membrana celular

1. INTRODUCCIÓN
Célula procariota

2. Importancia de los
microorganismos
• Ubicuos, se encuentran en todos
los nichos del ambiente
– Ambientes extremos, temperatura,
presión salinidad, etc.
• En procesos del ambiente
– Flora bacteriana natural en
intestinos de rumiantes
• En procesos industriales,
bioremediación, fermentaciones
(alcohol, ac. Acético, etc. )
producción de antibióticos
• Estructura comunitaria de los
microorganismos. Los individuos
participan en procesos particulares
pero la comunidad se requiere para
procesos completos.

3. Clasificación de los
microorganismos
• Habían 5 reinos. Pero ahora hay tres
Dominios
– Eukarya, organismos con núcleo y
compartamentalizados, todos los
multicelulares y algunos unicelulares.
– Bacteria, no compartamentalizados,
unicelulares.
– Archaea, unicelulares con membranas
características y genoma muy alejado del
bacteriano.

4. Los microorganismos como
modelo de estudio
• Tiempo corto de generación
– Pueden reproducirse hasta cada 20 minutos
– Buenos para estudiar mutaciones
– Se pueden estudiar un gran número de células
idénticas
• Tamaño pequeño
– Permite estudiar grandes poblaciones
• Tamaño pequeño de su genoma
• Diversidad nutricional

5. Diferencias entre
eucariontes y
procariontes

6. E coli como
modelo de estudio

7. E. coli

8. GRAM NEGATIVE
CUBIERTA CELULAR
Cytoplasm
Inner (cytoplasmic) membrane
Outer Membrane
(Major permeability barrier) LipopolysaccharidePorin
Braun lipoprotein
Degradative enzyme
Periplasmic binding protein
Permease

9. Cytoplasm
Lipoteichoic
acid
Peptidoglycan-teichoic acid
Cytoplasmic membrane
GRAM POSITIVO.
Degradative enzyme

10. Funciones de la pared
• Rigidez y resistencia osmótica
(mantener la forma, evitar la
lisis).
• Comunicación con el medio
exterior.
• Puede estar involucrada en
patogenicidad (LPS)
• Barrera para algunas moléculas
(porinas en gram negativos).
• Espacio periplásmico (enzimas
de transporte, hidrolíticas, etc.)

11. La membrana celular
• Estructura:
• Bicapa fosfolipídica con proteínas
embebidas; puede contener
también hopanoides de estructura
similar al colesterol
• En Archaea, éteres de alcohol
isoprenoide, algunas forman
monocapas.

12. LA MEMBRANA PLASMATICA
DE LOS PROCARIOTES
TRANSPORTE DE NUTRIENTES

13. TEMAS
• Composición Químican y características
de las membranas
• Modelo del Mosaico Fluído
• Permeabilidad de la membrana
• Estudio del transporte a través de
membranas.
• Modelos bacterianos de transporte
• Fisiología del transporte

14. Composición química
• La membrana citoplásmica bacteriana es
la estructura de tipo bicapa proteo-lipídica
que delimita al protoplasto.
• Su proporción proteínas: lípidos es
superior a la de las membranas celulares
eucarióticas, llegando a alcanzar valores
relativos hasta de 80:20.

15. Composición de la membrana: Fosfolípidos y proteínas
MEMBRANAS BIOLOGICAS
Fosfolípidos:
moléculas
anfifílicas con una
cabeza de
glicerol polar
unido a dos
colas de ácido
graso no polares

16. Estructura básica y composición de la
membrana plasmática bacteriana
• Las membranas bacterianas están
compuestas de 40 % Fosfolípidos y 60%
de proteínas
• Los fosfolípidos están encargados de la
estructura
• Las proteínas encargadas de la función

17. Clasificación de los lípidos
ESFIONGOSINAS SON DERIVADOS DE AMINOALCOOLES

18. Clasificación de los lípidos de
membrana
• 1. FOSFOLÍPIDOS: derivados del ácido
fosfatídico (fosfoglicéridos). También hay algunos
esfingolípidos con su cabeza polar unida a una
molécula hidrofóbica (colina) por enlace fosfodiéster
• 2. GLICOLÍPIDOS: Son esfingolípidos que
carecen de fosfatos y contienen un azúcar u
oligosacárido en su cabeza polar. Los esfingolípidos
son derivados de la esfingosina
• 3. ESTEROLES.

19. Fosfolípidos
• Glicerofosfolípidos (contienen glicerol)
• fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina,
• fosfatidilcolina, fosfatidilinositol, fosfatidilglicerol,
• difosfatidilglicerol (cardiolipina).
• Lípidos éter: alquil acil glicerofosfolípidos,
plasmalógenos
• Esfingomielina (no contienen glicerol)
• Ceramida es su unidad estructural fundamental
• Su cabeza polar es fosfocolina o
fosfoetanolamina.

