.rgosterol 5riacilglicerole 5riacilgliceroles# esteress# esteresesteriloesterilo

ParameciuParameciu

mm6)6) @+@+ @@ .stigmastero.stigmastero

ll222222

E. coliE. coli

A6A6

(6(6

++

22222222

222222


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Composición y ,"nciónComposición y ,"nción

$a especialización funcional se ve$a especialización funcional se vere"ejada en la composición dere"ejada en la composición delípidos- .l colesterol es prominentelípidos- .l colesterol es prominenteen membrana plasmática# peroen membrana plasmática# perocasi indetectable en la membranacasi indetectable en la membranamitocondrial $a cardiolipina es unmitocondrial $a cardiolipina es uncomponente dominante en lacomponente dominante en lamembrana mitocondrial pero no enmembrana mitocondrial pero no enla plasmática $a fosfatidilserina# ella plasmática $a fosfatidilserina# elfosfatidil inositol y el fosfatidilfosfatidil inositol y el fosfatidilglicerol son componentes menoresglicerol son componentes menoresde la mayoría de membranas# perode la mayoría de membranas# perosirven funciones críticas/sirven funciones críticas/fosfstilinositol y derivados sonfosfstilinositol y derivados sonimportantes en transducción deimportantes en transducción dese%ales disparadas por &ormonasse%ales disparadas por &ormonas

$os esnfolípidos# fosfatidil colina y$os esnfolípidos# fosfatidil colina yfosfatidil etanol amina sefosfatidil etanol amina sepresentan en proporcionespresentan en proporcionesvariadas $os glucolípidos que sonvariadas $os glucolípidos que sonimportantes en membranas deimportantes en membranas deplantas estBan casi ausentes enplantas estBan casi ausentes enlas células animaleslas células animales


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El mosaico -"*#oEl mosaico -"*#o.studios de la composición química y estudios de microscopía así como estudios de la.studios de la composición química y estudios de microscopía así como estudios de la

permeabilidad y moción de proteínas individuales y moléculas lipídicas dentro depermeabilidad y moción de proteínas individuales y moléculas lipídicas dentro de

membranas llevaron al desarrollo del modelo de mosaico "uido para las membranasmembranas llevaron al desarrollo del modelo de mosaico "uido para las membranas

biológicas-


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Elementos estr"ct"rales #eElementos estr"ct"rales #elas membranas Micelaslas membranas Micelas

>licerofosfolípidos# esngolípidos y>licerofosfolípidos# esngolípidos yesteroles son virtualmente insolublesesteroles son virtualmente insolublesen agua


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Elementos estr"ct"rales #eElementos estr"ct"rales #elas membranas 'icapaslas membranas 'icapas

$a bicapa se forma cuando ($a bicapa se forma cuando (monocapas de lípidos formanmonocapas de lípidos formanuna lámina bidimensional#una lámina bidimensional#que ocurre cuando el área deque ocurre cuando el área dela sección cruzada de lasla sección cruzada de las

cabezas y las cadenascabezas y las cadenaslaterales acilos son similareslaterales acilos son similarescomo en gliderofosfolípidos ycomo en gliderofosfolípidos yesngolípidos ,omo lasesngolípidos ,omo lasregions en los bordesregions en los bordesinteract9an con el agua# lainteract9an con el agua# la

bicapa es relativamentebicapa es relativamenteinestable y formainestable y formaespontáneamente un tercerespontáneamente un tercertipo de agregado# al plegarsetipo de agregado# al plegarseen sí para formar una esferaen sí para formar una esfera&ueca o vesícula# el liposoma&ueca o vesícula# el liposoma


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Cepresentaciones de unaCepresentaciones de unabicapa en ( modelosbicapa en ( modelos

$as membranas biológicas se construyen de bicapas lipídicas de ujngrosor de = nm con proteínas que se extienden para cada lado $an9cleo o corazón &idrocarbonado de la membrana &ec&o de los ,?( y,?= de los acilos grasos que son tan no polares como los decanos


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Elementos estr"ct"rales #eElementos estr"ct"rales #elas membranas Liposomaslas membranas Liposomas

.l liposoma# al fomarse.l liposoma# al fomarsepierde las regionespierde las regiones&idrofóbicas en contacto con&idrofóbicas en contacto conel agua# alcanzando lael agua# alcanzando lamáxima estabilidad# estasmáxima estabilidad# estasvesículas encierran aguavesículas encierran agua

creando un compartimentocreando un compartimentoacuoso .s probable que losacuoso .s probable que losprecursores de los primerosprecursores de los primerosseres vivientes se &ayanseres vivientes se &ayanparecido a los liposomas# conparecido a los liposomas# consu contenido acuososu contenido acuososegregado del resto delsegregado del resto delmundo por una cubiertamundo por una cubierta&idrofóbica&idrofóbica

$os liposomas &ec&os enlaboratorio sonesencialmente impermeablesa los solutos polares# como loson las membranas

biológicas


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Diagrama de un liposoma o vesícula delípido # y

8reparación de un liposoma conteniendoglicina# la glicina libre se elimina porltración en gel


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+rote*nas #e membrana+rote*nas #e membrana

$as proteínas de membrana pueden dividirse en ( grupos-$as proteínas de membrana pueden dividirse en ( grupos-las prote*nas integrales y las peri,.ricas$las prote*nas integrales y las peri,.ricas$

Las prote*nas #e membranaLas prote*nas #e membrana están asociadas muyestán asociadas muyrmemente a la membrana# removible solo con agentesrmemente a la membrana# removible solo con agentesque intereren con interacciones &idrofóbicas comoque intereren con interacciones &idrofóbicas como

detergentes# solventes orgánicos o desnaturalizantesdetergentes# solventes orgánicos o desnaturalizantes Las prote*nas peri,.ricasLas prote*nas peri,.ricas asociadas con la membrana aasociadas con la membrana através de interacciones electrostáticas y enlaces detravés de interacciones electrostáticas y enlaces de&idrógeno con los dominios de las proteínas integrales y los&idrógeno con los dominios de las proteínas integrales y losgrupos polares de los lípidos de membrana 8uedengrupos polares de los lípidos de membrana 8uedenliberarse por tratamientos suaves que intereren con lasliberarse por tratamientos suaves que intereren con lasinteracciones electrostáticas o rompen los enlaces deinteracciones electrostáticas o rompen los enlaces de&idrógeno# para lo que suele usarse el carbonato a p? alto&idrógeno# para lo que suele usarse el carbonato a p? alto$as proteínas periféricas pueden servir como reguladores$as proteínas periféricas pueden servir como reguladoresde las enzimas ligadas a membrana o pueden limitar lade las enzimas ligadas a membrana o pueden limitar lamovilidad de las proteínas integrales anclándolas a lasmovilidad de las proteínas integrales anclándolas a lasestructuras intracelularesestructuras intracelulares

$ lí id tá i ét i t di t ib id t l d


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$os lípidos están asimétricamente distribuidos entre las dos monocapas# aunqueesta no es absoluta .n la membrana plasmática del eritrocito los lípidoscontienen colina 0fosfatidilcolina y esngomielina4 se encuentran en la parteexterna 0extracelular o exoplásmica# mientras que la fosfatidilserina#fosfatidiletanolamina y los fosfatidilinositoles se encuentran en la zona interna0citoplasmática4 $os cambios de esta orientación tienen consecuencias

biológicas/ por ejemplo# cuando la fosfatidilserina de la plaqueta se mueve alexterior ésta puede formar el coágulo


