Transporte de solutos a través de las membranas

biológicas

- En los organismos vivos (al igual que en el resto de la naturaleza) nada ocurre sin energía. (¡OJO!, descarta “caracterización” habitual de T.pasivo y activo).

- Fisicoquímia de solutos en solución: Energía de solutos en solución

Clasificación “clásica”:

1) Transporte pasivo

2) Transporte activo (primario y secundario)

Existen diversas (y engorrosas) clasificaciones de los diferentes tipos de transporte.

Energía potencial química: Epq = R.T. lnC (debe adaptarse para el caso del solvente)

Solutos en soluciones líquidas

Energía potencial eléctrica: Epe = z.F.V

Solutos en soluciones líquidas

Dos tipos de energía: potencial química y eléctrica

La energía libre de Gibbs es energía potencial y por ende “tiende a consumirse”.

Un soluto en equilibrio a ambos lados de una membrana celular, presenta igual energía potencial:

Epti = Epte

Energía potencial total: Ept = Epq + Epe

TRANSPORTE PASIVO: Aquel que se produce a favor de gradiente electroquímico.

Ejemplos: - Difusión simple;

- Electrodifusión;

- Transporte de agua (regido por principios de Ósmosis)

- Difusión a través de transportadores (Ej: GLUT) TRANSPORTE ACTIVO: Aquel que se produce en contra de gradiente electroquímico.

• T.A. primario: Utiliza energía proveniente del metabolismo celular (hidrólisis del ATP). Ej: Bombas de: Na+/K+, de Ca+2, de H+

• T.A. secundario: Utiliza la energía de otra especie que se transporta a favor de gradiente electroquímico (transportes acoplados: cotransporte y contratransporte)

DIFUSIÓN SIMPLE

Ley general del transporte: J/á = - L. dY/dx

dC/dx < 0 J > 0

Gradiente de concentracióndC/dx (fuerza impulsora)

Primera ley de FickJ/á = - D. dC/dxM = - D. dC/dx

C

Situación inicialEpq1 = Epq2

Situación final (en el equilibrio)Epq = cte dC/dx = 0

D = R.T= k / PM.1 2

Difusión simple a través de una membrana celular

Primera ley de FickM = - D. dC/dx

Adaptación de primera ley de Fick:

1) Soluto distribuido homogéneamente en medios intra y extracelulares la menor distancia (dx) es el espesor de la membrana:

2) El término “difusión simple” se reserva para casos en que el soluto atraviesa la fase lipídica. Debe contemplarse la liposolubilidad del soluto.

M = - D. dC/dx

1) M = - D. dC/

2) M = - D. K. dC/

K = Cm/Caq

K > 1: soluto liposoluble K < 1: soluto hidrosoluble

“Permeabilidad”: P = D. K/

3) M = P. dCPrimera ley de Fick

M

dC

P

Cinética lineal

Difusión simple

- Transporte pasivo (espontáneo)

- A favor de gradiente químico

- A través de bicapa lipídica (solutos liposolubles)

- Presenta cinética lineal

Otros transportes pasivos toman otros nombres(difusión simple y transporte pasivo no son sinónimos)

Adaptación para difusión de gases

Los gases difunden por diferencias de presión (dP)

Por ley de Henry: Cgas = S . P dC = S. dP

Sustituyendo en primera ley de Fick original:

J/á = - D. K . dC/

J/á = - D . K. S. dP/

“Desplazamiento cuadrático medio”: < x2 > = 2.D.t

Un desplazamiento igual a 2x implicará: <(2x)2> = 2.D.t < 4.x2 = 4. 2.D.t

(la velocidad aparente de las partículas disminuye notoriamente con el tiempo)

(barrera hemato-gaseosa en pulmón: 5 de espesor)

1) Importancia de la solubilidad (casos CO2 y N2)

Comentarios generales:

2) Difusión simple en biología, eficiente sólo en distanciasmuy pequeñas.

El transporte de solutos polares (hidrosolubles) aún a favor de gradiente electroquímico requiere de algún elemento que “baje la barrera de energía”

NO es Difusión simple

Transporte de glucosa: pasivo (GLUT) y activo (SGLT)

Transporte de glucosa a través de GLUTs

Permite el ingreso de glucosa a favor de gradiente químico

Transporte de glucosa a través de SGLTs(sodium glucose transporters)

Acopla el ingreso activo de glucosa al pasivo de Na+