20. Los esfingolípidos
• No contienen glicerol. En su lugar
contiene un amino alcohol: la esfingosina
unida a una cadena larga de ácido graso.
Contiene una cabeza polar unida por
enlaces glicosídicos (azúcares) o
fosfodiésteres (fosfocolina). Es el
segundo mas importante de los lípidos de
membrana

21. El ceramide es la
estructura base
de los esfingolípidos
Las esfingomielinas
están presentes
en las membranas
plasmáticas de
células animales
especialmente en
axones de neuronas
Tienen parecido
funcional a la
fosfatidil colina

22. Parecido estructural entre un
fosfolípido y un esfingolípido

23. Los esteroles
• Son lípidos
estructurales de
células eucariontas.
• Su estructura
característica es de
un núcleo esteroide
consistente de
cuatro anillos
fusionados

24. Carencia en general de
esteroles
• Las membranas de procariontes, a
diferencia de las de eucariontas, carecen
de esteroles .
• Con la salvedad de Cianobacterias y
ciertas bacterias metilotrofas; además, los
micoplasmas presentan colesterol, pero lo
“secuestran” de las células eucarióticas a
las que parasitan).
•

25. Los fosfolípidos de membrana
• Abundan sobre todo los fosfolípidos
derivados del ácido fosfatídico:
• Fosfatidiletanolamina
• Fosfatidil colina
• Fosfatidil serina
• Fosfatidil inositol
• En bacterias Gram-positivas, además se
encuentran glucolípidos y
glucofosfolípidos.

26. FOSFOLIPIDOS DE MEMBRNANA: acidos grasos monoinsaturados
con uniones ester al glicerol .

27. Fosfolípidos de membrana : Unidos por interacciones hidrofóbicas

28. En Bacterias, la etanolamina (X= NH3-CH2-CH2-) es el
sustituyente mas común en el C-3 del glicerol como se indica
en la siguiente tabla:
Fosfolípidos de
membrana
% de fosfolipido en la
membrana
Fosfatidil
etanolamina
30
fosfatidil colina 27
Esfingo mielina 23
fosfatidol serina 15
fosfatidil inositol 5
La composición y proporción concretas de los distintos tipos de lípidos
son variables entre distintas cepas bacterianas, y dentro de cada cepa,
en función de las condiciones de cultivo (temperatura, pH, etc.).

29. DISTRIBUCIÓN EN LA MEMBRANA

30. Características de los ácidos
grasos
• Los ácidos grasos esterificados con el glicerol en los
fosfolípidos son principalmente:
• 1) saturados, como p. ej.:
• a) palmítico (16:0)
• b) mirístico (14:0)
• c) de cadena ramificada (muy frecuentes en muchas
bacterias Gram-positivas)
• 2) monoinsaturados (sobre todo en Gram-
negativas), como p. ej.:
• a) palmitoleico (cis-9, 16:1)
• b) cis-vaccénico (cis-11, 18:1)

31. Función de los ácidos grasos
• Las bacterias pueden modificar la
proporción entre ácidos grasos insaturados
y saturados, con objeto de mantener un
estado de fluidez adecuado en la membrana,
como adaptación a cambios de temperatura:
• a altas temperaturas, aumenta la proporción
de ácidos grasos saturados,
• a bajas, aumenta la de los insaturados. Las
bacterias psicrófilas (amantes del frío)
presentan casi todos sus ácidos grasos de tipo
insaturado.

32. El colesterol en las membranas plasmáticas.
Las membranas de animales contienen colesterol
Los hongos contienen esteroles
Los Procariotes NO contienen colesterol. Contienen
Hopanoides (diplopteno) derivados de esteroles.
Función del Colesterol. Si la membrana está muy fluída
Le da rigidez. Si está muy rígida, le da fluidez.

33. Fosfolípidos en arqueas
• En Arqueas, en lugar de los habituales
lípidos a base de ésteres de ácidos grasos con
glicerol, existen lípidos a base de éteres de
alcoholes de cadena larga con glicerol (p. ej.,
difitanil-glicerol-diéteres). Los alcoholes suelen
ser derivados poliisoprenoides. Este tipo de
membranas son más rígidas que las de
eubacterias. Incluso existen arqueas con
membranas a partir de tetrafitanil-diglicerol-
tetraétereres, que consituyen bicapas
monomoleculares

34. Las membranas de Arqueas poseen lípidos con enlaces
éter entre el glicerol y sus cadenas hidrocarbonadas
Enlace éster enlace éter isopreno (presente en R)

35. • En Arqueas existe una peculiar clase de
compuestos policíclicos, denominados hopanoides
(triterpenoides pentacíclicos) le de dan rigidez de
las membranas citoplásmicas. Los hopanoides se
sintetizan a partir del mismo tipo de precursores
que los esteroles.
• Los sedimentos de combustibles fósiles como el
petróleo presentan cantidades gigantescas de
hopanoides, lo que confirma el papel que tuvieron
las arqueas en su formación.

36. El Diplopteno, el hopanoide de
bacterias
COLESTEROL
Muchas bacterias contienen hopanoides (triterpenoides
pentacíclicos) que parecen condicionar parte de la rigidez
de las membranas citoplásmicas.
Los hopanoides se sintetizan a partir del mismo tipo de
precursores que los esteroles.
diplopteno

37. Los ácidos grasos de arqueas.
• En Arqueas los ácidos grasos a su vez
contienen unidades de isoprenos (CH2=C
(CH3) – CH=CH2 ). El Isoprenoide mas
común es el Fitanol. Puede haber
diéteres o tetraeteress de glicerol lo que
hace que se formen monocapas en lugar
de bicapas. La estructura de monocapas
hace mas resistente y estable a la
disgregación (características de los
organismos hipertermofílicos).