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+rote*nas #e membrana+rote*nas #e membrana

$as proteínas de membrana sediferencian operacionalmente por lascondiciones requeridas paraliberarlas de la membrana Euc&asson liberadas con cambios de p? ofuerza iónica# eliminación de ,a(B#

por un agente quelante o adición de9rea o carbonato$as proteínas integrales sonextractables con detergentes querompen las interacciones&idrofóbicas# para formar ac9mulos

alrededor de las proteínas Otrascomo las ad&eridas a lípidos demembrana son liberadas como elglucosil fosfatidil inositol puedeliberarse por acción de unafosfolipasa ,


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+rote*na #e membrana #e+rote*na #e membrana #eeritrocitoeritrocito

!e observa que la glucoporina tiene un!e observa que la glucoporina tiene undominio &idrofílico# conteniendo todosdominio &idrofílico# conteniendo todoslos az9cares# en la supercie externa#los az9cares# en la supercie externa#y otro dominio &idrofóbico en lay otro dominio &idrofóbico en lamembranamembrana

,ada &exágono rojo representa un,ada &exágono rojo representa un

tetrasacárido0conteniendo ( Feu6'ctetrasacárido0conteniendo ( Feu6'c0ác !iálico4# >al y >alF'c ligados a0ác !iálico4# >al y >alF'c ligados a!er o 5&r $os &exágonos azules!er o 5&r $os &exágonos azulesrepresentan cadenas de oligosacáridosrepresentan cadenas de oligosacáridosligados a 'sn Gn segmento de A6 a :=ligados a 'sn Gn segmento de A6 a :=residuos forma un segmentoresiduos forma un segmento HH2&élice2&élice

que atravieza la membrana $osque atravieza la membrana $ossegmentos de )@ a A@ tienen residuossegmentos de )@ a A@ tienen residuos&idrofóbicos y probablemente&idrofóbicos y probablementepenetran la membrana de la manerapenetran la membrana de la maneraque se muestra aquí que se muestra aquí


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InteraccionesInteracciones $as membranas integrales están$as membranas integrales están

ad&eridas a la membrana porad&eridas a la membrana porinteracciones &idrofóbicas entreinteracciones &idrofóbicas entre

los lípidos de membrana y loslos lípidos de membrana y losdominios &idrofóbicos de ladominios &idrofóbicos de laproteína 'lgunas proteínasproteína 'lgunas proteínastienen una sola secuenciatienen una sola secuencia&idrofóbica en el medio o en el&idrofóbica en el medio o en elextremo carboxilo o amino Otrasextremo carboxilo o amino Otrastienen m9ltiples secuenciastienen m9ltiples secuencias&idrofóbicas# cuando la&idrofóbicas# cuando la

conformación proteica es loconformación proteica es losucientemente grande parasucientemente grande paraexpandirse en la membranaexpandirse en la membrana

.n la gráca se muestra las.n la gráca se muestra lascategorías existentes decategorías existentes derelaciones espaciales de losrelaciones espaciales de losdominios proteicos 5ipo I y IIdominios proteicos 5ipo I y IItienen una sola &élicetienen una sola &élicetransmembranosa 5ipo III tienetransmembranosa 5ipo III tienem9ltiples secuencias 5ipo I3m9ltiples secuencias 5ipo I3consta de diferentes polipéptidosconsta de diferentes polipéptidosensamblados para formar unensamblados para formar uncanal 5ipo 3 tiene proteínascanal 5ipo 3 tiene proteínasligadas covalentemente a lípidosligadas covalentemente a lípidosde membrana 5ipo 3i tiene tantode membrana 5ipo 3i tiene tanto&élices como lípidos anclas en&élices como lípidos anclas enmembranamembrana

i i # i' i i # i


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'acterioirro#opsina'acterioirro#opsina JacteriorrodopsinJacteriorrodopsin

a que es unaa que es unabomba debomba deprotones dirigidaprotones dirigida

por la luz sepor la luz seencuentraencuentradensamentedensamenteempacada enempacada enarreglos regularesarreglos regularesen la membranaen la membranap9r9ra dep9r9ra deHalobacteriumHalobacterium

salinarumsalinarum# y# ymuestra una solamuestra una solacadena que secadena que sepliega Apliega A HH2&élices2&élices&idrofóbicas# cada&idrofóbicas# cadauna de las cualesuna de las cualesatravieza laatravieza lamembrana# elmembrana# el

pigmento quepigmento queabsorbe luzabsorbe luzretinal estáretinal estáenterrado en laenterrado en lamembrana enmembrana encontacto concontacto convarias de losvarias de lossegmentossegmentos

&elicoidales&elicoidales


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Topolog*a #e membranaTopolog*a #e membrana

$a determinación de la estructura tridimensional de una membrana proteica o$a determinación de la estructura tridimensional de una membrana proteica osu topología es más difícil que su secuenciamiento/ se conocen miles desu topología es más difícil que su secuenciamiento/ se conocen miles desecuencias para membranas proteicas# pero relativamente muy pocassecuencias para membranas proteicas# pero relativamente muy pocasestructuras tridimensionales se &an establecido por cristalografía oestructuras tridimensionales se &an establecido por cristalografía oespectroscopía FECespectroscopía FEC

$a presencia de secuencias enteras de mas de 6+ ''s &idrofóbicos se toma$a presencia de secuencias enteras de mas de 6+ ''s &idrofóbicos se tomacomo evidencia de que estas secuencias atraviezan la bicapa lipídica# actuandocomo evidencia de que estas secuencias atraviezan la bicapa lipídica# actuandocomo anclas &idrofóbicas o formando canales transmembranosos $a aplicacióncomo anclas &idrofóbicas o formando canales transmembranosos $a aplicaciónde esta lógica &a llevado a la conclusión de que *+ a (+; de las proteínas sonde esta lógica &a llevado a la conclusión de que *+ a (+; de las proteínas sonproteínas integrales de membranaproteínas integrales de membrana

3arios métodos simples de analizar secuencias de ''s dan predicciones3arios métodos simples de analizar secuencias de ''s dan prediccionesrazonablemente certeras de la estructura secundaria para proteínasrazonablemente certeras de la estructura secundaria para proteínastransmembranosas $a polaridad relativa de cada '' se &a determinadotransmembranosas $a polaridad relativa de cada '' se &a determinadoexperimentalmente midiendo el cambio de energía libre que acompa%a elexperimentalmente midiendo el cambio de energía libre que acompa%a elmovimiento de cada cadena lateral de '' de un solvente &idrofóbico a agua#movimiento de cada cadena lateral de '' de un solvente &idrofóbico a agua#este cambio de energía libre va de muy exergónico para ''s cargados oeste cambio de energía libre va de muy exergónico para ''s cargados o

polares a muy endergónico para ''s con cadenas laterales aromáticas opolares a muy endergónico para ''s con cadenas laterales aromáticas oalifáticas $a &idrofobicidad neta de una secuencia de ''s se estima sumandoalifáticas $a &idrofobicidad neta de una secuencia de ''s se estima sumandolas energías libres de transferencia para los ''s en la secuencia# lo que da unlas energías libres de transferencia para los ''s en la secuencia# lo que da un*n#ice #e /i#ropat*a*n#ice #e /i#ropat*a para esa región# el cual es una escala combinando lapara esa región# el cual es una escala combinando la&idrofobicidad e &idrolicidad de los grupos C# que puede usarse para medir la&idrofobicidad e &idrolicidad de los grupos C# que puede usarse para medir latendencia de un '' para buscar un ambiente acuoso 0valores negativos4 o untendencia de un '' para buscar un ambiente acuoso 0valores negativos4 o unambiente &idrofóbico 0valores B4ambiente &idrofóbico 0valores B4

