Atlas de Bolso da Fisiolofia Humana

Atlas de Bolso da Fisiolofia Humana

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Ment en:

en la que C representa la concentración de la sustancia que se desea transportar, J máx la velo- cidad máxima de transporte de la misma y K M la concentración a la mitad de la saturación, es decir, 0,5 · J

Otro tipo distinto de transporte activo es la citosis, que se basa en la formación de vesículas rodeadas de membrana de 50-400 nm de diámetro y que se pueden originar en Ia membrana plasmática (endocitosis) o incorporarse a la misma (exociíosis) consumiendo energía en forma de ATP. Las citosis específicas permiten la entrada de macromoíécu/as 'proteínas, lipoproteínas, polinucleótidos y - acáridos) a la célula o su exportación. Estas sustancias se transportan de la misma man· ra en el interior celular (v. 12 y s.).

Dentro de la endocitosis (v. tabla 1.Λ pág. 13) se puede distinguir la entrada con· nua e inespecífica de líquido extracelular Λ vesículas relativamente pequeñas (pinociB sis), que permite la entrada a la célula de B moléculas disueltas en el mismo, y la endo· tosis mediada por receptor (= adsortiva), es- pecífica de determinadas macromoléculas (C). Esta última empieza en pequeñas hendidu™ (pits) de la membrana plasmática, que con frecuencia tienen su superficie interna rev· tida por la proteína da trina (hendiduras ve- vestidas o coated pits). Los receptores para la endocitosis mediada por receptor son proteínas integrales de la membrana celu· como la de la lipoproteína LDL (hepatocitc· o de la cobalamina unida al factor intrínse· (epitelio ileal). En las hendiduras revestic· por clatrina se pueden acumular miles de receptores de distintos tipos (C), lo que aumet· mucho la eficiencia de la unión de !¡gande Las vesículas endocitósicas están envueltae principio por clatrina (vesículas revestidas Λ clatrina). Tras eliminarla, la vesícula se der.o- mina endosoma inicial y a partir de ella · receptores recirculan hacia la membrana (C tabla 1.6, pág. 13). El ligando endocita· puede ser exocitado de nuevo (al otro lado· la célula) o «digerirse» en los ¡isosomas (C].

v. 13). Por último, también se produce la fagocitosis (con frecuencia mediada por· ceptor) de patógenos o de desechos célula· del propio organismo (v. 94 y s.). Los productos de la digestión pequeños, como ami™ ácidos, azúcar y nucleótidos, se transport· por los lisosomas hacia el citosol, donde que dan disponibles para el metabolismo celu· Tras la unión de determinadas hormón· como la insulina, con los receptores de la · perficie de la célula diana, el complejo hor mona-receptor queda dentro de una «her· dura revestida» y es endocitado («internal!· do»; v. 282) y digerido por los lisosomas. Esfc mecanismo permite reducir la densidad de · ceptores disponibles para unirse a hormo· («regulación a Ia baja» de los receptores· presencia de una mayor oferta hormonal).· La exocitosis (v. tabla 1.6, pág. 13) perrl te la exportación dirigida de macromolécul

(como las enzimas pancreáticas, v. 246 y s.l la liberación de hormonas (p. ej., en la I pófisis posterior, ν. 280) o neurotransmisores (v. 50 y s.). Estas sustancias permanecen «empaquetadas» en las vesículas secretoras (revestidas por clatrina) y se liberan cuando se produce una señal (aumento de la concentración intracelular de Ca2+ ). El «ma- terial de empaquetado», es decir, la membrana de las vesículas, son endocitadas de nuevo (recicladas). La fusión de la membrana exocitada explica la incorporación de sus proteínas integradas a Ia membrana plasmática (v. tabla 1.6, pág. 13) y permite que el contenido líquido de las vesículas se vacíe hacia el exterior (exocitosis constitutiva).