38. FITANIL ES UN GLICEROL DIETER (C20) PRESENTE EN LA MEMBRANAS
DE ARQUEAS

39. Otras moléculas lipídicas presentes en la
membrana de Procariotes
• La membrana citoplásmica alberga un
transportador lipídico de tipo politerpenoide,
llamado undecaprenil-fosfato, presente en
pequeña cantidad (<1%). Igualmente se dan
quinonas isoprenoides (como la menaquinona
o la ubiquinona) que participan en cadenas de
transporte de electrones. En algunas bacterias
existen igualmente variedades de pigmentos
carotenoides.

40. PROTEÍNAS DE MEMBRANA
• Constituyen la mayor parte de la
membrana bacteriana (hasta el 80% en
peso seco). Existe una gran variedad de
tipos de proteínas en una misma bacteria
(hasta 200), pero la composición y
proporción concreta varía según las
condiciones de cultivo.

41. CLASIFICACIÓN
• Proteínas Integrales
• Proteínas Periféricas

42. PROTEÍNAS DE MEMBRANAS

43. • proteínas integrales de membrana
(=endoproteínas):
• Están estrechamente unidas a la membrana,
y atraviesan la bicapa lipídica.
• Son difíciles de extraer, y se utilizan
detergentes y/o disolventes orgánicos para
separarlas de los lípidos.
• Pueden desplazarse lateralmente en la bicapa
lipídica, pero no son capaces de rotar, por lo que
siempre presentan una determinada orientación o
polaridad. Algunas presentan hidratos de carbono
que sobresalen hacia la superficie externa
(glucoproteínas).

45. Solubilización de proteínas integrales
de membrana por detergentes

46. Ejemplos de proteínas
integrales
Bacteriorodopsina
Glicoforina

47. Las porinas son proteínas
integrales
Las porinas son barriles
beta transmembranales

48. Hay proteínas unidas a lípidos
• Algunas proteínas asociadas a la membrana
contienen lípidos unidos covalentemente para
anclar la proteína a la membrana (proteínas
unidas a lípidos). Vienen en tres variedades:
• Proteínas freniladas (con grupos isiprénicos)
• Proteínas ácido-graso aciladas
• Proteínas unidas a glicosil-fosfatidil-inositol
Prot-PIP.
• Los ácidos grasos que se encuentran en estas
proteínas son Palmítico y mirístico.

49. • Proteínas periféricas (= epiproteínas):
se encuentran unidas a la membrana por
uniones covalentes o débiles, de forma que es
fácil separarla de la membrana mediante
solubilización al someterla a un medio con alta
concentración de sal (p.ej. 0,3M KCl) o
sonicación.
• Se pueden encontrar unidas a proteínas
integrales o a lípidos.
• Participan en señalamiento celular, como
antígenos de superficie, en uniones con otras
células

51. Carácter hidrofóbico/hidrofílico de una
proteína de membrana se estudia a través
de un perfil de hidropatía
Se mide el cambio de energía libre
Dela transferencia de cada uno de
Los 20 aa de un segmento α-helicoidal
Del interior de la membrana al agua y
se grafican con respecto al primer residuo

52. Richard Henderson determinó
la estructura de la bacteirorho
dopsina, la primer proteína de
membrana estudiada

53. Agregados lipídicos.
Origen de la bicapa

54. Propiedades de los lípidos en
agua
• El aceite sobre agua reduce la tensión
superficial del agua.
• El aceite forma una capa monomolecular
sobre la superficie del agua.
• Estas son propiedades que favorecen la
formación de agregados lipídicos en agua

55. Agregados lipídicos en agua.
LAS BICAPAS LIPÍDICADAS SON LA BASE ESTRUCTURAL DE LA
MEMBRANA BIOLÓGICA
La concentración micelar crítica CMC determina
el límite de la formación del agregado y su
permanencia en solución.
Los liposomas se producen por sonicación

56. El tamaño aproximado de una micela puede predecirse por su forma
geométrica

57. Los glicerofosfolípidos y esfingolípidos
tienden a formar bicapas
• Las dos colas hidrocarbonadas de los
glicerofosfolípidos les confieren formas
mas o menos rectangulares
• Esto ayuda a la formación de bicapas
lipídicas.

58. Los fosfolípidos individualmente pueden rotar y
moverse lateralmente en cada hemicapa de la
bicapa lipídica
Movimientos de los fosfolípidos:
a) Laterales
b) Transversales
c) rotacionales
En los movimientos transversales se incluyen a las Flipasas
Estas participan en la síntesis de los fosfolípidos

59. Flippasas
• Los lípidos pueden moverse de una monocapa
a otra por las proteínas flipasas.
• Algunas flipasas operan pasivamente y no
requieren ninguna fuente de energía
• Otras flippasas parece que operan
activamente y requieren de la energía de
hidrólisis de ATP.
• Las flipasas activa pueden generar asimetrías
en la membrana

60. La fluidez de la bicapa es
dependiente de la temperatura
• Como lípido, la bicapa se enfría por
debajo de una temperatura de transición
característica.
• Esta sufre un tipo de cambio de fase
denominado transición orden-desorden,
en el que se transforma en un gel de tipo
sólido.