'minoácido'minoácido 5ipo de C5ipo de C Kndice de &idropatíaKndice de &idropatía


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'minoácido'minoácido 5ipo de C 5ipo de C Kndice de &idropatíaKndice de &idropatía

>licina>licina Fo polar# alifáticoFo polar# alifático 2+#@2+#@

'lanina'lanina Fo polar# alifáticoFo polar# alifático *#7*#7

8rolina8rolina Fo polar# alifáticoFo polar# alifático *#)*#)

3alina3alina Fo polar# alifáticoFo polar# alifático @#(@#(

$eucina$eucina Fo polar# alifáticoFo polar# alifático =#7=#7

IsoleucinaIsoleucina Fo polar# alifáticoFo polar# alifático @#6@#6

EetioninaEetionina Fo polar# alifáticoFo polar# alifático *#:*#:

lutamina 8olar no cargado8olar no cargado 2=#62=#6$isina$isina ,argado positivamente,argado positivamente 2=#:2=#:

?istidina?istidina ,argado positivamente,argado positivamente 2=#(2=#(

'rginina'rginina ,argado positivamente,argado positivamente 2@#62@#6

'spartato'spartato ,argado negativamente,argado negativamente 2=#62=#6

>lutamato>lutamato ,argado negativamente,argado negativamente 2=#62=#6


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C%lc"lo #e potencial #e membranaC%lc"lo #e potencial #e membranapara segmentos !"e se e0tien#enpara segmentos !"e se e0tien#en

en membranaen membrana .l investigador calcula el índice de &idropatía para.l investigador calcula el índice de &idropatía para

segmentos sucesivos 0ventanas4 de un tama%o dado# de A asegmentos sucesivos 0ventanas4 de un tama%o dado# de A a(+ ''s(+ ''s

8ara una ventana de * a A ''s# ( a 7# = a :# etc# se plotean8ara una ventana de * a A ''s# ( a 7# = a :# etc# se ploteanconsiderando los ''s en el medioconsiderando los ''s en el medio

Gna región con más de (+ ''s con alto índice de &icropatíaGna región con más de (+ ''s con alto índice de &icropatíase presume sea un segmento transmembranosose presume sea un segmento transmembranoso ,uando se escanean de esta manera proteínas de,uando se escanean de esta manera proteínas de

membrana de estructura tridimensional conocida semembrana de estructura tridimensional conocida seencuentra una correspondencia altamente razonable entreencuentra una correspondencia altamente razonable entrelos segmentos predic&os y los segmentos que se extiendenlos segmentos predic&os y los segmentos que se extiendenen la membranaen la membrana

.l análisis de la &idropatía predice una sola &élice.l análisis de la &idropatía predice una sola &élice&idrofóbica para la glucoporina y A segmentos&idrofóbica para la glucoporina y A segmentostransmembrana para la bacteriorrodopsina de acuerdo contransmembrana para la bacteriorrodopsina de acuerdo conestudios experimentalesestudios experimentales


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.l análisis ded &idroxipatía predice una sola cadena &elicoidal.l análisis ded &idroxipatía predice una sola cadena &elicoidal&idrofóbica para la glucoporina&idrofóbica para la glucoporina


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.l análisis de &idropatía predice siete segmentos.l análisis de &idropatía predice siete segmentostransmembranosos para la bacteriorrodopsinatransmembranosos para la bacteriorrodopsina


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Otras consi#eracionesOtras consi#eraciones

Gna característica importante de muc&as proteínasGna característica importante de muc&as proteínastransmembranosas es que en la interfase entre lípidos y agua setransmembranosas es que en la interfase entre lípidos y agua seencuentran ''s como 5yr y 5rp# cuyas cadenas laterales parecenencuentran ''s como 5yr y 5rp# cuyas cadenas laterales parecenfuncionar como anclas .n la gura se muestran diferentesfuncionar como anclas .n la gura se muestran diferentesproteínas de membrana# en las que la 5yr es naranja y el 5rp esproteínas de membrana# en las que la 5yr es naranja y el 5rp es

rojorojo

,anal de LMB EaltoporinaEembrana exterior


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'lgunas proteínas contienenuno o mas lípidoscovalentemente ligados devarios tipos- ácidos grasos de

cadena larga# isoprenoides#esteroides o derivadosglucosilados defosfatidilinositol# >8I.stos lípidos proveen una ancla&idrofóbica que se inserta en la

bicapa lipídica y mantiene laproteína en la supercie de lamembrana Euc&as proteínastienen mas de una moléculalipídica.sta asociación es más débilque para las membranasintegrales y en algunos casosreversibleEás allá de servir de ancla# loslípidos pueden tener un rol

especíco# como la de dirigir laproteína a su localización


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Din%mica #e membranaDin%mica #e membrana

$a base de la "exibilidad de la membrana$a base de la "exibilidad de la membranase basa en las interacciones no covalentesse basa en las interacciones no covalentesentre los lípidos de la membranaentre los lípidos de la membrana

$a estructura y "exibilidad de la bicapa$a estructura y "exibilidad de la bicapadepende de la 5 y los tipos de lípidosdepende de la 5 y los tipos de lípidospresentes- ' relativamente bajas 5s lospresentes- ' relativamente bajas 5s loslípidos forman unalípidos forman una ,ase gel,ase gel semisólida# essemisólida# esparacristalina y el movimiento estáparacristalina y el movimiento estálimitado ' relativamente altas 5s está enlimitado ' relativamente altas 5s está en

unun esta#o l*!"i#o #esor#ena#oesta#o l*!"i#o #esor#ena#o o estadoo estado"uído# con cadenas &idrocarbonadas en"uído# con cadenas &idrocarbonadas enmovimiento constante por rotación acercamovimiento constante por rotación acercade enlaces ,2, en las cadenas laterales dede enlaces ,2, en las cadenas laterales delos lípidos/ el interior es más "uido quelos lípidos/ el interior es más "uido quesólido y la bicapa parece un mar desólido y la bicapa parece un mar deconstante movimiento ' 5s intermediasconstante movimiento ' 5s intermediaslos lípidos existen en unlos lípidos existen en un esta#o l*!"i#oesta#o l*!"i#oor#ena#oor#ena#o donde el movimiento de lasdonde el movimiento de lascadenas laterales es menor# pero se tienecadenas laterales es menor# pero se tienemovimientos laterales en el plano de lamovimientos laterales en el plano de lamembrana# lo que puede observarse enmembrana# lo que puede observarse enliposomas construidos de un solo lípido#liposomas construidos de un solo lípido#pero las membranas biológicas contienenpero las membranas biológicas contienenmuc&os lípidos con una variedad demuc&os lípidos con una variedad decadenas de ácidos grasos y no tienencadenas de ácidos grasos y no tienencambios bruscos de fase con la 5cambios bruscos de fase con la 5

