1
TRABAJO
PRÁCTICO
Nº
7
2022
MEMBRANA PLASMÁTICA Y TRANSPORTE A TRAVÉS DE
MEMBRANA
OBJETIVOS:
• Identificar los componentes químicos y las características estructurales de la
membrana plasmática y ensamblarlos en un modelo funcional.
• Identificar en los distintos tipos de organismos diferencias en la composición de
la membrana.
• Entender la membrana como modelo y reconocer diferencias particulares entre
las distintas membranas internas.
• Analizar los distintos tipos de transporte a través de la membrana plasmática y
su relación con la composición química de la misma.
• Aplicar los conceptos teóricos adquiridos a la resolución de problemas.
UNIDAD DE CONOCIMIENTO
CONOCIMIENTOS PREVIOS REQUERIDOS
Características estructurales y funcionales de lípidos, proteínas e hidratos de
carbono. Comportamiento de moléculas anfipáticas en medio acuoso. Ácidos
grasos saturados e insaturados. Enlaces cis y trans.
TEMARIO
Composición química: lípidos, proteínas y carbohidratos de membranas.
Fosfolípidos, glicolípidos, colesterol, esfingolípidos. Comportamiento de los lípidos
de membrana en medio acuoso. Modelo del mosaico fluido. Movimientos
moleculares dentro de la bicapa: traslación, rotación, balanceo y flip-flop. Fluidez:
concepto y relación con la composición y funcionalidad de la membrana. Proteínas
de membrana: clasificación en función del método de extracción (integrales y
periféricas) y disposición en la bicapa lipídica. Dominios de las proteínas
transmembrana. Proteoglucanos y Glicoproteínas: Composición química y función
de cada uno.
Principios generales de transporte a través de membrana. Clasificación de distintos
tipos de transportes en función de su requerimiento energético: transporte pasivo
(difusión simple y facilitada), transporte activo (primario y secundario),
características de cada uno de ellos. Cinética de transporte.
Estructuras proteicas involucradas en transporte: canales, proteínas
transportadoras y bombas. Estructura general, mecanismo de acción y sus
diferencias. Sistemas uniporte, simporte y antiporte.
Canales regulados por voltaje y regulados por ligando. Características generales y
ejemplos de cada uno de ellos.
Análisis de algunos sistemas de transporte a través de membrana de importancia
biomédica (ATPasa de Na
+
/K
+
; regulación de la concentración intracelular de Ca
2+
;
Transporte de glucosa y aminoácidos en los epitelios renal e intestinal;
2
3
Sistemas intercambiadores de Na
+
/H
+
y Cl
-
/HCO
-
; secreción gástrica de ácido
clorhídrico)
Inhibidores del transporte a través de membrana. Ionóforos.
VOCABULARIO ESPECÍFICO DEL TEMA
Anfipático - Autoensamblado - Autosellado - Bicapa - Detergente - Estabilidad
mecánica - Fluidez - Hidrofílico - Hidrofóbico - Liposoma - Monocapa - Mosaico -
Transición de fase. Transporte pasivo y activo. Canales, transportadores y bombas.
ATPasas. Difusión simple y facilitada. Transporte activo primario y secundario.
Antiporte. Simporte. Uniporte.. Ionóforos.
BIBLIOGRAFÍA
-
Alberts, B. y col. “Biología Molecular de La Célula”. Editorial OMEGA, 2004.
-
De Robertis, Edward M. & Hib, J. “Biología Celular y Molecular”. Editorial Promed,
2012 .
UNIDAD DE ACCIÓN
Lo que se pretende con este modelo de actividad Teórico-práctica es que el
estudiante:
En su casa:
▪
Investigue respecto al T.P. basándose en el temario.
▪
Conteste el cuestionario guía de estudio a los efectos de evaluar si cada uno
de los puntos del temario han sido enfocados correctamente.
En clase:
▪
Resuelva con ayuda del docente, los problemas de aplicación para confirmar
que los conceptos teóricos, estudiados en su casa, han sido íntegramente
comprendidos.