61. Transiciones de fase de las
membranas
La “ temperatura de transición” de los lípidos
de membrana
• Por debajo de ciertas temperaturas de
transición los lípidos de la membrana son
rígidos y fuertemente empacados.
• Por encima de la temperatura de transición los
lípidos son mas flexibles y móviles
• Las temperaturas de transición son
característicos de los lípidos en la membrana.
• Sólo los sistemas de lípidos puros dan
temperaturas de transición bien definidas.

62. La temperatura de
transición de una
bicapa incrementa
con la longitud de la
cadena y el grado de
saturación de ácidos
grasos que la
componen

63. El colesterol disminuye la fluidez de la membrana: la plastifica

64. El modelo de membrana
Los componentes de una membrana
plasmática son:
a) Fosfolípidos
b) Proteínas
c) Carbohidratos
d) esteroles

65. Ahora sabemos que:
• Las membranas biológicas están
compuestas por proteínas asociadas a
una matriz constituidas por una bicapa
lipídica.
• La fracción lipídica varía de acuerdo a la
nutrición o temperatura de la célula
• Las proteínas de membrana llevan a cabo
procesos dinámicos específicos.

66. Estructura de la membrana

67. Modelo del Mosaico Fluido
• El modelo del mosaico fluido consiste en una bicapa
lipídica y diversos tipos de proteínas. La estructura
básica se mantiene unida mediante uniones no
covalentes
• Fue propuesto por Singer y Nicholson en 1972 y
propone lo siguiente:
• 1. Los lípidos y las proteínas integrales están
dispuestos en una organización de mosaico.
• 2. Las membranas biológicas son estructuras casi
líquidas, donde tanto los lípidos como las proteínas
integrales pueden realizar movimientos de traslación
dentro de la bicapa.

68. Verificación del modelo
• Michael Edidin fusionó células
de ratón con células humanas
produciendo un híbrido o
heterocarión
• Las células se marcaron con
anticuerpos específicos unidos
a un colorante verde
fluorescente.
• Las proteínas se entremezclan
despues de 40 minutos de
incubación a 37°C

69. Experimentos de criofractura
• La distribución de proteínas en la
membrana puede observarse al
microscopio electrónico utilizando la
técnica de criofractura

70. CARACTERÍSTICAS DE LAS
MEMBRANAS BIOLÓGICAS

71. Una membrana es una bicapa de fosfolípidos
sellada
Propiedades comunes de las membranas.
Son impermeables a la mayoría de los solutos
cargados, permeables a los no polares.
Tienen un espesor entre 5-8 nm y se observan
como estructura trilaminar al ME.
Los fosfolípidos y esteroles forman una
bicapa: Región polar fuera y no polar dentro.
Las proteínas se encuentran embebidas a
intervalos irregulares sostenidas por
interacciones hidrofóbicas.
Laorientación es asimétrica.
Puede estar rodeada de capas o masas
gelatinosas que le confieren estabilidad

72. ASIMETRIA DE LA MEMBRANA
La membrana citoplásmica es asimétrica (aunque no tanto como la
membrana externa de Gram-negativas).
Esto se traduce en el hecho de que muchos de los procesos que
tienen lugar en la membrana sean vectoriales (tengan una dirección
determinada).

74. Raftes y caveolas
Nuevas estructuras
• Los Raftes son agrupaciones dinámicas de
colesterol (o esteroles) y esfingolípidos que se
forman en el lado exoplásmico de la membrana
plasmática.
• Estos dominios se consideran verdaderas
BALSAS capaces de regular las interacciones
proteína-proteína o proteína-fosfolípido.
• Las caveolas se forman a partir de los rafts y se
relacionan con procesos de señalización.
• Solo en eucariotes!!!

75. FUNCIONES DE LAS MEMBRANAS
PLASMÁTICAS DE PROCARIOTES
• Barrera de permeabilidad selectiva
• Localización de sistemas de transporte para solutos
específicos
• Contienen los sistemas generadores de energía
(sistema respiratorio, fotosintético y transporte de
electrones)
• Sintesis de lípidos de membrana
• Ensamble y secreción de proteínas extracelulares
• Sintesis de mureína
• Coordinación de la rèplicación del DNA
• Quimiotaxis

76. PARTICIPACIÓN EN PROCESOS
BIOENERGÉTICOS
• Contiene todos los componentes
requeridos para la transducción de
energía y la producción de ATP, por
procesos respiratorios. En el caso de una
bacteria quimiotrofa, esto incluye:
• deshidrogenasas
• cadenas de transporte de electrones (con
quinonas, citocromos, etc.)
• ATP-asas (ATP sintasas/hidrolasas)

77. En todos los procariotes.
• Generar ATP (desarrollo de un trabajo
químico)
• Promover transporte de ciertos nutrientes
(trabajo osmótico)
• Promover movimiento flagelar (trabajo
mecánico).

