Download - 4.4 Sistemas de Trasnporte
Seccion 9ª
• Sistemas de transporte a través de
membranas
• Transducción intracelular de señales
Bioquímica I - Grado en Farmacia - Universidad de Salamanca
Emilio Fernández
Sistemas de transporte a
través de membranas
Soluto
hidratado
Transportador
Difusión simple
sin transportador
Difusión
simple
Difusión
con transportador
Perfil energético del paso de un
soluto hidrofílico a través
de una membrana biológica
Los trasportadores, como las
enzimas, actúan disminuyendo la
energía necesaria para atravesar las
membranas
Tipos de sistemas de transporte
DIFUSIÓN SIMPLE
(solo compuestos no polares
a favor de gradiente)
DIFUSIÓN FACILITADA
(a favor de gradiente
electroquímico)
TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO
(en contra de gradiente
electroquímico)
TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO
(en contra de gradiente
electroquímico, promovido por
Iones que se transportan a favor de gradiente)
CANAL IÓNICO
(a favor de gradiente
electroquímico)
TRANSPORTE IÓNICO FACILITADO
POR IONÓFORO
(a favor de gradiente
electroquímico)
Ionóforo
Difusión simple
A favor de gradiente hasta equilibrar concentraciones.
Sin ayuda de proteínas transportadoras.
No requiere energía.
No saturable por sustrato.
Transporte pasivo (=Difusión facilitada).
A favor de gradiente hasta equilibrar concentraciones.
Con ayuda de proteínas transportadoras.
No requiere energía.
Saturable por sustrato.
Canales iónicos.
A favor de gradiente hasta equilibrar concentraciones.
Con ayuda de proteínas transportadoras.
No requiere energía.
No saturable por sustrato.
Ejemplos:
Gases (O2, CO2, N2) y
sustancias liposolubles.
Ejemplo:
GLUT (transportador de glucosa).
Ejemplo:
Canal de Ca2+ en el retículo
endoplasmático,
Canal de Na+, canal de K+
Tipos de transporte de solutos a través de membranas
(contra gradiente de concentración)
Tipos de transporte de solutos a través de membranas
(contra gradiente de concentración)
Transporte activo.
En contra de gradiente de concentración.
Con ayuda de proteínas transportadoras.
Sí requiere energía.
Saturable por sustrato.
PRIMARIO: la energía la genera el propio transportador.
Ejemplos: Na+/K+-ATPasa,
Ca2+-ATPasa,
H+/K+-ATPasa
SECUNDARIO: aprovecha la energía generada por un transporte activo
primario.
Ejemplos: Transporte de glucosa Na+-dependiente (sólo en intestino),
Acuaporina (canal de agua H+-dep).
• Según el número de solutos transportados
- Simple = uniporte
- Co-transporte:
Simporte (paralelo, en el mismo sentido)
Antiporte (antiparalelo, en sentido opuesto)
• Según el carácter eléctrico
- Electroneutro: no hay acumulación de cargas en uno de los lados.
- Electrogénico: si hay acumulación de cargas en uno de los lados.
Uniporte Simporte Antiporte
Co-transporte
Transporte de glucosa por difusión facilitada
D-Glucosa D-Glucosa fuera
dentro
Tejido donde se expresa Transportador
Transportadores de glucosa en tejidos humanos
Función
UBICUO
HIGADO, PANCREAS E INTESTINO
NEURONAS
MUSCULO, TEJIDO ADIPOSO, CORAZÓN
INTESTINO, TESTÍCULO, RIÑÓN
Captación basal de glucosa
Hígado: retirar glucosa de la sangre
Páncreas: regular la liberación de insulina Captación basal de glucosa
DEPENDE DE INSULINA
Transporta fructosa
Regulación del transportador de glucosa Glut4 en corazón
Receptor
de insulina
Membrana
plasmática
Transportador
de glucosa
Fusión de las vesículas
pequeñas con un
endosoma
Porciones del endosoma enriquecidas
con los transportadores brotan formando
vesículas pequeñas preparadas para volver a la
superficie en cuanto la insulina actúe
Insulina
Cuando la insulina interacciona con su receptor, las
vesículas se desplazan hacia la superficie y fisionan
con la membrana plasmática, incrementando así el
número de transportadores en la membrana Cuando la concentración de
insulina baja, los
transportadores
de glucosa son endocitados,
formando pequeñas vesículas
Los transportadores de
glucosa están “almacenados”
en forma de vesículas intracelulares
Transporte ACTIVO gasta energía
PRIMARIO La energía química (p.ej. la
hidrólisis de ATP) se gasta en
la generación de un gradiente
electroquímico.