CUESTIONARIO GUÍA DE ESTUDIO
1.- Establezca cuál es el significado biológico de la existencia de membranas
celulares.
2.- a) ¿Cuáles son los postulados básicos del modelo del mosaico fluido?
b) De acuerdo al modelo de mosaico fluido ¿cómo se interpreta la estructura y
función de las membranas biológicas?
3.- Respecto a los componentes de la membrana plasmática:
a)
Mencione cada uno de ellos.
b)
Establezca las características de los mismos.
c)
Relacione la estructura de cada componente con la posición que adoptan en la
membrana. Especifique la función de cada uno.
d)
¿Qué diferencias encuentra respecto a todos los incisos anteriores entre la
membrana plasmática de célula procarionte y de una célula eucarionte?
3
4.- ¿Cuáles son los diferentes tipos de lípidos que componen las membranas
biológicas? ¿Cuáles son las interacciones moleculares entre los lípidos de
membrana? ¿Qué relación tienen éstas con las propiedades de autoensamblado
y autosellado que poseen las membranas biológicas?
5.- a) ¿Qué factores propios de la membrana plasmática y externos a ella afectan
la fluidez de la misma? Establezca de qué manera lo hacen.
b)
¿Las insaturaciones cis y trans de los ácidos grasos en los fosfolípidos afectan
de la misma manera la fluidez de la membrana? ¿Por qué?
c)
Describa los tipos de movimientos de los fosfolípidos de la membrana.
d)
¿Cuál es la importancia biológica de mantener la fluidez?
6.- a) ¿De qué maneras las proteínas se asocian a la bicapa lipídica? ¿Cuántos
tipos de asociaciones se conocen? Descríbalos.
b)
Defina qué son las proteínas periféricas e integrales de membrana.
c)
¿Qué entiende por detergente, cuáles conoce y cuál es la utilidad de cada uno
de ellos en el estudio de la membrana?
7.- a) ¿Considera que las membranas biológicas son simétricas o asimétricas?
b)
¿Qué elementos le permiten justificar lo anterior?
c)
¿Qué relación existe entre su elección en el inciso a y la funcionalidad de la
membrana?
8- a) Defina claramente los términos “gradiente de concentración” (o gradiente
químico), “gradiente eléctrico” y “gradiente electroquímico”.
9.
a) Desde el punto de vista energético, ¿cómo puede clasificar los distintos tipos
de transporte a través de la membrana?
b) ¿Qué variedades puede reconocer para cada uno de los tipos de transporte
que definió en el inciso anterior? Cite ejemplos.
10.
a) ¿Qué características debe reunir una molécula para poder difundir
libremente a través de una bicapa lipídica? Mencione algunos ejemplos.
11.
¿Con respecto a la difusión facilitada responda:
a)
¿Qué tipos de proteínas median este tipo de transporte? Establezca las
diferencias que existen entre ellas.
b)
¿Qué diferencias cinéticas encuentra con respecto a la difusión simple?
12.
¿Cómo puede clasificar los distintos tipos de transporte de acuerdo a la
dirección del pasaje y al número de moléculas de soluto involucradas a través de
un transportador? Cite ejemplos.
13.
¿De qué maneras diferentes puede regularse la actividad de un canal iónico?
14.
¿Qué es un ionóforo? ¿Qué tipos diferentes conoce?
15.
Las células del epitelio intestinal y renal captan glucosa desde la luz intestinal
y los túbulos renales, respectivamente.
4
a)
¿De qué manera ingresa la glucosa al citosol de estas células y de que modo
sale de la misma célula?
b)
¿A qué tipo de transporte se ve sometido cada ion o molécula involucrado en
este sistema?
16.
a) Explique brevemente el mecanismo de acción de los intercambiadores de
Na+/H+ y Cl-/HCO3- ¿Cuál es su relación con la homeostasis del pH intracelular?
b) ¿Qué sucedería con la viabilidad celular si estos sistemas de transporte
dejaran de funcionar? ¿Por qué?