78. Más Funciones de la membrana
• Participación en biosíntesis de
polímeros de las envolturas celulares
• Punto de anclaje del cromosoma y de
algunos plásmidos
• Exportación de moléculas de superficie

79. Exportación de moléculas de
superficie
• Está relacionada con sistemas de traslado
y secreción de proteínas como:
• 1) sistemas de Inserción de proteínas de
membrana
• 2) Sistemas Sec : de secreción de
proteínas inmaduras.
• 3) Sistema Tat: traslado de proteínas en
configuración nativa al espacio
periplásmico

80. Donde se sintetizan las
membranas?
• En eucariotes las enzimas que sintetizan
lípidos de membranas son principalmente
proteínas integrales de membrana del
Retículo endoplásmico.
• En procariotes, los lípidos de membrana
son sintetizados por proteínas integrales
de la membrana plasmática.
• Investigue que experimento demuestra
esto

81. PROCESOS DE TRANSPORTE

82. TRANSPORTE DE
NUTRIENTES
• Lo primero que tiene que hacer un
microorganismo a la hora de su nutrición es captar
los nutrientes que necesite desde el medio exterior.
• Debido a que la bicapa lipídica actúa como barrera
que impide el paso de la mayor parte de las
sustancias, esto significa que deben existir
mecanismos específicos para lograr la entrada de
los nutrientes.
• Además, teniendo en cuenta que las bacterias
suelen vivir en medios diluidos, deben realizar un
“trabajo” para trasladar muchos de esos nutrientes
en contra del gradiente de concentración.

83. Permeabilidad de las bicapas fosfolipídicas
SE REQUIERE
PROCESO
DE TRANSPORTE

84. Importancia del transporte en
bacterias.
• Lo utilizan para tomar nutrientes.
• Para eliminar materiales tóxicos
• El transporte puede ser equilibrativo en
el que se sigue una tendencia natural de
difusión y ocurre a favor de un gradiente
de concentración.
• O concentrativo que provoca una
acumulación en la concentración celular a
expensas del gasto de energía.

85. Sistemas principales de transporte de
sustancias a través de la membrana:
• Tradicionalmente se consideran:
• transporte pasivo inespecífico (=
difusión simple);
• transporte pasivo específico (= difusión
facilitada);
• transporte activo.

86. Además:
Transporte mediado
Transporte No mediado Difusión simple
Difusión Facilitada
Transporte Activo

87. TRANSPORTE PASIVO INESPECÍFICO O
DIFUSIÓN SIMPLE
• Este transporte consiste en la difusión pasiva de
ciertas sustancias para las que la membrana es
impermeable, debido a la diferencia de
concentración (C) a ambos lados de dicha
membrana (la sustancia tiene mayor concentración
fuera que dentro de la célula). Aparte de esta
diferencia de concentración, en la difusión pasiva
influyen:
• La constante de permeabilidad (P), es decir, el grado
de permeabilidad de la membrana a la sustancia en
cuestión;
• el área o superficie total (A) a través de la que se
produce el transporte.
• La difusión simple se produce por el paso de estas sustancias a través de poros
inespecíficos de la membrana citoplásmica

88. DIFUSION
 DIFUSIÓN SIMPLE: algunos solutos entran a las células
por difusión a través de el gradiente de concentración
sin gasto de energía.
Transporte pasivo
Ley de difusión de Fick
Oxígeno, CO2 , NH3 y agua
Pasan por difusión simple por poros inespecíficos de la membrana
J= Flujo
D= Coeficiente de difusión
x= distancia
n= concentrcion
D/x= P
P= coeficiente de permeabilidad

89. TRANSPORTE PASIVO ESPECÍFICO O
DIFUSIÓN FACILITADA
• Es un proceso que permite el paso de
compuestos por difusión a través de
transportadores estereoespecíficos y
(al igual que en el caso anterior) sobre la
base de un gradiente de concentración
(en la dirección termodinámicamente
favorable).
• Es un transporte equilibrativo, que sigue
una tendencia natural de difusión a favor
del gradiente de concentración

90. • El transportador suele ser una proteína integral de
membrana (transportador o facilitador), cuya
conformación determina un canal interior, y por el cual
un determinado sustrato puede alcanzar el interior, sin
gasto de energía.
• Cuando el soluto se une a la parte del transportador que
da al exterior, esta proteína sufre un cambio
conformacional que libera la molécula en el interior.
• Como al entrar la molécula, enseguida entra en el
metabolismo y desaparece como tal, esto basta para
mantener el gradiente de concentración que permite
esta difusión. La difusión facilitada exhibe propiedades
similares a las de las reacciones enzimáticas

91. En la difusión facilitada
intervienen proteínas
Transporte PASIVO

92. Las moléculas de agua pasan a
traves de poros (acuaporinas)
a b
Difusión del agua
Los gases difunden libremente
No requieren transportadores
Poros o canales funcionan
Por difusión

93. Difusión facilitada. Distribución
• Es un sistema de transporte muy común en
eucariotes.
• Excepción: El glicerol es transportado
por difusión facilitada en muchas
bacterias (G+/G-).
• Al entrar el glicerol, se convierte en
glicerol-P, por lo tanto la concentración
interna de glicerol disminuye
• Sólo Zymomonas tiene un transportador
de glucosa

94. TRANSPORTADOR
DE GLUCOSA en
eucariotes
El transporte de glucosa en levadura es un ejemplo de transporte facilitado
o difusión facilitada.
Este sistema ocurre principalmente en eucariotes.
Bacterias no realizan difusión facilitada para la toma de asúcares, utilizan el PTS.