SECUNDARIO La energía acumulada en un
gradiente (el cual se ha producido
previamente mediante un transporte
activo primario) se gasta en generar
otro gradiente
Prototipos de transporte ACTIVO
Transporte Activo Primario
• Sodio-potasio ATPasa (“Bomba” de sodio; Na+-K+-ATPasa)
- Antiporte electrogénico
- Sensible a digitálicos y ouabaína
- Función: mantener el potencial electroquímico celular
• Bomba de protones (H+-K+-ATPasa)
- Antiporte electroneutro
- Sensible a cimetidina (antiácido)
- Función: mantener el pH ácido en el estómago
• Bomba de calcio (Ca2+-ATPasa)
- Uniporte electrogénico
- Sensible a tapsigarcina
- Función: expulsar Ca2+ del citosol
Transporte Activo Secundario
• Transportador de glucosa dependiente de sodio
Fluido extracelular
o plasma sanguíneo
Bomba de sodio
Transporte activo primario
encargado de mantener
el potencial de membrana
Citosol
Potencial de membrana
(-50 a -70 mV) Na + K+ ATPasa
Este tipo de transporte es un
antiporte electrogénico, con el
bombeo de una carga + neta al
exterior, lo que genera un
gradiente eléctrico.
Transporte de glucosa dependiente de sodio (Transporte activo secundario)
Lado apical Lado basal
Sangre Lumen
intestinal
Microvellosidades
Glucosa
Glucosa
Uniporte de glucosa
Glut2 (facilitado,
a favor de gradiente) Simporte de glucosa
dependiente de sodio
(impulsado por
el sodio extracelular)
Célula epitelial
Canales iónicos
De apertura dependiente de voltaje
De apertura dependiente de ligando
Importancia en la
NEUROTRANSMISIÓN
Canal de Na+
dependiente
de voltaje
Canal de K+
Dependiente de voltaje
Canal de Ca2+
dependiente
de voltaje
+
Espacio
sináptico
Axón de
neurona
presináptica
Potencial
de acción
Vesículas
secretoras
de acetilcolina
Cuerpo celular de
neurona
postsináptica
Potencial
de acción
Receptores de
acetilcolina
acoplados a
canales iónicos
Componentes de un
sistema de
transducción de
señales:
-Agonista
-Receptor
-Transductor
-Efector
SEÑAL
RECEPTOR
TRANSMISIÓN
(Transductor –
“Segundos” Mensajeros)
AMPLIFICACIÓN EN CASCADA
MODULACIÓN
POR OTROS
FACTORES
Regulación de
ruta
metabólica
Transducción intracelular
de señales
Regulación de
expresión
génica
Cambios
del
citoesqueleto
DIVERGENCIA
A VARIAS DIANAS
Características de la transducción de señales 1
a) Especificidad
Efecto
b) Amplificación
en cascada
Agonista
Enzima 1
Enzima 2
Enzima
3
2 2
Los agonistas encajan en sus sitios
complementarios del receptor mientras
que otras moléculas no encajan
Cuando unas enzimas activan a otras
enzimas el número de moléculas
afectadas se incrementa en
progresión geométrica generando
una “Cascada enzimática”
Características de la transducción de señales 2
c) Desensibilización
Agonista
La activación del receptor dispara un
mecanismo de retro-alimentación que
“apaga” el receptor o lo retira de la
superficie celular.