Material Multimedia:
Modelo de mosaico fluido
https://www.youtube.com/watch?v=qBCVVszQQNs
Proteínas integrales y transporte
https://youtu.be/PbNQjAYYUJ8
https://youtu.be/Ptmlvtei8hw
EJERCICIOS DE APLICACIÓN
1-
Respecto a los siguientes esquemas:
a)
Señale todos los componentes químicos que en ellos identifica.
b)
Establezca qué diferencias encuentra a nivel de dicha composición.
c)
Mencione los componentes de la membrana que marcan su asimetría.
d)
¿Cómo relaciona las diferencias estructurales encontradas con diferencias
funcionales?
En esta sección, hemos incluido problemas que relacionan los temas
estudiados en este TP con problemáticas de importancia médica, identificados
con el símbolo:
Al final de algunos de estos problemas encontrará un texto breve identificado
como “Lectura complementaria
” que brinda una breve explicación sobre el
tema biomédico que se desarrolla en el mismo. Su lectura no
resulta
indispensable para la resolución del problema pero brinda información útil para
su futura formación como médico tanto generalista como especialista.
5
2-
Dado el siguiente esquema:
A
a)
Señale espacio extracelular e intracelular.
B
b)
Para cada una de las proteínas numeradas indique de qué manera se haya
asociada a la membrana y si se trata de una proteína integral o periférica. Justifique
sus respuestas.
c)
El dominio transmembrana de una proteína ¿puede adoptar otro tipo de
plegamiento diferente al mostrado en el esquema? ¿Cuál/cuáles? ¿En qué
membranas podría encontrarlo?
d)
¿Sería posible que la proteína A y/o B fuesen integrales? Justifique.
3.- A partir de las membranas de células de hígado de ratón se aislaron dos
proteínas R y S.
R tiene un peso molecular de 38500 Da y posee en su estructura 7 segmentos
hidrofílicos alternados con seis segmentos hidrofóbicos. La segunda de las
regiones hidrofílicas desde el extremo amino terminal es rica en aminoácidos
ácidos. En el dominio carboxilo terminal posee un oligosacárido constituido por 25
monosacáridos unidos por enlaces glicosídicos del tipo (1-4) y (1-6).
S tiene un peso molecular de 9900 Da y posee un ácido palmítico (256 Da) unido
covalentemente.
a)
Con respecto a R:
i.
¿Es una proteína transmembrana? Si su respuesta es afirmativa, ¿cuántas
veces atraviesa a la membrana? Realizar el gráfico correspondiente. Identificar el
extremo amino terminal y el extremo carboxilo terminal.
ii.
Ubique en el gráfico del ítem anterior los aminoácidos ácidos y esquematizar el
oligosacárido ¿Qué papel cumplen los oligosacáridos en la membrana plasmática?
b)
Con respecto a S:
i.
¿Qué ubicación tendrá esta proteína en la membrana?
ii.
¿A través de qué tipo de interacciones se une a la membrana?
iii.
¿Es una proteína integral o periférica?
c)
¿Qué elementos evidencian la asimetría de la membrana? ¿podría mencionar
alguno adicional a los presentes en las proteínas R y S?
d)
Si alguno de los segmentos proteicos que Ud. identificó fuese transmembrana,
¿qué estructura secundaria esperaría encontrar en dicho segmento y por qué?
4-
Ciertos microorganismos pueden crecer en un rango de temperatura
relativamente amplio. Con el fin de estudiar las estrategias utilizadas para ello por
estos microorganismos se trabajó con dos cultivos de una misma cepa bacteriana.
A uno de los cultivos se lo mantuvo a 37°C, temperatura normal de crecimiento de
6
la cepa, y al segundo se lo hizo crecer a 22°C.
a)
¿Qué diferencias químicas son esperables encontrar en las membranas de las
células crecidas a 22°C comparadas con las membranas de las células crecidas a
37°C?
b)
Si las células crecidas a 22°C fueran cultivadas ahora a 37°C, ¿ocurrirían
cambios en la composición lipídica de sus membranas?
