Clases capítulo Fisiología general: homeostasis, membrana celular, comunicación celular

3. “La estabilidad del medio interno es la
condición primaria para una vida libre e
independiente”
Claude Bernard
Medio interno:
Líquido extracelular
líquido intersticial
líquido intravascular.
¿Cómo se mantiene la
estabilidad del medio interno?

4. Organismo unicelular en un ambiente externo constituido por el mar primordial.

5. Homeostasis
Mantención de la estabilidad del medio interno mediante
mecanismos fisiológicos coordinados.
Mecanismos de retroalimentación (Feedback) positivos y
negativos permiten modular las respuestas del organismo a los
cambios ambientales

6. Mecanismo homeostático
- Sensor
- Centro regulador
- Efector
Detecta un cambio en el ambiente
Integra la información y envía señales
Revierte el cambio y da señal de término
Señales
Comunicación

7. El organismo se puede adaptar a nuevas condiciones…

8. Fisiología humana
 Establecimiento de mecanismos de control y regulación que
mantengan la estabilidad del sistema y, por ende, un estado saludable.
 Esta regulación implica el mantenimiento de una serie de equilibrios
dinámicos con base en principios físicos, químicos y matemáticos.
 La complejidad de estos mecanismos se relacionan con el nivel de
organización en el cual se estudian. Es necesario acotar nuestro
estudio a pequeños dominios y espacios celulares para tener una
visión del todo…
 Estudio del funcionamiento del organismo desde el nivel molecular
hasta el nivel sistémico.
 El organismo se regula a nivel sistémico y celular por medio de
mecanismos de retroalimentación (feedback) negativos y positivos.

9. Feedback negativo: control de la presión arterial

12. Feedback positivo: transmisión del impulso nervioso
Rhoades & Tanner.
Medical Physiology, second edition

14. Una sociedad de células!!!

15. Modelo del mosaico fluido de una membrana
Espacio
extracelular
Oligosacáridos
Glicolípidos
Espacio
intracelular
Proteínas
integrales
Glicoproteínas
Fosfolípidos
Bicapa
lipídica
Proteínas
periférica

17. Membranas celulares
 La fluidez de la membrana se debe a interacciones no covalentes entre los
fosfolípidos, lo cual permite el movimiento de las proteínas.
 Es una barrera semipermeable y selectiva que permite el intercambio entre el
medio interno y el medio externo.
 Las proteínas de membrana son las responsables de establecer contactos
intercelulares y permitir el intercambio de moléculas.
 Compuestas por una bicapa lipídica en donde se insertan proteínas, colesterol,
glicolípidos y glicoproteínas.
 La composición de lípidos y proteínas de cada membrana se relaciona con el
tipo celular y el tipo de organelo del cual forma parte.

18. Guyton & Hall, Medical Physiology. Eleventh edition, 2006.
La composición del líquido
extracelular (LEC) es distinta a la del
líquido extracelular (LIC).
Esta diferencia de concentraciones y
cargas iónicas permite la estabilidad
celular.
La estabilidad de la células permite
que los tejidos puedan responder a
estímulos provenientes desde el
ambiente.
Estos gradientes químicos y
eléctricos se mantienen debido a la
actividad de proteínas de
membranas que permiten el
movimiento de estas moléculas
desde el citoplasma al LEC o
viceversa.

19. Las proteínas de membrana cumplen diferentes funciones…
Transporte
Actividad enzimática
Transducción de
señales
Unión intercelular
Reconocimiento
célula-célula
Anclaje a la
matriz
extracelular

20. • Intercambio de gases (O2 y CO2)
• Intercambio de agua
• Intercambio de solutos:
Iones y moléculas de baja masa molecular
(Por ej: Na+, aminoácidos, glucosa, PO4
=).
• Mantención de los gradientes iónicos y del
potencial de membrana en reposo.
Transporte en membranas biológicas

21. Gap juntion: Canal formado entre dos células adyacentes que
permite el paso de iones y pequeñas moléculas.

23. El intercambio de
gases y nutrientes es
fundamental para la
mantención de la
vida fetal.
Este intercambio es
posible gracias a que
las células que
forman parte de la
placenta poseen
mecanismos de
transporte en sus
membranas
plasmáticas

24. Transporte de moléculas de baja masa molecular (sin carga) a
través de la membrana plasmática

25. Membrana
semipermeable
A B
Flujo neto
Difusión simple: movimiento de moléculas a través de una membrana semipermeable
donde el flujo neto se establece por el gradiente de concentración.
JN= JA-B – JB-A
[A] > [B]
Fuerza impulsora
(“driving force”)
∆C

26. Membrana
semipermeable
A B
Flujo neto = 0
[A] = [B]

27. Transporte de moléculas de mayor masa molecular o con carga a
través de la membrana plasmática

28. CANALES IONICOS:
Los iones y moléculas cargadas no difunden con facilidad a
través de las membranas biológicas.
El flujo iónico depende de cambios conformacionales que
ocurren en las proteínas. Estos cambios causan la apertura o
el cierre de poros formados por la estructura terciaria o
cuaternaria.
La fuerza impulsora para el paso de un ion es su gradiente
electroquímico, que resulta de la combinación de los
gradientes químico y eléctrico.