95. Características
• Especificidad de sustrato: cada permeasa transporta
un solo tipo de sustratos químicamente parecidos.
• Cinética de saturación de tipo Michaelis-Menten, es
decir, la velocidad de transporte aumenta con la
concentración de sustrato, hasta un valor límite (Vmax) por
encima del cual el aumento del soluto no aumentan dicha
velocidad (debido a que todas los transportadores
disponibles están ya totalmente ocupados)
• Velocidad de entrada: Vent = Vmáx · [Sext] /Km + [Sext]
• Velocidad de salida: Vsal = Vmáx · [Sint] /Km + [Sint]
• Sujeta a Inhibición Química

96. Cuando las
proteìnas
acarreadoras
estan todas
saturadas con el
soluto,
la tasa de
transporte
alcanza un
maximo
y no aumenta
más con la
adición de mas
solutos
Comportamiento Michaeliano Curva de saturación
Kt = concentración de soluto a la que se alcanza la mitad de la velocidad
de flujo

97. La difusión facilitada y la difusión
simple describen comportamientos
distinguibles

98.  DIFERENCIAS
 La difusión simple es
proporcional al gradiente de
concentración en la difusión.
 Mientras que la difusión facilitada
muestra una relación entre la tasa de
difusión y la concentración de los
solutos similar a la cinética de
Michaelis-Menten conocida en la
catálisis enzimática.
 Cuando las proteìnas acarreadoras
estan todas saturadas con el soluto,
la tasa de transporte alcanza un
maximo, y la tasa no aumenta más
con cualquier nuevo aumento de la
concentración de solutos.

99. Comparaciones cinéticas

100. Clases de proteínas
acarredoras
Difusión Facilitada
Transporte activo secundario

101. El transporte de iones genera
diferencias de cargas
• El transporte de un ión puede producir
procesos electrogénicos o
electroneutros.
• Así se tiene que si el transporte es:
Uniport: proceso electrogénico
Simporte: proceso electroneutro o
electrogénico
Antiporte : electroneutro.

102. TRANSPORTE ACTIVO
• Consiste en el transporte de sustancias en
contra de un gradiente de
concentración, lo que requiere un gasto
energético. También es un transporte
mediado
• Es un transporte Concentrativo, que
provoca una acumulación en la
concentración celular a expensas de gasto
de energía
• Es el mas frecuente en bacterias

103. Transporte activo
• Los sistemas de transporte activo son los más
abundantes entre las bacterias. Se han seleccionado
evolutivamente debido a que la mayoría de los
procariotas se encuentran de forma permanente o
transitoria con una baja concentración de nutrientes.
• Se divide en:
• 1) Activo Primario: Bombas, Proteínas
ABC .
2) Activo Secundario: gradientes iónicos
que involucra permeasas

104. Transporte activo
• En la mayor parte de los casos este
transporte activo se realiza:
• a expensas de un gradiente de H+
(potencial electroquímico de protones)
previamente creado a ambos lados de la
membrana, por procesos de respiración y
fotosíntesis;
• Por hidrólisis de ATP.
• Por gradientes iónicos

105. Transporte activo primario
• En el transporte activo primario se involucran
enzimas acopladas al movimiento de un soluto a
través de la membrana utilizando la energía de
hidrólisis del ATP. Pueden ser uniporter o antiporter
• Se reconocen como bombas iónicas agrupadas en las
clases P (plasmáticas) como la de Na/K de eucariotes,
H+ de levaduras y Na+/H+ de bacterias. Las de tipo F
(respiratorias F1/Fo) y las V de las vacuolas (H+).
• La otra categoría las forman los transportadores ABC
que catalizan el movimiento transmembranal de
varios compuestos orgánicos incluyendo lípidos y
Xenobióticos.

106. Bombas iónicas
• Ejemplos transporte activo primario :
ATPasa sintasa de la cadena respiratoria
(mitocondria/membrana plasmática)
ATPasa de Na/K de células animales
(membrana plasmática)
Complejos I, III y IV de la cadena
respiratoria (mitocondria/ membr
plasmática)
La bacteriorrodopsina de H
salinarum.(membrana plasmática)

108. Tipos de Bombas

110. INHIBIDOR ESPECÍFICO
OUABAINA Y
DIGITOXIGENINA
Es fundamental en el
control del volumen
celular y en el
mantenimiento de las
gradientes de Na+ y K+
a través de la membrana
celular.
ES INHIBIDA POR OUABAINA

111. La ATPasa de Na+/K+ ha sido muy estudiada en
sistema nervioso
Los procesos que tienen lugar en el transporte son:
1)Unión de tres Na+ a sus sitios activos.
2)Fosforilación de la cara citoplasmática de la bomba
que induce a un cambio de conformación en la proteína.
Esta fosforilación se produce por la transferencia del
grupo terminal del ATP a un residuo de ácido aspártico
de la proteína.
3) El cambio de conformación hace que el Na+ sea
liberado al exterior.
4).Una vez liberado el Na+, se unen dos moléculas de K+ a
sus respectivos sitios de unión de la cara extracelular de
las proteínas
La proteína se desfosforila produciéndose un cambio
conformacional de esta, lo que produce una
transferencia de los iones de K+ al citosol.
La ATPasa de Na/K contiene una subunidad grande de aprox 100 kDa y una pequeña