El complejo proteico «coatomero» realiza en este caso Ia función de Ia clatrina. Las vesículas empiezan a producirse en el aparato de Golgi trans porque Ia GNRP (proteína liberadora de nucleótido guanina) de Ia membrana de Golgi fosforila el GDP del ARF (factor de ribosilación ADP) citosolico a GTD (D1). Las moléculas de ARF-GTP se anclan en Ia membrana y forman los «coatomeros» (D2), a partir de los que se producen las vesículas revestidas por coatomeros (D3). Estas vesículas contienen en Ia membrana v-SNARE (receptor proteico asociado a las vesículas de sinaptosomas), que reconocen el tfdiana, del inglés target)-SNARE de Ia membrana diana (en este caso Ia membrana plasmática); así se produce Ia rotura del complejo ARF-GTP, con liberación de ARF-GDP y coatomero y por último fusión de las membranas y exocitosis (D4,5).

La entrada de macromoléculas (proteínas, hormonas) mediante endocitosis en un lado de la célula y su liberación en el lado contrario constituye el transporte transceíular de sustancias, por ejemplo en los endotelios: tr anscitosis.

Migración celular

La mayoría de las células del organismo son capaces de desplazarse de forma activa (E), aunque en condiciones normales pocas células utilizan esta capacidad. Los espermatozoides disponen de un sistema especial de movimiento, ya que los movimientos de su cola en forma de látigo le permiten desplazarse a una velocidad de 2.0 um/min. Otras células se pueden mover, aunque de forma más lenta, como los fibroblastos a 1.2 µπι/min, que pueden acudir a una herida y formar una cicatriz. También se producen desplazamientos en el desarrollo embrionm rio, en los granulocitos neutrófilos y /o s macrófagos, que pueden atravesar las pa- redes vasculares bajo control quimiotác· co dirigiéndose hacia las bacterias invasore (v. 94 y s.). y, por último, en las células tumorales «degeneradas», que pueden migre hacia diversos tejidos corporales donde eje· cen un efecto pernicioso (metástasis).

La migración consiste en el desplazarme· to sobre una base fija (El) y se produce cua· do la célula móvil: « a) se despolimerizan la actina y la tubulii· del citoesqueleto; b) se endocitan fragmen» de la membrana celular y se transportan hacia «adelante» en forma de vesículas endocí· cas, y c) se eliminan hacia fuera iones y líqul do celular en la parte «trasera» de la célula,· * en su parte «anterior» (lamelipodio) a) se polimeriza la actina con la participación de la profilina, es decir, se juntan los monomer· de actina (E2) y con la colaboración de Ia miosina I (de la membrana plasmática) se desplaza hacia «adelante» (gasto de ATP); b) las vesículas de la membrana celular vuelven· formarse, y c) vuelven a entrar los iones y líquido desde el exterior.

Los fragmentos de la membrana que no B encuentran implicados momentáneamen· en la citosis se desplazan a modo de una hilera de orugas desde «delante» hacia «atrae Como la membrana celular se encuentra anclada en el caso de los fibroblastos sob· todo a la fibronectina de la matriz extraceh· lar, la célula se desplaza hacia delante. La célula consigue este anclaje mediante recept· res específicos, como los de fibronectina de los fibroblastos.

Potencial eléctrico de membrana y canales iónicos

El transporte de iones conlleva un cambio de carga, es decir, el desarrollo de una diferencia de potencial eléctrico. Los iones que abandonan la célula por difusión, como el K , producen un potencial de difusión, por el cual el exterior celular tiene más carga positiva que el interior. Este potencial tiende a atraer a los iones que han salido por difusión de la célula (difusión facilitada por gradiente químico; v. 20 y s.) de nuevo al interior celular (transporte mediado por potencial; v. 2). La difusión de K se mantiene hasta que ambas fuerzas de tracción (de sentidos opuestos) se equilibran, es decir, hasta que su suma o gradiente electroquímico sea O (igual que el potencial electroquímico). En ese momento ¡a concentración del ion a ambos lados de la membrana es igual (concentración de equilibrio) con un potencial determinado (potencial de equilibrio).

