Las membranas celulares tienen funciones importantes como separar la célula del medio externo y compartimentalizar su interior. Existen dos tipos principales de transporte a través de membranas: mediado y no mediado. El transporte mediado implica proteínas transportadoras como canales iónicos, porinas y bombas de iones que activamente transportan sustancias contra gradientes. El transporte no mediado incluye difusión pasiva según gradientes de concentración.

1. Transporte a través de membranas
Dra Evelin Rojas

2. Membranas
Funcione
s
Separar célula
del medio externo
Compartamentalización
Barrera para el
paso para sustancias
iónicas y polares
Iones , piruvato
Aminoácidos, H2O
u otros
Sistemas de transporte
Proteínas transportadoras específicas

3. Transporte a través de membranas
Cantidad de sustancia transportada
Membrana
Medio interno Medio externo
Concentración de la sustancia a ambos lados de la membrana
Potencial de membrana
Diferencia de potencial químico
Diferencia de potencial eléctrico

4. Transporte a través de membranas
Característica No Mediado Mediado
Mecanismo Difusión simple Proteínas
transportadoras
específicas
Fuerza impulsora Gradiente de
potencial químico
Gradiente de
concentración a
través de membrana
Transporte del
compuesto
Naturaleza química
(No polares)
Ej. Esteroide, O2
Magnitud del
gradiente
Solubilidad en el
núcleo no polar

5. Transporte mediado
Transporte mediado pasivo (difusión facilitada)
↑ [ ] ↓ [ ]
Transporte activo
↑ [ ]↓ [ ]
• A favor del gradiente (favorable)
• En contra del gradiente (no favorable)
• Acopla a proceso exergónico → Favorece

6. Transporte mediado pasivo
Proteínas transportadoras
Permeasas
Canales
• Estructura
• Mecanismos
• Selectividad
Diferentes

7. Transporte mediado pasivo. Ionóforos
• Generalmente de origen bacteriano
• Aumentan permeabilidad de la membrana a iones
• Difusión pasiva en cualquier dirección
• Dos tipos principales:
• Transportadores
Ión seleccionado →une a él → difunde→ libera ión al
otro lado de
la membrana
• Ionóforo formador de canal
Forma canal transmembrana o poro
Difunden iones específicos
Mayor velocidad de transporte

8. Transportador valinomicina
Afinidad por K+
10.000 x
Carbonilos de Valina al centro
Grupos R metilos e isopropilos
hacia afuera

9. Formador de canal. Gramicidina A
Péptido 15 aa hidrofóbicos
Dimeriza →Forma canal transmembrana
Facilita paso de K+ y Na+

10. Porinas
• Estructuras β- barril con canal central acuoso
• Tamaño del canal y residuos que lo conforman: Tipo de sustancia
que lo atraviesa
• Modelo tuerca tornillo: paso de compuesto
•Ej: Maltoporina → difusión de maltodextrinas

11. Canales iónicos
• Presentes en todas las células
• Permiten paso rápido y específico de iones (Na +
, K+
, Cl -
).
• Esenciales para:
Mantenimiento equilibrio osmótico
Transducción de señales
Neurotransmisión (cambios en el potencial de membrana)

12. Canales de K+
• Proteínas que difunden K+
pasivamente: Citoplasma → medio extracelular
• Secuencias similares en un mismo organismo
• Altamente selectivos

13. Canal de K+
KcsA (Streptomyces lividans)
Homo tetrámero 158 a.a
Adopta estructura de “embudo”
Lado ancho superior: exterior→ Filtro de selectividad
Revestido por O de carbilos
Altamente conservado (secuencias TVGYG)
Mutaciones: alteran capacidad para discriminar K+
de Na +
Estructura estrecha: poro central: lado citoplasmático,
hidrofóbica → mínima interacción con iones
Hélices interna: parte del poro
Hélices externa: contacto con membrana
Dominio que sobresale: torreta lado extracelular

14. Canal de K+
¿Cómo discrimina el canal de K+
?
Filtro de selectividad específicamente diseñado
• 8 mol agua polarizables se unen al K+
(prisma de base cuadrangular)
• Filtro se estrecha (3Å): fuerzan al K+
→ dejar agua hidratación
• Espacio con dimensiones adecuadas para K+
y no Na+
(pequeño)
• Rigidéz proteica en región del poro
Filtro de selectividad:
Energía Na+
(-H2O) > Energía Na+
(+H2O)
Alta selectividad
• Repulsiones electrostáticas entre iones K+
Equilibran atracción entre K+ y filtro selectividad
↓
Facilitan tránsito rápido

15. Canal iónico opera mediante compuertas
Función fisiológica del
canal iónico depende de:
• Especificidad iónica
• Velocidad de transporte
• Capacidad de abrir y cerrar selectivamente
Cerrados, normalmente
Se abren en forma transitoria → tarea/función celular