Esta#o paracristalino 1gel2

Esta#o -"i#o

Calor pro#"cemo)imiento t.rmico#e ca#enas laterales1transición gel3-"i#o2


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' 5s en el rango siológico 0(+2@+,4# ácidos grasos de cadena larga 0*)-+' 5s en el rango siológico 0(+2@+,4# ácidos grasos de cadena larga 0*)-+y *7-+4 empacan bien en un arreglo líquido ordenado# pero las ondas eny *7-+4 empacan bien en un arreglo líquido ordenado# pero las ondas enácidos grasos insaturados intereren con este empaque favoreciendo elácidos grasos insaturados intereren con este empaque favoreciendo elestado líquido desordenado $os ácidos grasos de cadena más cortaestado líquido desordenado $os ácidos grasos de cadena más corta

.l contenido de esteroles es otro factor determinante del estado lipídico#.l contenido de esteroles es otro factor determinante del estado lipídico#reduciendo la libertad de movimiento de ácidos grasos adyacentes por sureduciendo la libertad de movimiento de ácidos grasos adyacentes por su

estructura rígida $a presencia de esteroles reduce la la "uidez en elestructura rígida $a presencia de esteroles reduce la la "uidez en elcorazón de la membrana favoreciendo el estado de líquido ordenado en ecorazón de la membrana favoreciendo el estado de líquido ordenado en eincrementa el espesor de la capa lípídicaincrementa el espesor de la capa lípídica

$as células regulan su composición lipídica para tener una "uidez continua$as células regulan su composición lipídica para tener una "uidez continuade membrana bajo diversas condiciones de crecimiento# pe# las bacteriasde membrana bajo diversas condiciones de crecimiento# pe# las bacteriassintetizan mas ácidos grasos insaturados cuando cultivadas a bajassintetizan mas ácidos grasos insaturados cuando cultivadas a bajastemperaturas que cuando cultivadas a temperaturas más altas/ comotemperaturas que cuando cultivadas a temperaturas más altas/ comoconsecuencia de ello van a tener aproximadamente el mismo grado deconsecuencia de ello van a tener aproximadamente el mismo grado de

"uidez"uidez


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Mo)imiento enMo)imiento enmembranamembrana

' 5 siológica ocurre' 5 siológica ocurre #i,"sión#i,"sióntransmembranal #e l*pi#os o -ip3-optransmembranal #e l*pi#os o -ip3-opde un lado de la membrana a otra .stede un lado de la membrana a otra .stemovimiento requiere que un grupo polar omovimiento requiere que un grupo polar ocargado deje su ambiente acuoso y pasecargado deje su ambiente acuoso y paseal interior &idrofóbico# proceso con granal interior &idrofóbico# proceso con grancambio de energía librecambio de energía libre

' veces este movimiento es esencial#' veces este movimiento es esencial#

como durante la síntesis de la membranacomo durante la síntesis de la membranaplasmática bacteriana# pues losplasmática bacteriana# pues losfosfolípidos se producen en la superciefosfolípidos se producen en la supercieinterior de la membrana y deben sufririnterior de la membrana y deben sufriruna difusión "ip2"op para entrar en launa difusión "ip2"op para entrar en lasupercie externa de la bicapa/ lo mismosupercie externa de la bicapa/ lo mismoocurre en las eucarióticas cuando losocurre en las eucarióticas cuando loslípidos sintetizados en un organelo selípidos sintetizados en un organelo semueve de la parte interna a la externa ymueve de la parte interna a la externa ydentro de otros organelosdentro de otros organelos

$as "ipasas son las proteínas que facilitan$as "ipasas son las proteínas que facilitanesta difusión proveyendo una rutaesta difusión proveyendo una rutatransmembranal muc&o más favorabletransmembranal muc&o más favorableenergéticamente y muc&o más rápida queenergéticamente y muc&o más rápida queel movimiento no catalizadoel movimiento no catalizado

Mo)imientos enMo) m entos en


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Mo)imientos enMo) m entos enmembranamembrana

$os lípidos también pueden moverse lateralmente en la membrana$os lípidos también pueden moverse lateralmente en la membrana

intercambiando lugares con los lípidos vecinos Gna molécula de lípidos presenteintercambiando lugares con los lípidos vecinos Gna molécula de lípidos presenteen una de las capas de la membrana de un eritrocito se mueve tan rápidamenteen una de las capas de la membrana de un eritrocito se mueve tan rápidamenteque puede circumnavegarlo completamente en segundos 0*que puede circumnavegarlo completamente en segundos 0* PPQs4Qs4

.ste movimiento lateral puede evidenciarse marcando una supercie celular de.ste movimiento lateral puede evidenciarse marcando una supercie celular dealrededor de 6alrededor de 6 PP(( $a supercie celular "uoresce debido al marcador# las$a supercie celular "uoresce debido al marcador# lasmoléculas de una peque%a parte de la membrana se someten a un pulso intensomoléculas de una peque%a parte de la membrana se someten a un pulso intensode laser y se blanquea# la intensidad de "uorescencia se recupera conforme lasde laser y se blanquea# la intensidad de "uorescencia se recupera conforme lasmoléculas blanqueadas difunden fuera de la región y moléculas no blanqueadasmoléculas blanqueadas difunden fuera de la región y moléculas no blanqueadasdifunden dentro de ella/ la tasa de recuperación después del fotoblanqueadodifunden dentro de ella/ la tasa de recuperación después del fotoblanqueado

0


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L*pi#os y prote*nasL*pi#os y prote*nasintegralesintegrales

$a distribución de lípidos no es al azar >lucoesngolípidos 0cerebrósidos y$a distribución de lípidos no es al azar >lucoesngolípidos 0cerebrósidos ygangliósidos4 que tienen ácidos grasos de cadenas largas saturadas formangangliósidos4 que tienen ácidos grasos de cadenas largas saturadas formangrupos que excluyen a los glicerofosfolípidos que tienen un ácido grasogrupos que excluyen a los glicerofosfolípidos que tienen un ácido grasoinsaturado y un ácido graso saturado más cortoinsaturado y un ácido graso saturado más corto

$os ácidos grasos largos de los esngolípidos pueden formar asociaciones$os ácidos grasos largos de los esngolípidos pueden formar asociacionesmas estables y compactas con los anillos del colesterolmas estables y compactas con los anillos del colesterol

$os microdominios colesterol2esngolípidos son mas gruesos y mas$os microdominios colesterol2esngolípidos son mas gruesos y mas

ordenados que los microdominios vecinos de fosfolípidos en la &oja exteriorordenados que los microdominios vecinos de fosfolípidos en la &oja exteriorde la membrana# y son más difícilmente solubiloizados por detergentes node la membrana# y son más difícilmente solubiloizados por detergentes noiónicos !e comportan como balsas en estado líquido ordenado deiónicos !e comportan como balsas en estado líquido ordenado deesngolípidos en un mar de fosfolípidos en estado líquido desordenadoesngolípidos en un mar de fosfolípidos en estado líquido desordenado

.stas balsas son ricas en ( clases de membranas integrales- las ancladas a.stas balsas son ricas en ( clases de membranas integrales- las ancladas ala menbrana por ( ácidos grasos saturados covalentemente unidos 0(la menbrana por ( ácidos grasos saturados covalentemente unidos 0(palmitoilos o un palmitoil y un miristoil4 y las proteínas ancladas >8Ipalmitoilos o un palmitoil y un miristoil4 y las proteínas ancladas >8I

.n la gura se observan lasbalsas en un fondo defosfolípidos# sobre las balsas seobservan unos picos que sonproteínas ligadas a >8I Fotarque estos picos solo seencuentran en las balsas 0enla escala de tiempo que duranlos procesos bioquímicos