112. La ATPasa de Na-K cambia su
conformación durante la catálisis
Las unidades ß son necesarias para la
inclusión en la membrana celular de las
unidades alfa,y para la función de dichas
subunidades
La subunidad α contiene el sitio de unión al sodio,
potasio ATP y ouabaína. E1-P tiene alta afinidad
Pro Na+
La ouabaína se une a E2-P. Bloquea
El canal para el paso del K+

113. Las ATPasas de H+ de Levaduras y plantas
de la membrana plasmática
• Utilizan la hidrólisis del ATP
• En S cerevisiae ayudan a establecer un
gradiente electroquímico de protones.
• El gradiente electroquímico que genera se
utiliza para apoyar el transporte de
nutrientes y de iones
• Bombea protones al exterior acidificando
el medio

115. Los sistemas ABC
transportadores.
• Está presente en bacterias, arqueas y
eucariotes.
• Es muy conservado a través de la
evolución. Contiene un casette de unión al
ATP (200aa)
• Es un sistema de tres componentes:
Una proteína de unión al sustrato, Un
canal por donde pasa el ión y una
proteína periplásmica que utiliza la

116. Los transportadores ABC

117. Ejemplos de transportadores
procarióticos de tipo ABC
• Monosacáridos: arabinosa, galactosa,
maltosa, ribosa, xilosa.
• Oligosacáridos
• Iones Orgánicos e inorgánicos
• Aminoácidos como histidina, glicina,
leucina etc
• Oloigopéptidos
• Algunas vitaminas y metales
• Sideróforos con hierro

118. Sideróforos
Las bacterias secretan
captadores de hierro
específicos para atrapar el
hierro del ambiente. Sistemas
de transporte especiales en la
membrana externa que unen
los sideróforos de hierro y
trasportan el complejo al
periplasma, Esto es activado
por la proteína TonB.

119. Transporte activo secundario
• Los sistemas de transporte activo están
basados en permeasas específicas e
inducibles. El modo en que se acopla la
energía metabólica con el transporte del soluto
aún no está dilucidado, pero en general se
maneja la hipótesis de que las permeasas, una
vez captado el sustrato con gran afinidad,
experimentan un cambio conformacional
dependiente de energía que les hace perder
dicha afinidad, lo que supone la liberación de la
sustancia al interior celular.

120. Transporte activo secundario
• Se utiliza un gradiente de potencial
electroquímico de una especie, ya sea de
Na+ o H+ , pa<ra efectuar el transporte de
otra especie, en contra de su gradiente de
concentración.
• Existen dos tipos de transporte activo
secundario:
• El cotransporte (simporte) y
• El contra-transporte , (antiporte)

121. La lactosa permeasa .Cotransporte

123. El gradiente iónico (H+)
Producido durante el
Cotransporte puede inhibidrse
Con cianuro lo que ocasiona
Una caída en en tranporte
De lactosa

124. Se puede transportar una
molécula sin carga o con carga

125. Termodinámica del transporte
El cambio de energía libre gobierna
la transferencia de una sustancia a través
de la membrana
Esta sería la energía que se requiere para mover una molécula neutra
Sólo esta en función de la concentración.
La energía será cero cuando esté en equilibrio (difusión facilitada)

126. La energía del transporte activo
• El movimiento de una
carga a través de la
membrana genera una
diferencia de potencial
(Δψ).
• El movimiento de soluto
produce un gradiente de
concentración (ΔC).
La diferencia de potencial, queda definida por
la Ecuación de Nernst:
∆ ψ = RT ln C2 / C1 El cambio de energía libre ahora también
z Ғ considera el movimiento de la carga

127. El movimiento de cargas
produce un potencial eléctrico
Puede existir un potencial eléctrico de membrana a través de ella que
influya en la distribución de iones.
Por ejemplo, para un proceso en el que el transporte de iones se de desde
el exterior al interior, sucede que
Donde F es la constante de Faraday y ΔP el potencial de membrana, en voltios.
Si ΔP es negativo y Z es positivo, el término ZFΔP contribuye de forma negativa
a ΔG, esto es, favorece el transporte de cationes hacia el interior de la célula.
. ΔG = 0 cuando el gradiente de iones se colapsa (ΔP=0) y las concentraciones
del ion se equilibran.
R= 1.987 cal/°K mol
T= °K = 293 °C
F = 2 306.2 cal mol/V

128. SISTEMAS DE TRANSPORTE
BACTERIANO

129. En células bacterianas se pueden destacar 4
clases de sistemas de transporte para azúcares.
• Sistemas dependientes de protones dirigidos
por un potencial transmembranal (potencial
electroquímico de H+)
• Sistemas dependientes de sodio (potencial
iónico)
• Sistemas dependientes de ATP que emplea
una proteína de unión periférica ( sistemas ABC)
• Sistemas de fosfoenolpiruvato que utiliza
PEP como fuente de energía (sistemas PTS)