16. Regulación mediante compuertas
Apertura y cierre de canales
↓
Respuesta a diversos estímulos
Mecanosensitivos
Deformaciones locales de bicapa
Estímulos físicos directos
(tacto, sonido, presión osmótica)
Regulados por señales
Unión intracelular de molécula señal (Ca++
)
Regulados por ligandos
Estímulos químicos extracelular
Regulados por voltaje
Cambio de potencial de membrana

17. Regulación por voltaje de canales K+
(Kv)
Cada subunidad de Kv
Dominio citoplasmático
N-terminal
Dominio transmembrana
6 hélices
(S1-S6); S3: S3a y S3b
Dominio T1
Dominio citoplasmático
C-terminal
Entre S5- S6
Lop P (estructura poro tetramérica)
5 cadenas laterales
con carga +
Sensor de voltaje
Esfera de inactivación

18. Experimentos con compuesto fluorescente
Regulación por voltaje de canales K+
(Kv)
↑ Potencial de membrana → Interior menos negativo → 7 a.a del extermo N-terminal
↓
Se desplazan: desde membrana al entorno
↓
Desplaza extermos citoplasmáticos de S6
(portal)
↓
Desencadena apertura del canal

19. S3b y S4 forman ensamble en forma de “paleta “(conexión flexible) en la
periferia de la proteína → se extiende al interior de la bicapa
Regulación por voltaje de canales K+
(Kv)
↑Potencial de membrana→ 4 paletas → canal Kv → desplazan → hacia exterior
celular
↓
induce cambio
conformacional
↓
Apertura del poro
↓
S4 permanece
en contacto con
dominio del poro
Difracción de rayos X

20. Canales iónicos tienen dos compuertas
Apertura del canal → cierre espontáneamente (2 mseg)→ No vuelven a abrirse
hasta la recuperación
del potencial
Kv
2 compuertas :
1.- Para abrir el canal: ↑Potencial de membrana
2.- Cerrarlo poco después

21. Extracción proteolítica del segmento N-terminal (20 a.a en forma de esfera)
Regulación por voltaje de canales K+
(Kv)
Inhibe el cierre del canal
Esfera gira y se une a la boca del poro
abierto → bloquea paso del iones K+
Modelo de esfera y cadena

22. Modelo de esfera y cadena
•Péptido de la esfera debe desplegarse para introducirse al poro (serpiente).
•Primeros 10 aa del péptido: hidrófobos, en contacto con residuos hidrófobos
que revisten el poro.
•Diez residuos siguientes: Hidrófilos (varios grupos básicos)→ unen grupos ácidos
cerca de entrada del
poro
•Cualquiera de los 4 péptidos de inactivación pueden bloquear el canal

23. Otros canales catiónicos
Característica Canal K+
Canales Na++ y
Ca++
Estructura Homotetrámero Monómero (4 dominios)
Regulación Por voltaje Por voltaje
Dominio T1 Presente Ausente
Selectividad iónica K+
Na++
/Ca++

24. Canales de cloro
• Flia de canales (procariotas y eucariotas)
• Diferente a canales catiónicos
• Desplazamiento transmembrana iones Cl-
a lo largo del gradiente de
concentración
[Cl-
]Extacel= 120 mM
[Cl-]intracel= 4 mM
• Homodímeros→ cada subunidad (18 hélices transmembrana inclinadas) forma
poro selectivo de aniones
• Forma: reloj arena
Parte angosta en centro de membrana
flanqueada por vestíbulos acuosos mas anchos
• Cadena lateral Glu conservada
Se proyecta al interior del poro → repele otros aniones→ cambio
conformacional →cadena lateral se desplaza a un lado
• Especificidad: campo electrostático entre a.a básicos (superficie embudo) y filtro de
selectividad

25. Acuaporinas
Abundancia de agua en sistemas biológicos
Pequeño tamaño de molécula de H2O
Suponía
Paso rápido de agua a través de membranas
(Difusión simple)

26. Acuaporinas
Células
↑Velocidad de transporte de agua
↓
Inhibidas reversiblemente por iones Hg++
Existencia de poros (proteína) en la membrana que conducen agua:
ACUAPORINAS
• Amplia distribución en la naturaleza
• Permiten paso de agua (no de solutos) a alta velocidad: 3 x 109
x seg
• Mamíferos: expresan en alto nivel 7 acuaporinas en tejidos transportadores de
agua (renal, salival, lacrimal)

27. Acuaporinas

28. Acuaporinas
AQP1 Mejor caracterizada
• Glicoproteína homotetramérica
• 8 α-hélices transmembrana
•Dispuestas formando poro: forma de reloj de arena
• Poro: revestido por grupos hidrófobos: facilita paso de agua
• La constricción :
Cadenas laterales Arg e His (conservados)→ enlaces de H con
agua en tránsito→Liberación de agua de hidratación asociada