+ t * i t l #i l+ t * i t l #i l


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+rote*nas integrales me#ian las+rote*nas integrales me#ian lasinteracciones y a#/esión entre lasinteracciones y a#/esión entre las

c.l"lasc.l"las $a proteínas integrales juegan roles diversos algunos llevados a cabo por ciertas$a proteínas integrales juegan roles diversos algunos llevados a cabo por ciertas

familias como-familias como-** $as$as IntegrinasIntegrinas# proteínas &eterodiméricas 0( subunidades diferentes# proteínas &eterodiméricas 0( subunidades diferentes HH yy RR44

ancladas a la membrana por una sola &élice transmembranal &idrofóbica en cadaancladas a la membrana por una sola &élice transmembranal &idrofóbica en cadasubunidad $as subunidades se combinan para formar un sitio especíco de uniónsubunidad $as subunidades se combinan para formar un sitio especíco de uniónpara proteínas extracelulares como colágeno y bronectina Gn determinantepara proteínas extracelulares como colágeno y bronectina Gn determinantecom9n para unirse a varias parejas de integrinas es la secuencia 'rg2>ly2'spcom9n para unirse a varias parejas de integrinas es la secuencia 'rg2>ly2'sp0C>D4 5ambién sirven como receptores y transductores de se%ales Cegulan0C>D4 5ambién sirven como receptores y transductores de se%ales Cegulan

muc&os procesos- agregación de plaquetas en el sitio de una &erida# reparaciónmuc&os procesos- agregación de plaquetas en el sitio de una &erida# reparaciónde tejido 'ctividad de células inmunes y la invasión de tejido por tumoresde tejido 'ctividad de células inmunes y la invasión de tejido por tumores(( $as$as Ca#erinasCa#erinas# llevan a cabo interacciones 0&omofílicas4 con caderinas idénticas# llevan a cabo interacciones 0&omofílicas4 con caderinas idénticas

en una célula adyacenteen una célula adyacente== $as$as +rote*nas similares a Inm"noglob"linas+rote*nas similares a Inm"noglob"linas pueden llevar a cabopueden llevar a cabo

interacciones &omofílicas con sus contrapartes idénticas en otra célula ointeracciones &omofílicas con sus contrapartes idénticas en otra célula o&eterofílicas con una integrina en una célulla vecina&eterofílicas con una integrina en una célulla vecina

@@ $as$as Selectinas4Selectinas4 tiene dominios extracelulares que en presencia de ,atiene dominios extracelulares que en presencia de ,a(B(B se unense unen

a polisacáridos especícos en la supercie de una célula adyacente .stáa polisacáridos especícos en la supercie de una célula adyacente .stápresentes primariamente en células sanguíneas y en células endoteliales de lospresentes primariamente en células sanguíneas y en células endoteliales de losvasos sanguíneos# siendo parte esencial del proceso de coagulación de la sangrevasos sanguíneos# siendo parte esencial del proceso de coagulación de la sangre

$as proteínas integrales también tienen que ver con transportadores y canales$as proteínas integrales también tienen que ver con transportadores y canalesiónicos# como receptores para &ormonas# neurotrasmisores y factores deiónicos# como receptores para &ormonas# neurotrasmisores y factores decrecimiento !on centrales en fosforilación oxidativa y fotosíntesis y en elcrecimiento !on centrales en fosforilación oxidativa y fotosíntesis y en elreconocimiento célula2célula y antígeno2célula en el sietma inmune 5ambién sonreconocimiento célula2célula y antígeno2célula en el sietma inmune 5ambién sonimportantes en la fusión de membranas que acompa%a a la exocitosis#importantes en la fusión de membranas que acompa%a a la exocitosis#endocitosis y la entrada de muc&os tipod e virus dentro de las célulasendocitosis y la entrada de muc&os tipod e virus dentro de las células

&ospedadoras&ospedadoras

"atro e emp os e 5 t pos e"a ro e emp os e pos e


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"atro e emp os e 5 t pos e"a ro e emp os e pos emembranas integrales !"emembranas integrales !"e

inter)ienen en las interaccionesinter)ienen en las interacciones

c.l"la3c.l"lac.l"la3c.l"la


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6"sión #e membranas6"sión #e membranas

Involucra-Involucra-** CeconocimientoCeconocimiento(( 'cercamiento de supercies'cercamiento de supercies== Cuptura de supercie conCuptura de supercie con

fusión de &ojas exterioresfusión de &ojas exteriores0&emifusión40&emifusión4

@@


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Entra#a #eEntra#a #e)ir"s)ir"s

.l virus es rodeado por membrana que.l virus es rodeado por membrana quecontiene muc&as moléculas de proteínacontiene muc&as moléculas de proteínade &emaglutinación 0?'4de &emaglutinación 0?'4

.l virus induce la endocitosis que genera.l virus induce la endocitosis que generael endosoma# peque%a vesículael endosoma# peque%a vesículamembranosa de p? 6# a este p? la ?'membranosa de p? 6# a este p? la ?'sufre cambio conformacional exponiendosufre cambio conformacional exponiendo

una secuencia llamadauna secuencia llamada p.pti#o #ep.pti#o #e,"sión,"sión# que permite a la proteína# que permite a la proteínapenetrar en la membrana del endosomapenetrar en la membrana del endosoma

$a ?' se curva en sí misma juntando sus$a ?' se curva en sí misma juntando susextremos# lo que lleva a las (extremos# lo que lleva a las (membranas a fusionarsemembranas a fusionarse

$a ?' funciona como trímero$a ?' funciona como trímero $a fusión implica una &emifusión$a fusión implica una &emifusión

intermedia en la que la &oja superior deintermedia en la que la &oja superior dela membrana viral se une a la &ojala membrana viral se une a la &ojainferior de la membrana endosómica#inferior de la membrana endosómica#mientras que las otras ( &ojas mantienenmientras que las otras ( &ojas mantienensu continuidadsu continuidad

$a fusión completa resulta en la$a fusión completa resulta en laliberación de los contenidos viralesliberación de los contenidos viralesdentro del citoplasma celulardentro del citoplasma celular

R # ti #R # ti #


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Res"men #e tipos #eRes"men #e tipos #etransportetransporte

,ada célula requiere transportarmaterial dentro y fuera de ella

Gnos pocos compuestos no polaresse disuelven en la membrana y lacruzan8ara los polares o cargados serequiere proteínas' veces solamente facilita la difusiónde un soluto a favor de su gradiente

de concentración.l movimiento contra gradiente deconcentración o de carga eléctrica ode ambos requiere energía$a energía proviene directamente dela &idrólisis de '58# o mediante elmovimiento de otro soluto a favor desu gradiente electroquímico con

suciente energía para llevar otrosoluto contragradiente$os iones se pueden mover a travésde canales formados por proteínas ofacilitados por ionóforos# queenmascaran su cargaEoléculas peque%as se mueven

porproteínas como canalestransmembranosos# portadores o

Transporte pasi)oTransporte pasi)o


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Transporte pasi)oTransporte pasi)o,uando ( compartimentos acuosos no tienen la misma concentración de solutos#gra#iente !"*mico4 y están separados por una membrana# el soluto se mueve por#i,"sión simple de la región de mayor concentración a la de menor 0a4 ,uando setrata de iones &ay un gra#iente electro!"*mico4 potencial #e membrana# Vm