El potencial de equilibrio E de un ion

«X» entre la cara interna (i) y externa (a) de la membrana celular se puede calcular con la ecuación de Nernst:

donde R es la constante general de los gases

(= 8.314 J · K- · mol· ), T es la temperatura absoluta (en el cuerpo 310 K), F la constante de Faraday, es decir, la carga por mol (= 9,65

• 10 A-S- mol" ), z el número de cargas del ion (+1 para K , +2 para Ca

, -1 para

Cb, etc.), In el logaritmo natural y [X] la concentración «efectiva» (= actividad, v. 376) del ion X. Para una temperatura corporal de 310

K el valor R · T/F = 0,0267 V" . Si se cam- bia ln[X]

/[X], por -ln[X]/[X] , V en mV y In en log (v. 380 y s.), la ecuación de Nernst quedaría sustituyendo en 1.17:

Si «X» fuera, por ejemplo, el K y las con- centraciones fueran (K ), = 140 y (K

4,5 mmol/kg H O, el potencial de equilibrio para K sería E = -61 · 1 · log 31 = -91 mV.

Si la membrana celular sólo fuera permeable para los iones K , el potencial de me mb ra- na E coincidiría con este valor de -91 m*

E = E (A l).

En presencia del potencial de equilibrio i tipo de iones implicados X determina en qj medida se desplazan en una dirección por I gradiente químico o en la contraria por el potencial eléctrico. El potencial electroquí- mico (E - E , también denominado «fuer! tractora» electroquímica, aunque no se tral de una «fuerza» física) también es O, igual qtl la suma de ambas corrientes iónicas, la denl minada corriente neta de iones (I ).

Para medir la «permeabilidad» de url membrana para los iones se utiliza en IuJ del coeficiente de permeabilidad P (v. ecJ ción 1.5, pág. 2) la conductividad (depel diente de la concentración) g

[S · nr ] (calca lo v. ecuación 1.9. pág. 2). Se refiere al superficie de la membrana y depende del w lor G [S] (= !/resistencia [1/Ω]).

La ecuación de Ohm para la corriere neta de iones/superficie de la membranal

[A · nrr ] quedaría, por tanto:

I = S*-(E ,- E ). [Ill

I sería distinto de O cuando el potencial 1 membrana real E se alejara del potenc· de equilibrio E , algo que sucede, por eje· pío, cuando la ATPasa Na-K (¡electrogé· ca!, v. 26) está activada de forma pasaje· (hiperpolarización. A2) o cuando la membe na celular no sólo resulta permeable para lo:

iones K , sino también para el Na (despoil rización, A3) y el Cl". Si la membrana fuel permeable para más tipos de iones, resultan decisiva la contribución de la conductividl para cada uno de ellos g, g y g a la col ductividad global de la membrana (g ), es de cir, el valor de la conc/uctiuidacf fraccionas f , que se calcula:

fx = Sx/s m ni

Si se conocen la conductividad fraccionada! los potenciales de equilibrio (comparar 1.1J de los iones implicados, se puede calcular E co mo:

E = E.f + E.f + E.f [1.1

Si en la fórmula 1.21 se sustituyen los valores reales para una célula nerviosa en reposo (fK = 0,90; fNa

0,90 mV; ENa = +70 mV; Ec] obtiene un valor de En , de -85 mV. La resta

Em - Ex permite obtener una fuerza de tracción de +5 mV para el K+ , de -145 mV para el

Na+ y de -2 mV para el Cl~, que implican que el K+ circularía hacia fuera con una fuerza de tracción pequeña (pero con una g elevada), mientras que la corriente de

Na+ desplazaría cantidades pequeñas hacia la célula a pesar de la importante fuerza de tracción, porque gNa o fNa de la célula en reposo son muy pequeños. Si los canales de

Na+ se abrieran por el potencial de acción

(v. 46), se produciría un aumento enorme de

El potencial, producido por el transporte de un tipo de iones, empuja también a otros aniones o cationes a cruzar la membrana («electrodifusión, v. 2), siempre que ésta sea permeable para los mismos. Por este mecanismo se produce, por ejemplo, la salida de