29. Proteínas de transporte
Proteínas de membrana
Canales: Vía de paso física para moléculas pequeñas
Conexinas: uniones en hendidura comunicantes entre
células (iones, aa, mol. Pequeñas)
Diámetro: varia según [ Ca++
]
[Ca++
] < 10 -7
: canal abierto
↑ [ Ca++
] : canal se estrecha
[Ca++
] >5 x 10 -5
M: canal cerrado
Célula mantiene Ca++
: Bombeo exterior
Transporte mitocondrial
Transporte en RE
Ej. Contracción sincronizada
en músculo esquelético

30. Otras proteínas de transporte
No ofrecen poro discreto que atraviese bicapa
Experimentan cambio conformacional (2 conformaciones alternan)
Desplazan sustancias de un lado a otro de la membrana
Ej: GLUT 1 Transporta glucosa (según concentraciones extra e intracelular)

31. Tipos de transporte
Monotransporte
Cotransporte
unidireccional
Cotransporte
bidireccional

32. Resumen transporte pasivo
Transportadores: Porinas, Canales iónicos, Proteínas transportadoras
Facilitan desplazamiento transmembrana de sustancias según sus
concentraciones relativas a ambos lados de la membrana

33. Transporte activo
• Transporte de sustancias de un lado a otro de la membrana en contra de gradiente
•Proceso endergónico
•Mayoría de los casos: acoplada a hidrólisis de ATP
•ATPasas ligadas a membranas: transportan cationes mediante transporte activo
•Transporte activo secundario: Impulsado por energía libre de gradiente iónico
•Generado por otro mecanismo

34. Na+
-K+
-ATPasa ( Bomba Na+
-K+
)
• Sistema de transporte activo en la membrana plasmática
• Proteína de membrana (tetrámero),2 Tipos de subunidades:
α2 No glicosiladas
Actividad catalítica
Sitios fijadores de iones
β2 Glicoproteína
Función desconocida (plegamiento)
1 hélice transmembrana
1 dominio extracelular
• Bombea 3 iones Na++
al exterior por cada 2 K+
al interior
• Hidrólisis simultánea de ATP intracelular
•Tipo de cotransporte bidireccional: genera separación de cargas a través
de la membrana
•Control de sodio intracelular: evita entrada exacerbada de agua por osmosis
•Responsable de excitabilidad nerviosa

35. Na+
-K+
-ATPasa ( Bomba Na+
-K+
)

36. ATP fosforila proteína en un residuo específico de Asp
Sólo en presencia de Na++
Proteína fosforilada sólo se hidroliza en presencia de K+
Na+
-K+
-ATPasa ( Bomba Na+
-K+
)

37. Mecanismo de la sodio-Potasio ATPasa
Dos estados de conformación: E1 y E2
Estado E1 fija 3 iones Na+
Une ATP
Complejo E1-ATP-3 Na+
Hidrólisis ATP
Aspartil-P alta energía
E1~Asp P-3 Na+
Libera 3 Na+
al exterior
Conformación de baja energía
Estado E2 fija 2 iones K+
Complejo E2-Asp-2 K+
Hidrólisis P
Complejo E2-2 K+
Cambio de conformación
E2-E1
Libera 2 K+
al interior
Reemplaza por
3 Na+

38. Calcio ATPasa
Ca+2
→ segundo mensajero: Contracción muscular
Liberación de neurotransmisores
Degradación del glucógeno
Activador del metabolismo oxidativo
Gradiente de calcioCitosol (0,1µM)
Extracelular (1500µM )
Mantenido por Ca++
ATPasa ( 2 conformaciones)
Transporte activo:Membrana plasmática y RE
Bombea 2 iones Ca++
al citosol
Hidrólisis de ATP
Cotransporte 2 o 3 protones

39. Transporte activo impulsado por gradiente iónico
Energía de los gradientes electroquímicos
generados por Na+
- K+
ATPasa u otros
↓
Reservado para impulsar otros procesos fisiológicos
(transporte activo secundario)

40. Transporte activo impulsado por gradiente iónico
Ej: Duodeno capta glucosa → cotransporte unidireccional
(dieta) dependiente de Na+
Energía: Gradiente de Na+

41. Transporte activo de glucosa

42. Transporte activo impulsado por gradiente iónico

43. Transporte activo impulsado por gradiente iónico
Ej: Permeasa de lactosa → Sistema de transporte para concentrar
azucares
↓
Energía del gradiente de protones del
metabolismo oxidativo
Cotransporte de H+
y lactosa
Dos estados principales de conformación
E1: Sitio de baja afinidad fijación de lactosa (interior celular)
E2: Sitio de alta afinidad de fijación de lactosa ( exterior celular)
Presenta sitio de fijación de H+
cercano sitio de lactosa
Residuos Arg, His, Glu→ cerca del sitio de fijación H+:
participan en translocación
Interconersión E1↔E2 sólo cuando sitios de fijación H+
y lactosa están llenos o vacíos