32. Canal iónico activado por
cambios del potencial de
membrana
Ej. Canal de sodio activado
por voltaje
Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

33. Canal iónico activado por
ligando
Ej. Receptor nicotíco
(acetilcolina)

34. Transporte de
moléculas de
elevada masa
molecular
Transporte de
moléculas de baja
masa molecular
Endocitosis
Exocitosis
Transcitosis
Fagocitosis
Pinocitosis
Mediada por receptor
Transporte
pasivo
Transporte
activo
Difusión simple
Difusión facilitada
Primario
Secundario

35. Fagocitosis: Ingestión de grandes partículas o
microorganismos, usualmente por parte de células
especializadas.
Endocitosis: Proceso en el cual se produce una invaginación de
la membrana que finalmente se escinde conteniendo liquido
y/o solutos extracelulares.
Exocitosis: mecanismo mediante el cual las células liberan al
espacio extracelular macro-moléculas sintetizadas en su
interior.
Transporte de moléculas de elevada masa
molecular a través de la membrana plasmática
Formación de vesículas

36. Fusión de
membranas:
La fusión de dos
membranas es un
macanismo central
para una variedad de
procesos celulares
que involucran tanto
a organelos como a la
membrana
plasmática.
Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

37. Difusión facilitada
Canales iónicos: iones
Proteínas transportadoras: glucosa,
aminoácidos, nucleótidos.
A favor de un
gradiente
electroquímico
No hay gasto de
energía
Transporte pasivo

38. DIFUSION FACILITADA
• Proceso pasivo, debido al movimiento de moléculas
desde una zona de alta a una de baja concentración.
• La difusion facilitada esta mediada por proteínas
(transportadoras o canales).
• Los canales permiten el paso de iones a favor de sus
gradientes electroquímicos.
• Las proteínas transportadoras (carriers) son específicas
para un sustrato y tienen una cinética saturada.

40. TRANSPORTE ACTIVO
• Cataliza el flujo de una substancia en contra
de su gradiente químico o electroquímico.
• Dos clases:
i) Primario (hidrólisis de ATP)
ii) Secundario acoplado a un gradiente
electroquímico.
• Cinética saturada.

41. Transporte activo primario

42. Transporte activo secundario

44. PROPIEDAD
Difusión
simple
Transporte
facilitado
Transporte
activo
Mediado por proteínas No Si Si
Selectividad No Si Si
Transporte saturable No Si Si
Puede ser inhibido No Si Si
En contra del gradiente No No Si
Requiere hidrólisis de ATP No No Si
Transporte de solutos

45. Osmosis
Flujo de agua (JW)
Movimiento espontáneo de agua a
favor de un gradiente de concentración
Difusión neta de agua a través de
una membrana
Transporte pasivo de agua

46. Para recordar…
Concentración osmolar
osmoles de soluto/litro de solución
1 Osmol se define como el peso molecular expresado
en gramos de un soluto que al disolverse en un litro de
agua, da origen a una solución con una presión
osmótica de 22.4 atmósferas a 22 ºC (o de 25.4 atm
a 37ºC).
Unidad usada: mOsM = mOsm/L
Osmolaridad del plasma= 300 mOsm/L

47. Conceptos
Concentración: Concentracion molar (M) Es el
número de moles por litro de solución
Osmolaridad proporcional al número de partículas
disueltas
•Glucosa (1 partícula/ molécula)
•NaCl (2 partículas/molécula)

48. En el caso de solutos que no se disocien
M = osmolaridad
En el caso de las sales que se disocian
completamente, m se multiplica por el número de
particulas (n) que se genera por molécula original.
NaCl  Na+ + Cl- n = 2
Ca Cl2  Ca2+ + 2 Cl- n = 3
En el caso de la glucosa, que no se disocia n = 1

49. Concentración de agua

50. Memb. Permeable a
solutos y agua.

51. Memb. Permeable al
agua e impermeable
a solutos.

52. Tonicidad de las soluciones: Concentración de solutos
osmóticamente activos en una solución.

53. Según la propiedad fisicoquímica de osmolaridad, una
solución es con respecto al medio intracelular:
SOLUCION OSMOLARIDAD FLUJO DE AGUA
HIPOSMÓTICA Menor De entrada
ISOSMÓTICA
 (300 mosm/l)
Igual En equilibrio
HIPEROSMÓTICA Mayor De salida

54. - Equilibrio iónico y Potencial de
membrana en reposo.

