09 transporte de agua 5
TRANSCRIPT
-
UNIVERSIDAD ANDRES BELLOFacultad de Ciencias de la SaludDepartamento de Ciencias BiolgicasCurso BIO376
Transporte a travs de membrana:Transporte de agua
Dr Pedro Gallardo M. Ph.D.
-
Caractersticas del transporte de agua La osmosis es el movimiento pasivo de agua desde uncompartimiento de mayor a menor presin
En tejidos animales la principal fuerza impulsora para laosmosis es la diferencia de presin osmtica entre doscompartimientos. Esta diferencia de presin osmticaequivale tambin a una diferencia de potencial qumico delagua
La presin osmtica es una propiedad coligativa quedepende del nmero y no de la naturaleza de las partculas
-
Modelo fsico para explicar la osmosis
A contiene una solucin, la membrana es impermeable al soluto y B contiene agua pura
Gradiente de potencial qumico del agua porque hay ms agua pura en B que en A
Gradiente de presin osmtica= = A -B
-
Presin osmtica ()A = CA RT y B = CB RT CA = concentracin total de solutos en A (mol/L)
R= 0.082 atm L/mol K; T en escala absoluta
= coeficiente de reflexin, ndice de permeabilidad relativade la membrana al soluto y agua= 0 para un soluto permeable = 1 para un soluto impermeable
= A - B
-
Condicin de equilibrio
Condicin inicial9 9 Flujo osmtico (Jw) es 0, h1=h2Jw = LpA () (Ph)Equilibrio9 es 09 h1>h2 genera presin hidrosttica en A9 Jw neto = 0
Jw = Ph =
h1 h2
-
Osmol efectivo, osmol inefectivo, coeficiente de reflexin
Soluto est restringido al compartimiento A y nuncapasa a BOsmol efectivo: restringido a un compartimiento y 1
Na+, Cl-, HCO3-
Na+ y aniones acompaantesestn restringidos al espacioextracelular
-
Osmol efectivo, osmol inefectivo, coeficiente de reflexin
Soluto no est restringido al compartimiento A y difundedesde A a BOsmol inefectivo: membrana es relativamente permeable alsoluto. 0El movimiento del soluto a favor de su gradiente provoca unmovimiento de molculas de agua
-
Osmolalidad, osmolaridad
Osmoles/kg solvente (Osm) Osmolalidad
Osmoles/L solvente Osmolaridad
La medicin del volumen es dependiente de la temperaturay no as la medicin de la masa del solvente
Para soluciones diluidas existe escasa diferencia entre laosmolalidad y la osmolaridad
Osmoles/L = C (mol/L) n (nmero de partculas en solucin)
Osmolalidad del lquido extracelular = 285 mOsm
-
Osmoles/L = C (mol/L) n (N de partculas en solucin)
Relacin entre concentracin y osmolalidad de una solucin
Solucin 0,15 M de NaCl y 0,15 M de glucosa
9 Solucin de NaClNaCl (s) Na+ (aq) + Cl- (aq) 2 partculas
0,15M x 2 = 0,3 Osmoles/L 300 mOsm
9 Solucin de glucosaGlucosa (s) Glucosa (aq) 1 partcula
0,15M x 1 = 0,15 Osmoles/L 150 mOsm
-
Tonicidad
La tonicidad se refiere al impacto que tiene una solucinsobre el volumen celular Isotnica: no cambia el volumen celular Hipotnica: aumenta el volumen celular Hipertnica: reduce el volumen celular
300 mOsm300 mOsm
a) soluto impermeablealto coeficiente de reflexinb) soluto permeablebajo coeficiente de reflexin
-
Soluto externo impermeable
i = e = 285 mOsmJneto de H2O = 0Volumen celular constante
Caractersticas de la solucin externa: Isotnica porque no altera el volumen celular Isoosmtica porque tiene la misma osmolalidad que elplasma. Soluto presente es impermeable (osmol efectivo)
-
Soluto externo permeable
SH2O
Soluto puede entrar a la clula a favor de una gradiente deconcentracin Al flujo de soluto de soluto le sigue un flujo de agua Aumento del volumen celular La solucin que es isoosmtica es tambin hipotnica alprovocar un aumento del volumen celular Soluto de la solucin externa es un osmol inefectivo
-
Una solucin isoosmtica:
9 Puede ser hipotnica si el soluto tiene un bajocoeficiente de reflexin y entra a la clula. En otras palabras, es permeable al soluto y ste entra a la clula
9 Puede ser isotnica si el soluto tiene un coeficiente de reflexin alto. Es decir la membranaes poco permeable al soluto
-
Una solucin externa isotnica no altera el volumen celular
Una solucin externa hipotnica aumenta el volumencelular
Una solucin externa hipertnica disminuye el volumencelular
Tonicidad de la solucin externa y volumen celular
Cmo regulan las clulas su volumen frente a cambios enla tonicidad del medio externo?
-
Regulacin del volumen celular
Las clulas tienen la capacidad de detectar cambios enel volumen celular
Las clulas regulan su volumen a travs de la activacinde mecanismos de transporte que median la entrada o lasalida de iones y osmolitos orgnicos.