d) Integración Agonista 1 Agonista 2
Respuesta
Cuando dos agonistas tienen efectos
opuestos sobre una característica
metabólica, como la concentración de un
segundo mensajero (X) o el potencial de
membrana (Vm), la respuesta reguladora
se obtiene de la activación integrada de
ambos receptores
Respuesta
Enzima
Agonista
Tipos de receptores
La respuesta celular depende del tipo de receptor
• Receptores intracelulares
- El agonista es liposoluble (esteroide)
- La respuesta celular es lenta (transcripcional)
• Receptores de membrana
- El agonista es hidrosoluble (proteína o aminoácido)
- La respuesta puede ser muy rápida o lenta
Respuesta tras activación de
RECEPTORES
INTRACELULARES
Señalización por hormonas
esteroides y tiroideas,
retinoides
y vitamina D
Respuesta:
Lenta (0,5 - 2 horas)
Útil en situaciones de
adaptación a largo plazo
cortisol
Proteína
receptora
intracelular
Cambio
conformacional
que activa
el receptor
El complejo
receptor-esteroide
se traslada al núcleo
Membrana plasmática
citosol
núcleo
gen-diana activado
transcripción El complejo receptor-esteroide
se une a la región reguladora del
gen-diana y activa la transcripción
Respuesta tras activación de RECEPTORES DE
MEMBRANA
Tiene dos tipos de respuesta: rápida y lenta Agonista extracelular
Ruta de señalización
intracelular
Receptor en la
superficie celular
Función
proteica
alterada
RÁPIDA
(milisegundos)
LENTA
(minutos - horas)
EXPRESIÓN GÉNICA ALTERADA
MAQUINARIA CITOPLASMÁTICA ALTERADA
ALTERACIÓN DEL COMPORTAMIENTO CELULAR
• Receptores asociados a canales iónicos
• Receptores asociados a proteínas G
• Receptores con actividad enzimática (autocatalítica)
enzima proteína G proteína G
activa Enzima
activa
agonista
Agonista en forma
de dímero
Dominio catalítico
inactivo Dominio catalítico
activo
iones
agonista
Membrana
plasmática
Tipos de
RECEPTORES DE
MEMBRANA
• Neurotransmisor
(Acetilcolina, dopamina
glutamato, serotonina)
• Segundo mensajero
(inositol-trisfosfato)
Ejemplo 1 .- Señalización por receptor de membrana asociado a
proteína G: ACTIVACIÓN DE LA PROTEINA KINASA C (PKC)
Agonista
Receptor acoplado
a proteína G Fosfolipasa C
activada
Fosfatidil-inositol
Diacilglicerol
Proteína
kinasa C Proteína G (subunidad a)
activada Inositol-1,4,5-trisfosfato
(IP3)
Retículo
endoplasmático
Canal de Ca2+
abierto
Agonista
Receptor
Proteína G (subunidad a)
activada AMP cíclico (cAMP)
Proteína kinasa A
(activa) Proteína kinasa A
(inactiva)
Adenilato ciclasa
(activa)
Poro nuclear Proteína kinasa A
(activa)
Proteína génica reguladora
(factor de transcripción)
fosforilada y activada
Nueva proteína
Traducción
Transcripción
Gen-diana activado
citosol
núcleo
Ejemplo 2 de señalización por receptor de membrana asociado a
proteína G: ACTIVACIÓN DE LA PROTEINA KINASA A (PKA)
Respuesta rápida
Respuesta rápida
Respuesta lenta
MECANISMO DE LA REGULACIÓN DE LA PROTEINA KINASA A (PKA)
Un ejemplo de activación por efector alostérico positivo
Dominio
de dimerización
Motivo
inhibidor
Hendidura de unión
del sustrato
Subunidad
catalítica
Subunidad
reguladora
Hendidura de unión
del sustrato: libre y preparada
para recibir una molécula de sustrato
(Proteína de anclaje de la PKA)
PKA - Forma inactiva
PKA - Forma activa
Importancia de la Proteína Kinasa A
en metabolismo glucídico:
CASCADA DE AMPLIFICACIÓN
DE LA ADRENALINA
Y GLUCAGON
Por cada molécula de adrenalina
que activa su receptor se produce
la liberación de 10.000 moléculas
de glucosa a la sangre
Adrenalina Hepatocito