Cl~ de la célula como consecuencia del poten- cial de difusión del K+ hasta que Eg = Em , lo que según la ecuación 1.18 significa que la concentración intracelular de Cl~ desciende hasta ser 1/25 la extracelular (fenómeno denominado de compartición pasiva de Cl~ entre los espacios intra y extracelular). En el ejemplo anterior también se produce una pequeña fuerza de tracción desde el interior ha- cia el exterior (En, - Ecl = -2 mV), lo que indica que el Cl" está más concentrado en el citosol de lo que debería si sólo se produjera una compartición pasiva del mismo (Ecl

= Em ) y sugiere que existe un mecanismo de entrada activa en la célula (denominada compartición activa del Cl~), por ejemplo mediante un transportador simporte NaCl (v. 29 B).

La membrana dispone de canales más o menos específicos para el transporte de iones

(poros), de forma que la conductividad de la misma para Na+ , Ca2+, K+ o Ch depende de qué canales y en qué cantidad estén abiertos en cada momento. La técnica del patchclamp (absorción de electrones) ha posibilitado la medición de la corriente iónica por un canal concreto de forma directa (B) y ha demostrado que la conductividad de la membra- na no depende del grado de apertura de ios canales iónicos, sino de la frecuencia med· de apertura, de forma que la probabilidad de estar abiertos condiciona la permeabi» dad a los iones. El canal se abre con frecue· cía en salvas repetidas (B2), que sólo durar. milisegundos pero que permiten la entrac· de miles de iones.

La técnica del patch-clamp consiste · colocar la apertura (de 0,3-3 µπι de diámetr· de un electrodo de cristal sobre la membrai· celular, de forma que quede tapada por un pequeño parche de membrana (patch) y sólo contenga un canal (o muy pocos) (para eso se deja el parche de membrana sobre la mei· brana celular o, como se muestra en Bl, · separa para poder estudiarlo de forma ais· da). Para un determinado potencial de mei· brana (voltaje clamp o borne) sólo se pueB medir la corriente en el canal incluido y repi· sentar la curua corriente/voltaje (curva W/ (B3), cuya pendiente se corresponde con· conductividad del canal (v. ecuación 1.18).· voltaje en el que la curva W (extrapolad! corta al eje de las X (I = O) se denomina potencia! de corriente nulo. En su valor influ· el tipo de iones que producen la corriente· En el ejemplo B el potencial de corriere nulo es -90 mV. En este caso sólo existe un gradiente electroquímico para Na+ y K+ y el valor de EK para este gradiente es -90 ηι\β

ENa , por el contrario, es +90 mV. El canal· permeable, exclusivamente para los iones K" pero no, p. ej., para el Na+ . Además, los dis- tintos tipos de canales se pueden disting· con b/oqueantes de los canales específiod·

El estado de apertura de los canales i<B eos se puede controlar (C), entre otros, por:

» la magnitud del potencial de membra·

(como los canales Na+

- Ca2+ y de K+ en las· bras nerviosas y musculares; p. ej., págs. 4í y 50). » sustancias que se ligan al canal desde fue· (ligandos, C2), como la acetilcolina en· membrana postsináptica de una sinapsis n¡- cotínica (canal de cationes), el glutamato (canal de cationes) y la glicina y el GABA (can· les de Cl-),

» mediación de seña/es intrace/ulares (C· como: - cAMP (canales de Ca2+ en las células m· cárdicas y canales de Ch en los epitelios!

- cGMP (para el efecto muscarínico de la acetilcolina o en la excitación de los bastones),

ÍP3 (apertura de los canales de Ca2+ de los lepósitos intracelulares de esta sustancia),

" 'a denominada proteína G (canales de Ca 2+ -

'e la membrana celular),

~ 'irosinacinasa (canales de Cl' y K+ en la apoptosis) o

~ el propio Ca2+ (canales de K+ o grado de actividad de los denominados canales rápi- dos de Na+ , v. 46),

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