El movimiento de osmolitos orgnicos y iones va seguidode un flujo osmtico
Frente a un aumento del volumen celular, las clulasactivan transportadores que producen una salida neta desolutos y aguaLo opuesto es vlido frente a una reduccin del volumencelular
-
Osmolitos orgnicos
Los osmolitos orgnicos son molculas que se acumulanen las clulas en respuesta a un medio externo hipertnico.Su acumulacin favorece la mantencin del volumen celular
9 sorbitol: sintetizado a partir de glucosa por la enzimaaldosa reductasa
9 betana, taurina, myo-inositol son acumulados por lasclulas en respuesta a la hipertonicidad
Entran a las clulas a travs de cotransportadores Na+-dependientes:
BGT1: cotransportador Na+-betanaSMIT: cotransportador Na+-myo-inositolTauT: cotransportador Na+-taurina
-
glucosa sorbitolAR Na+/betana
Na+/myoinositol
Na+/taurina
acumulacin de osmolitos orgnicos
hipertonicidad
hipertonicidad activacin del factor de transcripcin activado por hipertonicidad (TonEBP) TonEBP estimula la transcripcin de genes que codifican para protenas que median la acumulacin de osmolitosorgnicos
-
Mecanismos de regulacin del volumen celular
-
Vas de paso de agua en las clulas animales
bicapalpdica protena
Permeabilidad al agua Liposoma = 97 x 10-4 cm/s Eritrocito fantasma= 540 x 10-4 cm/s
El paso de agua a travs de una bicapa es ms lento que a travs de una membrana celular
-
Referencia: P. Agre et al. Journal of Physiology 542 (1):3-16. 2002www.jphysiol.org
Canales de agua o acuaporinas (AQPs)
-
Estructura general de las acuaporinas
Modelo tridimensional de AQP-1mostrando los aminocidos queforman el poro por donde pasanlas molculas de aguaLa topologa de las
AQPs en la membranasera similar a un relojde arena
La mayora de las AQPs existen en lasmembranas como homotetrmeros
monmero deAQP-1
-
Organizacin tetramrica de AQP-1 en la membrana
AQP-1 existe como un homotetrmero en la membrana celular Otras AQPs como AQP-2 tambin adquieren esta organizacin
Pf unitaria de AQP-1:3 x 109 molculas de H2O/s
-
Familia de las AQPs en humanos
transportadoras estrictas de aguaAQP-1: ubicuaAQP-2: regulada por la hormonaantidiurticaAQP-4: insensible a Hg
transportadoras de agua y desolutos orgnicos pequeos: urea,glicerol
-
Expresin funcional de AQP-1 del tbulo renal en oocitos
Abundancia de AQP-1 en el tbulo renal de rata
AQP-1
agua
extraccinde RNA
sntesis dede cDNA
inyeccin de oocitos cona: cRNA de AQP-1 ob: agua
expresin de AQP-1en oocitos y ensayofuncional
rin de rata
-
Compartimientos corporales y distribucin del agua en elorganismo
Agua total corporal = 60% del peso corporal
Membrana plasmtica separa los compartimientosintra y extracelulares. La membrana es permeable al aguaCompartimiento intracelular = 40% del peso corporalCompartimiento extracelular= 20% del peso corporal
Endotelio capilar separa el compartimiento vascular delintersticial: del LEC es fluido intersticial del LEC es corresponde a plasma
-
Distribucin del agua en los compartimientos corporales
-
Movimientos de solutos y agua en el organismo Todos los solutos entran y salen del organismo a travsdel lquido extracelular Los compartimientos extra e intracelular estn en equilibrio osmtico El equilibrio osmtico se logra a travs de movimientosde agua a travs de la membrana celular
-
Osmolalidad intracelular y extracelular
Compartimientointracelular285 mOsm
Compartimientoextracelular285 mOsm
Jneto de H2O =0
Sales de Na+
Na+Sales de K+
3Na+
2K+
Osmolalidad extracelular = [Na+] x 2
-
Adicin de 1 L de agua
Agua entra medio extracelular posterior a la absorcin enel intestino delgado
Disminucin de la osmolalidad del medio extracelular
La reduccin de la osmolalidad extracelular provoca la entrada de agua a las clulas para mantener el equilibrioosmtico
Aumento transitorio del volumen celular
La homeostasis de los lquidos corporales se mantendrmediante la eliminacin de 1L de agua
-
Adicin de 1 L de agua
1L de H2O
[Na+]extraceluar
[Na+] extracelular
Osmolalidadplasmtica
H2O
Compartimientointracelular
-
Adicin de 1L de NaCl isotnico (0,9 % p/v)
La solucin entra al compartimiento extracelular a travsde una infusin endovenosa
Solucin es isotnica y por ende no altera el volumen celular
La osmolalidad del fluido agregado es la misma que ladel medio extracelular y formada por solutos principalmenterestringidos al medio extraceluar
El resultado neto es el aumento del volumen extracelular
-
Adicin de 1 L NaCl 0,9 % (p/v)
1L NaCl 0,9%
[Na+]extracelular
[Na+]extracelular no cambia
Osmolalidad plasmtica semantiene constante
Jneto de H2O = 0Compartimientointracelular