PKA inactiva PKA activa
AMP cíclico (cAMP)
Fosforilasa b
kinasa activa Fosforilasa b
kinasa inactiva
Glucógeno
Fosforilasa a activa
GLUCÓGENO Glucosa-1-fosfato
Glucosa
Glucosa en sangre
Adenilato
ciclasa
Glucógeno
Fosforilasa b
inactiva
Miocito
Contracción
Muscular
Glucolisis
a
a
a
a
a
a
a
Agonista en forma de dímero
Dominio
tirosina
kinasa
Receptor tirosina kinasa INACTIVO ACTIVO ACTIVO
Receptor tirosina kinasa Actividad kinásica
estimulada
Tirosinas
fosforiladas
Membrana
plasmática
TRANSMISIÓN DE LA
SEÑAL
Proteínas
Intracelulares
unidas a
las tirosinas
fosforiladas
citosol
Espacio
extracelular
Señalización por receptor con actividad autocatalítica
AUTOFOSFORILACIÓN DE RECEPTORES CON ACTIVIDAD TIROSINA KINASA (TKR)
Importancia en mecanismo de acción de la INSULINA
Ejemplo 1: activación por autofosforilación del receptor de la insulina REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA A TRAVÉS DE LA CASCADA DE LAS MAP KINASAS
Insulina El receptor de la insulina une insulina
y sufre autofosforilación en sus residuos
de Tyr de lo dominios intracelulares
El receptor de la insulina (activo)
fosforila a IRS-1 en sus residuos de Tyr
Formación de complejos:
1) Grb2 se une a un residuo fosforilado de Tyr de IRS-1.
2) Sos se une a Grb2, y después a Ras (una proteína G),
que libera GDP y une GTP (guanosina trifosfato), activándose
así Ras.
Ras (activo) une y activa a Raf-1
Raf-1 fosforila MEK y lo activa.
MEK fosforila ERK y lo activa.
ERK fosforilado se
internaliza en el
núcleo y fosforila
factores de
transcripción (Elk1),
activándolos Elk1 fosforilado se
une a SRF para
estimular la transcripción
y traducción de genes
necesarios para la
división celular
Nuevas proteínas
Citosol
Núcleo
Ejemplo 2: activación por autofosforilación del receptor de la insulina ACTIVACIÓN DE LA GLUCÓGENO SINTASA Y CAPTACIÓN DE GLUCOSA POR INSULINA
IRS-1, fosforilada por el receptor
de la insulina (ver anterior esquema),
activa PI-3-K (fosfatidilinositol-3-kinasa),
que convierte PIP2 en PIP3
La proteina kinasa B (PKB) se une a PIP3
y se fosforila por la proteína kinasa PDK1
(no mostrado). PKB fosforilada es activa
y fosforila la glucógeno sintasa kinasa-3 (GSK3),
inactivándola.
GSK3, inactivada por fosforilación,
ya no puede seguir fosforilando
(inactivando) a la glucógeno sintasa
(GS), por lo que GS queda ahora
activa.
Glucógeno
La síntesis de glucógeno
a partir de glucosa
se acelera
Glucosa
La PKB (fosforilada y activa) también
estimula la traslocación del transportador
de glucosa Glut4 desde las vesículas
Intracelulares hacia la membrana plasmática,
incrementando así la captación de glucosa
INACTIVA
ACTIVA
ACTIVA
INACTIVA
Otros sistemas de transducción intracelular de señales
• Óxido nítrico (•N=O)
-Sintetizado por la óxido nítrico sintasa (NOS):
Arginina —> Citrulina + •NO
-Es un “segundo mensajero”: activa la guanilato ciclasa soluble:
•NO + Guanilato ciclasa soluble —> GMP cíclico
-Funciones: relajación de músculo liso, hipotensor arterial,
neurotransmisión, defensa celular, etc
• Calcio-calmodulina kinasa (CAM kinasa o CAMK)
-Se activa por el complejo calcio-calmodulina
-Función: fosforila múltiples sustratos. Neurotransmisión.
• Proteína kinasa dependiente de AMP (AMP kinasa o AMPK)
-Sensor energético celular: se activa al aumentar [AMP]
-Fosforila enzimas metabólicas:
• Activa enzimas catabólicas (que producen energía)
• Inhibe enzimas anabólicas (que consumen energía)
-Función: compensar pérdida de carga energética celular