0v o mv4# la que ejerce una fuerzaque se opne al movimiento de ionesincrementándo el 3m/ la dirección de movimiento dependerá del gradiente químicoy del gradiente eléctrico# que juntos se denen como gra#iente electro!"*mico opotencial electro!"*mico 0b4

D "s n"s n


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D "s n"s n,acilita#a o,acilita#a otransportetransporte

pasi)opasi)o !olutos polares o cargados deben dejar!olutos polares o cargados deben dejar

sus interacciones con el agua#sus interacciones con el agua#difundirse = nm a través de solventedifundirse = nm a través de solventelipídicolipídico

$a energía perdida se gana al$a energía perdida se gana alabandonar la membrana al otro lado yabandonar la membrana al otro lado yse re&idratase re&idrata

?ay un estado intermedio de estado de?ay un estado intermedio de estado de

alta energía y debe salvarse unaalta energía y debe salvarse unabarrera de energía de activación parabarrera de energía de activación paraalcanzar este estadoalcanzar este estado

8roteínas que aceleran el movimiento8roteínas que aceleran el movimientodel soluto son losdel soluto son los transporta#orestransporta#ores oopermeasas$permeasas$

$as$as permeasaspermeasas se unen a los sustratosse unen a los sustratoscon especicidad estereoquímicacon especicidad estereoquímica

mediante m9ltiples interacciones nomediante m9ltiples interacciones nocovalentes débiles elcovalentes débiles el SS> negativo> negativoasociado con estas interaccionesasociado con estas interacciones00SS>>uniónunión4 contrabalancea el4 contrabalancea el SS> positivo> positivoque acompa%a la des&idrataciónque acompa%a la des&idratación00SS>>des&idratacióndes&idratación4# disminuyendo la4# disminuyendo la SS>>tt paraparala difusión transmembranala difusión transmembrana

.l resultado es el #incremento en varios.l resultado es el #incremento en variosórdenes de magnitud en la tasa deórdenes de magnitud en la tasa de

pasaje del sustratopasaje del sustrato


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.l transportador de glucosa en los eritrocitos 0>$G5*4 tiene &élices.l transportador de glucosa en los eritrocitos 0>$G5*4 tiene &élicestransmembranosas constan de = a @ ''s : de las *( &élices contienen = otransmembranosas constan de = a @ ''s : de las *( &élices contienen = omas ''s polares o cargados a menudo separados por varios residuosmas ''s polares o cargados a menudo separados por varios residuos&idrofóbicos&idrofóbicos


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Gn diagrama de rueda &elicoidal muestra la distribución de ''s polares y no polares enGn diagrama de rueda &elicoidal muestra la distribución de ''s polares y no polares enla supercie de un segmento &elicoidal $a &élice está diagramada como si se observarala supercie de un segmento &elicoidal $a &élice está diagramada como si se observaraa lo largo de su eje desde el extremo amino/ los ''s adyacentes están conectados cona lo largo de su eje desde el extremo amino/ los ''s adyacentes están conectados con"ec&as y cada '' es colocado alrededor de la rueda en la posición que ocupa en la"ec&as y cada '' es colocado alrededor de la rueda en la posición que ocupa en la&élice $os residuos polares 0azul4 están en un lado de la &élice y los &idrofóbicos&élice $os residuos polares 0azul4 están en un lado de la &élice y los &idrofóbicos0amarillo4 en la otra# lo que es por denición una &élice anpática0a4 $a asociación laldo0amarillo4 en la otra# lo que es por denición una &élice anpática0a4 $a asociación laldo

a lado de 6 o ) &élices anpáticas# cada una con su cara polar orientadas &acia unaa lado de 6 o ) &élices anpáticas# cada una con su cara polar orientadas &acia unacavidad central# puede producir un canal transmembranoso alineados con ''s polares ycavidad central# puede producir un canal transmembranoso alineados con ''s polares ycargadoscargados


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,inética del transporte de glucosa en eritrocitos2 $a cinética de la difusión,inética del transporte de glucosa en eritrocitos2 $a cinética de la difusiónfacilitada es similar a la de una reacción catalizada enzimáticamente/ $a tasafacilitada es similar a la de una reacción catalizada enzimáticamente/ $a tasainicial de entrada de glucosa en el eritrocito# 3inicial de entrada de glucosa en el eritrocito# 3oo# depende de la inicial# depende de la inicialconcentración de glucosa en el exteriorconcentración de glucosa en el exterior T!UT!Ufuerafuera 0a4 .l ploteo de las recíprocas0a4 .l ploteo de las recíprocasde los datos de 0a4 dan resultados similares a los de las reaccionesde los datos de 0a4 dan resultados similares a los de las reacciones

enzimáticasenzimáticas

Mo#elo #eMo#elo #e


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Mo#elo #eMo#elo #etransporte portransporte por

7LUT87LUT8 .l transportador existe en ( conformaciones 5.l transportador existe en ( conformaciones 5**

con el sitio ligador expuesto en la superciecon el sitio ligador expuesto en la supercieexterna y 5externa y 5(( con el sitio ligador expuesto en lacon el sitio ligador expuesto en lasupercie internasupercie interna

.l transporte ocurre en @ pasos 0*4 glucosa en.l transporte ocurre en @ pasos 0*4 glucosa enla sangre se une a un sitio estereoespecíco enla sangre se une a un sitio estereoespecíco en 5 5**# bajando la energía de activación para 0(4 un# bajando la energía de activación para 0(4 uncambio conformacional de !cambio conformacional de !fuerafuera 5* a ! 5* a !dentrodentro 5(# 5(#

efectuando el pasaje transmembranoso de laefectuando el pasaje transmembranoso de laglucosa 0=4 $a glucosa es liberada de 5glucosa 0=4 $a glucosa es liberada de 5(( en elen elcitoplasma# y 0@4 el transportador retorna a lacitoplasma# y 0@4 el transportador retorna a laconformación 5conformación 5**# libre para transportar otra# libre para transportar otramolécula de glucosamolécula de glucosa

,omo no se forman o rompen enlaces químicos,omo no se forman o rompen enlaces químicosen la conversión de !en la conversión de !fuerafuera a !a !dentrodentro# ni esl ! ni el 8# ni esl ! ni el 8son intrínsecamente más estables y el procesoson intrínsecamente más estables y el proceso

de entrada es completamente reversible 5alde entrada es completamente reversible 5alsistema es incapaz de acumularsistema es incapaz de acumularconcentraciones dentro de la célula aconcentraciones dentro de la célula aconcentraciones por encima del medioconcentraciones por encima del mediocircundante/ simplemente alcanza el equilibriocircundante/ simplemente alcanza el equilibriode glucosa en ambos lados de la membranade glucosa en ambos lados de la membranamuc&o más rápidamente que en ausencia delmuc&o más rápidamente que en ausencia deltransportador especícotransportador especíco

I bi # # Cl


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Intercambia#or #e Clor"ro3Intercambia#or #e Clor"ro3'icarbonato'icarbonato

,O,O(( de desec&o liberado por tejidosde desec&o liberado por tejidosrespirando en la sangre entran alrespirando en la sangre entran aleritrocito donde se convierte eneritrocito donde se convierte enbicarbonato 0?,Obicarbonato 0?,O==224 por la enzima4 por la enzimaan&idrasa carbónica .l ?,Oan&idrasa carbónica .l ?,O==22 reentra enreentra enla sangre para transportarlo a losla sangre para transportarlo a lospulmones# a&í reentra en en el eritrocitopulmones# a&í reentra en en el eritrocitoy es convertido en ,Oy es convertido en ,O((# que es# que es

eventualmente liberado en el espacioeventualmente liberado en el espaciopulmonar y ex&alado .ste circuitopulmonar y ex&alado .ste circuitorequiere de un movimiento muy rápido arequiere de un movimiento muy rápido através de la membranatravés de la membrana