55. Equilibrio iónico: Equilibrio de Gibbs-Donnan
En los líquidos orgánicos (plasma, citoplasma, líquido
intersticial) se mantiene la ELECTRONEUTRALIDAD
de las soluciones y la suma de los cationes será igual a
la suma de los aniones.

56. Equilibrio iónico: Equilibrio de Gibbs-Donnan
En los líquidos orgánicos además de iones existen
moléculas de gran tamaño que no difunden ni se
transportan a través de la membrana plasmática (Ej:
proteínas). La mayoría de éstas moléculas tienen carga
negativa a ph fisiológico.
Este fenómeno produce un cambio en la distribución de
las partículas iónicas a través de la membrana.

57. El sistema debe cumplir simultáneamente dos
requisitos
Electroneutralidad: En ambos compartimientos
el total de cargas negativas debe ser igual al total
de cargas positivas. Esta afirmación omite por ser
imposible de medir, la pequeña diferencia que
existe entre aniones y cationes que genera el
potencial de membrana.
Equilibrio termodinámico: Debe cumplirse el
equilibrio de Nernst.

58. LEC =  Na+,, Cl-,
Bicarbonato
 K+, Ca++,
Mg, Fosfatos,
Ac. Orgánicos.
LIC:  K+, Mg
Fosfatos,
Proteínas
 Na+,, Cl-, Ca++

59. Potencial de membrana en reposo
Todas las células en condiciones de reposo
tienen una diferencia de potencial a través de
sus membranas plasmáticas, con carga
negativa orientada hacia el interior de la células.
Esta diferencia de potencial es el potencial de
membrana en reposo.
Se debe a una pequeña diferencia de
distribución de cargas a un lado y otro de la
membrana. Estas diferencias en la distribución
iónica se fundan en dos hechos:
La actividad de las bombas de iones
La difusión pasiva de iones.

60. POTENCIAL DE EQUILIBRIO DE NERNST
Es el potencial de membrana al cual el flujo de entrada de un ion es igual
al flujo de salida (flujo neto = 0).
Eeq = RT/zF ln C1/C2
Donde:
Eeq : potencial de equilibrio (mV)
R : constante universal de los gases
T : temperatura absoluta
F : constante de Faraday
z : valencia del ion
C : concentraciones del ión a cada lada de la membrana
…la ecuación de NERST convierte la diferencia de concentración de un ión en
voltaje.

61. Ej: Potencial de equilibrio del potasio
Ecatíon = 61,5 log [cation]o / [cation]I
[cation]o : 4.5 mEq
[cation]I : 140 mEq
EK+ = 61,5 log [K+]o / [K+]I
EK+ = 61,5 log 4.5 / 140
EK+ = -91 mV

62. Los valores más comunes para los
potenciales de equilibrio de los iones más
importantes, asumiendo una distribución
normal a cada lado de la membrana son:
ENa+ = +65mV
EK+ = -85mV
ECa2+ = +120 mV
ECl- = -90 mV

63. El potencial de la membrana (Em) puede ser determinado si se conocen
las conductancias y los potenciales de equilibrio de los iones que se
distribuyen a un lado y otro de la membrana. Asumiendo que estos iones
son K+, Na+ y Cl–,
 ClKNa
ClClKKNaNa
m
GGG
EGEGEG
V



    )(0 ClmClKmKNamNa EVGEVGEVG 
El potencial de reposo depende de las conductancias y
los potenciales de equilibrio de Na+ y K+.

64. GK = 0.90
GNa = 0.03
GCl = 0.07
EK = – 85 mV
ENa = + 65 mV
Ecl = – 90 mV
Al insertar estos valores en la ecuación anterior
obtenemos
Em = – 85 mV.

65. POTENCIAL DE REPOSO
• Las células se dividen respecto a sus propiedades
eléctricas en dos tipos básicos:
– no excitables
– Excitables
• Las células no excitables son aquellas que mantienen
un potencial de membrana fijo, o que varía muy
poco. Ya hemos dicho que este potencial suele estar
alrededor de los –60 mV.
• Por el contrario las células excitables son aquellas,
que en respuesta a determinadas señales pueden
cambiar este potencial y originar un potencial de
acción.

66. Potencial de acción