130. Sistemas de transporte de E
coli
1
2
3
4
TRANSPORTADORES
PRODUCTORES DE GRADIENTES
(generan energía)
H+ S Na+ S
S
Proteína de unión
ADP
ATP
S
S-P
Na+
H+
ATP
ADP
H+ lactato
H+
O2
1. H+/lactosa, arabinosa xilosa rhamnos
2. .Na+/melobiosa
3. Transp ABC
4. Sistema PTS

131. CANALES BACTERIANOS: Streptomyces lividans
Utilizado para el transporte de K+.
Regula la concentración de este ión
Tambien hay canales

132. Transporte
de sistemas
bacterianos

133. Transporte de H+ en bacterias
• Las deshidrogenasas de membrana en
procariotes, bombean H+. Generan una
fuerza protón motriz que es disipada por la
ATPasa sintasa respiratoria.
• También se da en un simporte ligado a
protones (como en el transporte de
lactosa)
• Ambos procesos generan un Δp (potencial
electroquímico de protones o fuerza
protón motriz)

134. Sistema PTS
• Es un sistema de transporte que acopla la
entrada del sustrato con su
modificación química por unión
covalente con un grupo químico.
Estrictamente hablando, no es un
transporte activo, porque no funciona en
contra de un gradiente de concentración,
pero se considera de hecho como activo,
ya que la concentración del sustrato
modificado dentro de la célula supera con
creces a la del sustrato sin modificar en el
exterior.

135. El
sistema
PTS

136. Las dos primeras proteínas son comunes a los
diversos sustratos a transportar y son citoplásmicas,
de síntesis constitutiva:
Enzima-I (EI) y HPr (proteína termoestable, rica en
histidina).
El otro componente, llamado Enzima II (EII)
es específico de cada azúcar, y su síntesis es
inducible por el correspondiente sustrato:
Esta compuesta por tres subunidades o dominios:
EIIA (hasta hace poco llamado EIII) es citoplásmico y
soluble;
EIIB dominio periférico de membrana: aunque es
hidrófilico, y se liga al lado citoplásmico de la membrana
a través de EIIC.
EIIC es una proteína integral de membrana

137. Los azúcares que pueden ser
Transportados por este sistema
Son:
Glu, Fru, manosa, manitol, sorbitol,
Lactosa.
Está regulada por carga energética
Y por represión catabólica
Glucosa = AMPc= activación del PTS =
Inhibición de permeasas
Glucosa = AMPc = Activación de permeasa
= Activación de adenilato ciclasa

138. Otros ejemplos de transporte acoplado a
translocación de grupos:
• Entrada de ácidos grasos mediante un
sistema de transferencia de Coenzima A,
que los transforma en acil-CoA.
• Entrada de purinas y pirimidinas, mediante
un sistema de fosforribosil-transferasas:
• purina o pirimidina (exterior) + PRPP 
NMP (interior) + P
• (PRPP = fosforribosil-pirofosfato)
• (NMP = nucleósido monofosfato)

139. lactosa
permeasa
0p lac

140. Ionoforos: modelos de proteínas
acarreadoras
 Pueden ser de dos tipos:
 Acarreadores
 Canales o poros.
 Los Ionóforos son
antibióticos que hacen a la
membrana permeable a los
iones. Son útiles para
ayudar al estudio del
transporte de membrana
 Colapsan el potencial de
membrana.

141.  La valinomicina,
transporta iones de
acuerdo al modelo
acarreador, La
gramicidina A, otro
ionoforo hace un poro a
través de la membrana.
 Transporta K+ que se
unen a la parte
hidrofilica al interior de
la molécula
 El complejo se mueve a
travez de la membrana
hidrofilica hacia el otro
lado de la membrana
donde el cation se
disocia.
 La eficiencia del
movimiento acarreador
depende de la
temperatura, volviendose
menos a bajas
temperaturas debido a la
disminución de la fluidez
de la membrana.
 Sin acopladores son
acarreadores de H+.
La monesina es otro ionoforo que transporta Na+

142. La gramicidina A es un
peptido constituido de
15 residuos de
aminoácidos. Este
peptido lineal tiene un
parte hidrofilica y otra
hidrofobica.
 Transporta H>
Rb>K+>Na+

143. USO DE IONOFOROS :
ANTIBIÓTICOS, EN INVESTIGACIÓN
PARA COLAPSAR EL POTENCIAL DE
MEMBRANA
Valinomicina es un acarreador difusible
(acarreador móvil).Tiene afinidad por el potasio
Se obtiene a partir de Streptomices.
Esta aformado por
[Val-ac. Hidroxi isovalérico-valina- ác. Lactico]3

144. Ionoforo Caracteristicas Ión que
transporta
Carácter Tipo de
transporte
Alteración en
el transporte
Gramicidina Polipéptido. No
es un
acarreador
difusible
Equilibra H+
H+>Rb>K+
>Na
Electro
génico
Uniport Colapsa ΔpH
y ΔΨ (Δp)
Nigericina Intercambiador Cambia H+
por K+
Electro
neutro
Antiport Colapsa ΔpH
y no ΔΨ (Δp
Valiomicina Acarreador
difusible
K+>Rb Electro
génico
Uniport Colapsa ΔΨ
Monecina Intercambiador Na+ por H+ Electro
neutro
Antiport Colapsa ΔpH
Dinitrofenol Desacoplante
Mólecula
lipidica
H+ Electro
neutro
simporte Colapsa ΔpH