.l.l intercambia#or clor"ro3intercambia#or clor"ro3bicarbonatobicarbonato oo prote*naprote*naintercambia#ora #e aniones 1intercambia#ora #e aniones 199E24E24incrementa la permeabilidad de laincrementa la permeabilidad de la

membrana del eritrocito almembrana del eritrocito al

?,O?,O==22

en masen mas

de mil veces Eedia el movimientode mil veces Eedia el movimientosimultáneo de ( aniones que se muevensimultáneo de ( aniones que se muevenen sentido opuesto# antiport# 0en sentido opuesto# antiport# 0?,O?,O==22 yy,l,l224# sin transferencia neta de carga4# sin transferencia neta de carga

.l acoplamiento de los movimientos de.l acoplamiento de los movimientos deestos aniones es obligatorio# en ausenciaestos aniones es obligatorio# en ausenciade ,l2 el transporte dede ,l2 el transporte de ?,O?,O==22 se detienese detiene

.ste es un sistema cotransportador.ste es un sistema cotransportadorantiparaleloantiparalelo

5res clases generales de sistemas de transporte que dieren en el 5res clases generales de sistemas de transporte que dieren en el9 ó é9 d l d l di ió l é


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n9mero de solutos transportados y la dirección en la que éstos sonn9mero de solutos transportados y la dirección en la que éstos sontransportados .sta clasicación no nos dice si requieren energíatransportados .sta clasicación no nos dice si requieren energía0transporte activo4 o no requieren de energía0transporte activo4 o no requieren de energía

iT i


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Transporte acti)oTransporte acti)o

.n el transporte activo.n el transporte activosecundario# se &asecundario# se &aestablecido por transporteestablecido por transporte

activo primario unactivo primario ungradiente de ion N 0agradiente de ion N 0aEenudo FaB4 .lEenudo FaB4 .lmovimiento de N a favor demovimiento de N a favor desu gradiente electroquímicosu gradiente electroquímico provee a&ora la energíaprovee a&ora la energíapara cotransportar unpara cotransportar unsegundo soluto 0!4 contra susegundo soluto 0!4 contra sugradiente electroquímicogradiente electroquímico

0b40b4$a cantidad de energíaFecesaria para el transportede un soluto contragradiente puede calcularsedel gradiente inicial deconcentración/ la ecuacióngeneral es-S>V S>MB RT lnT8UQT!U

5ipos de transporte activo- .l transporte activo es termodinámicamente 5ipos de transporte activo- .l transporte activo es termodinámicamentedesfavorable y tiene lugar solamente cuando se acopla directa o indirectamente adesfavorable y tiene lugar solamente cuando se acopla directa o indirectamente aun proceso exergónico 0absorción de luz solar# reacción de oxidorreducción#un proceso exergónico 0absorción de luz solar# reacción de oxidorreducción#&idrólisis de '58 o "ujo de alguna otra molécula a favor de su gradiente de&idrólisis de '58 o "ujo de alguna otra molécula a favor de su gradiente deconcentración4 .n el transporte activo primario# la energía liberada por laconcentración4 .n el transporte activo primario# la energía liberada por la&idrólisis del '58 dirige el movimiento de soluto contra un gradiente&idrólisis del '58 dirige el movimiento de soluto contra un gradienteelectroquímico 0a4electroquímico 0a4


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Transporte acti)oTransporte acti)o

,uando el transporte de un soluto de una región con concentración ,* aotra donde su concentración es ,(# no se rompen enlaces y S>M es cero#S>t 0S> para transporte4 es entonces-

S>tV RT ln,(Q,* ,uando el soluto es un ion# su movimiento sin un contraion acompa%ante,uando el soluto es un ion# su movimiento sin un contraion acompa%ante

resulta en la separación endergónica de sus cargas positivas y negativas#resulta en la separación endergónica de sus cargas positivas y negativas#produciendo un potencial eléctrico# tal proceso se dice esproduciendo un potencial eléctrico# tal proceso se dice es electrog.nicoelectrog.nico

.l costo energético de mover un ion depende de un potencial.l costo energético de mover un ion depende de un potencialelectroquímico# la suma de los gradientes químicos y eléctricos da-electroquímico# la suma de los gradientes químicos y eléctricos da- S>t V C5 ln0,(Q,*4 B W F Sψ

donde Z es la carga del ion, F es la constante de Faraday (96 480 J/V.mol) y Sψ es elpotencial elctrico de transmem!rana (en "oltios)

#as cl$las e$cari%ticas tienen t&picamente potenciales elctricos a tra"s de s$smem!ranas plasm'ticas de apro. 0,0 a 0,* V (con el interior negati"o en relaci%n aleterior)

+l mecanismo de transporte acti"o es de gran importancia en !iolog&a. #a ormaci%nde - en mitocondrias y cloroplastos oc$rre por $n mecanismo $e esesencialmente el transporte de iones dirigido por - operando en re"ersa. #aenerg&a 1ec1a disponi!le por el l$2o espont'neo de protones a tra"s de $namem!rana se calc$la por la ec$aci%n prop$esta anteriormente.

S> para el "ujo a favor del gradiente electroquímico tiene valor negativo yS>Mpara transporte contra un gradiente electroquímico tiene un valor

positivo

AT+ ti +AT+asas tipo +


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AT+asas tipo +AT+asas tipo +

$as células parietales del$as células parietales del

estómago tienen '58asa queestómago tienen '58asa quebombea ?bombea ?BB y L y L BB a través dea través dela membrana plasmática#la membrana plasmática#acidicando el contenidoacidicando el contenido.stomacal $as bacterias las.stomacal $as bacterias lasusan para bombear &aciausan para bombear &aciafuera iones metálicosfuera iones metálicostóxicos tales como ,dtóxicos tales como ,d(B(B yy

,u,u(B(B .n plantas vasculares .n plantas vascularesy mo&os como Fy mo&os como Feurosporaeurosporabombean protones fuera debombean protones fuera dela célula para crearla célula para creardiferencias electroquímicasdiferencias electroquímicasimportantes a través de laimportantes a través de lamembranamembrana

!on transportadores de cationes dirigidos por el '58 que son reversiblementefosforilados por '58 como parte del ciclo de transporte/ la fosforilación fuerza uncambio conformacional que es básico para mover el catión a través de la

membrana 5odas estas '58asas son similares en la secuencia de ''s# especialmente cercadel 'sp que sufre fosforilación y todas son sensibles a in&ibición por vanadato.stán ampliamente distribuidas en tejidos animales lala '58asa Fa'58asa FaBBL L BB0antiporter0antiporterpara Fapara FaBB y L y L BB4 y la ,a4 y la ,a(B(B '58asa 0un uniporter para ,a'58asa 0un uniporter para ,a(B(B son ubicuas y mantienenson ubicuas y mantienenla composición iónica del citosol y el medio extracelularla composición iónica del citosol y el medio extracelular

AT+ NAT+ N ::


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AT+asa NaAT+asa Na:: ; ; ::

.n casi todo animal la concentración de.n casi todo animal la concentración deFaFaBB es menor en la célula que en eles menor en la célula que en elexterior y la de L exterior y la de L BB es mayor .stees mayor .stedesbalance es mantenido por undesbalance es mantenido por unsistema de transporte de la membranasistema de transporte de la membrana

$a '58asa FaBLB descubierta por Xens$a '58asa FaBLB descubierta por Xens!You# *:6A# acopla la &idrólisis del '58!You# *:6A# acopla la &idrólisis del '58

al movimiento simultáneo de Faal movimiento simultáneo de FaBB y L y L BB8or cada molécula de '58 &idrolizado el8or cada molécula de '58 &idrolizado eltransportador mueve ( L transportador mueve ( L BB &acia dentro&acia dentroy ( Fay ( FaBB &acia fuera# por lo que se crea&acia fuera# por lo que se creauna separación neta de cargas a travésuna separación neta de cargas a travésde la membrana resultando en unde la membrana resultando en unpotencial de transmembrana de 26+ apotencial de transmembrana de 26+ a

2A+ m3 0adentro negativo en relación2A+ m3 0adentro negativo en relacióncon el exterior4con el exterior4 !e &a ideado un modelo para explicar!e &a ideado un modelo para explicar

el mecanismo de acción- $a '58asael mecanismo de acción- $a '58asatiene ( formas una fosforilada con altatiene ( formas una fosforilada con altaanidad por el L anidad por el L BB y baja anidad por ely baja anidad por elFaFaBB/ y una forma desfosforilada con/ y una forma desfosforilada con

alta anidad por el Faalta anidad por el FaBB

y baja anidady baja anidad

por el L por el L BB


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AT+asa NaAT+asa Na::; ; ::

.n células animales este.n células animales estetransporte activo estransporte activo esprimariamente responsableprimariamente responsableestableciendo y manteniendoestableciendo y manteniendolas concentracioneslas concentracionesintracelulares de Faintracelulares de FaBBL L BB yygenerando el potencialgenerando el potencial

eléctrico de transmembranaeléctrico de transmembrana.l potencial eléctrico es.l potencial eléctrico escentral para la se%alizacióncentral para la se%alizacióneléctrica en neuronas y eleléctrica en neuronas y elgradiente de FaB se usagradiente de FaB se usapara dirigir el cotransportebpara dirigir el cotransportebde soluto contragradiente dede soluto contragradiente desolutos en muc&os tipos desolutos en muc&os tipos de

célulascélulas .l rol central de este.l rol central de estetransportador se re"eja en latransportador se re"eja en lainversión &ec&a en esta solainversión &ec&a en esta solareacción# aproximadamentereacción# aproximadamente(6; del consumo total de(6; del consumo total deenergía de un ser &umano enenergía de un ser &umano enreposoreposo


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Re ersibili#a# #eRe)ersibili#a# #e


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Re)ersibili#a# #eRe)ersibili#a# #eAT+asasAT+asas

$as '58asas de tipo


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A i il ió # l tAsimilación #e lactosa por


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Asimilación #e lactosa porAsimilación #e lactosa porE.coli E.coli

$a oxidación de$a oxidación decombustiblecombustiblepromueve elpromueve eltransporte primariotransporte primariode protones #de protones #establece unestablece un

gradiente degradiente deprotones yprotones ypotencial eléctricopotencial eléctrico

.l transporte activo.l transporte activosecundario desecundario delactosa en la célulalactosa en la célulainvolucra y esinvolucra y esenteramenteenteramentedependiente de undependiente de uncotransporte decotransporte deprotones y lactosaprotones y lactosapor elpor eltransportador detransportador de

lactosalactosa

5ransporte de lactosa- ,uando las reacciones de oxidación metabólicas5ransporte de lactosa- ,uando las reacciones de oxidación metabólicas


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5ransporte de lactosa- ,uando las reacciones de oxidación metabólicas 5ransporte de lactosa- ,uando las reacciones de oxidación metabólicasgeneradoras de energía son bloqueadas por el cianuro# el transportador degeneradoras de energía son bloqueadas por el cianuro# el transportador delactosa permite el equilibrio de lactosa dentro y fuera de la célula víalactosa permite el equilibrio de lactosa dentro y fuera de la célula víatransporte pasivo Eutaciones que afectan >lutransporte pasivo Eutaciones que afectan >lu=(6=(6 o 'rgo 'rg=+(=+( tienen el mismotienen el mismoefectoefecto

5ransporte de glucosa en el intestino- .s cotransportada con Fa5ransporte de glucosa en el intestino- .s cotransportada con FaBB a través de laa través de la


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5ransporte de glucosa en el intestino- .s cotransportada con Fa 5ransporte de glucosa en el intestino- .s cotransportada con Fa a través de laa través de lamembrana plasmática dentro de las células epiteliales !e mueve a través demembrana plasmática dentro de las células epiteliales !e mueve a través dela célula a la supercie basal de donde pasa a la sangre vía >$G5(# unla célula a la supercie basal de donde pasa a la sangre vía >$G5(# untransportador pasivo de glucosa $a '58asa Fatransportador pasivo de glucosa $a '58asa FaBBL L BB contin9a bombeando FaBcontin9a bombeando FaBpara mantener el gradiente que permita la asimilación de glucosapara mantener el gradiente que permita la asimilación de glucosa

Eolécula de valinomicina# ionóforo que liga L Eolécula de valinomicina# ionóforo que liga L BB# en la imagen se observa los# en la imagen se observa loscontornos superciales como malla transparente a través de una estructura delcontornos superciales como malla transparente a través de una estructura del


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contornos superciales como malla transparente a través de una estructura delco o os supe c a es co o a a a spa e e a a és de u a es uc u a depéptido y un átomo de L péptido y un átomo de L BB 0verde4 $os átomos de oxígeno 0rojo4 que ligan al L 0verde4 $os átomos de oxígeno 0rojo4 que ligan al L BB sonsonparte de una cavidad central &idrofóbica $os ''s &idrofóbicos 0amarillo4 cubren laparte de una cavidad central &idrofóbica $os ''s &idrofóbicos 0amarillo4 cubren lasupercie externa de la molécula Debido a que el exterior del complejosupercie externa de la molécula Debido a que el exterior del complejovalinomicina2L valinomicina2L BB es &idrofóbico# éste difunde rápidamente a través de membranases &idrofóbico# éste difunde rápidamente a través de membranas

$a disipación del gradiente iónico mata a las células microbianas convirtiéndolo en$a disipación del gradiente iónico mata a las células microbianas convirtiéndolo enun antibiótico potenteun antibiótico potente

A til liA til li


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Acetil colinaAcetil colina .l aceptor de acetil colina es esencial para el pasaje de una se%al.l aceptor de acetil colina es esencial para el pasaje de una se%al

eléctrica de una neurona motora a una bra muscular en la unióneléctrica de una neurona motora a una bra muscular en la unión

neuromuscular $a acetilcolina liberada por la neurona motora seneuromuscular $a acetilcolina liberada por la neurona motora sedifunde unos pocosdifunde unos pocos PPm a la membrana plasmática de un miocitom a la membrana plasmática de un miocitodonde se une a un receptor# lo que fuerza un cambiodonde se une a un receptor# lo que fuerza un cambioconformacional en él causando una apertura del canal.l receptorconformacional en él causando una apertura del canal.l receptorpermite el paso de Fapermite el paso de FaBB ,a,a(B(B y L y L BB con igual facilidadcon igual facilidad


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Membranas biolgicasI