5-
Se determinó la composición lipídica de la membrana plasmática de tres tipos
celulares (A, B y C):
% de ácidos grasos insaturados % Colesterol
en fosfolípidos (*)
Membrana A
55
0
Membrana B
42
18
Membrana C
27
16
(*)Todas presentan los mismos tipos de ácidos grasos insaturados
a)
Dadas las membranas B y C ¿Cuál será menos fluida a temperatura
fisiológica? ¿Por qué?
b)
Si las membranas B y C se exponen a temperatura de 3º C, ¿Cuál será más
fluida? ¿Por qué?
c)
¿A qué tipo celular podrá corresponder la membrana A? ¿Por qué?
6-
Con la finalidad de medir la velocidad de transporte de un compuesto X a través
de una membrana, se realizaron mediciones de concentración para dicho soluto
(siempre en uno de los lados de ésta) en igual período de tiempo y temperatura
variable, obteniéndose los siguientes resultados:
[x] inic.
(moles/ml)
[x] fin.
(moles/ml)
Tiempo
(min)
Temperatura del
ensayo (ºC)
65
43,4
3
37
65
46,7
3
30
65
58,2
3
25
65
60,2
3
20
65
63,2
3
16
65
64,5
3
5
65
65
3
-1
a)
Calcule la velocidad de transporte del compuesto X a cada temperatura.
¿Cómo explica los resultados obtenidos?
b)
Grafique la relación entre la velocidad de transporte y la temperatura a la cual se
mide.
c)
En una población de renos se obtuvieron muestras de tejidos correspondientes
a la extremidad inferior, al ojo, a la boca y al recto, cuyas temperaturas eran 9º C,
36º C, 20º C y 38º C respectivamente. En base a estos datos, y usando la gráfica
construida en el punto anterior, calcule la velocidad de transporte del compuesto
X en la pata y la boca del reno.
i.
¿Cree usted que este dato calculado será coincidente con el medido en el
animal? Justifique su respuesta.
ii.
¿Se encontrará alguna diferencia en su composición química en cada una de las
zonas estudiadas?
7
7-
En base a las categorías teóricas desarrolladas hasta aquí, discuta con sus
compañeros y proponga, con la guía de su docente, un mapa conceptual donde
pueda integrarlas.
8-
Describa brevemente la ruta seguida por el O
2
desde el eritrocito que lo
transporta en la sangre hasta la matriz mitocondrial de una célula del músculo
cardíaco donde será utilizado. ¿Qué membranas biológicas debe atravesar? ¿A
través de qué mecanismo de transporte lo hace? Grafique la cinética del mismo.
9-
Dos fármacos, como el diazepam y levodopa tienen su sitio de acción
terapéutica en el SNC. El diazepam facilita la acción inhibidora del neurotransmisor
ácido gamma-aminobutírico (GABA) con propiedades ansiolíticas, miorrelajantes,
anticonvulsivantes y sedantes
La levodopa, también conocido como L-DOPA, precursor metabólico de la
dopamina, es eficaz en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson.
Diazepam
Levodopa
a)
Considerando la estructura química de los fármacos (y estableciendo relaciones
con moléculas biológicas ya estudiadas), proponga el grado de liposolubilidad o
hidrosolubilidad de cada uno de ellos.
b)
Observando la figura imagine y describa el recorrido que
deben seguir los fármacos para llegar a su sitio de acción si
se los administra por vía oral.
c)
En el recorrido desde la cavidad bucal hasta el cerebro los
fármacos deben atravesar diferentes membranas.
Relacionando con las propiedades de liposolubilidad o hidrosolubilidad:
i-
Proponga los mecanismos de transporte de membrana para cada uno de ellos.
8
ii-
Considerando el tránsito en el compartimento plasmático, como imagina usted
que se realizará.
10-
Observe el siguiente esquema y luego
responda.
a)
¿Cuál cree que puede ser la molécula
representada por X? Mencione el nombre
específico de cada uno de los tres sistemas
de transporte graficados y el tipo de transporte
que presentan en cada caso.
b)
¿Cómo variará la cinética del transporte de
X hacia el interior celular por el agregado de
ouabaína (inhibidor de la Na
+
/K
+
ATPasa)?
c)
¿Cuál será la situación en presencia de un
inhibidor metabólico, sabiendo que éstos
inhiben la producción mitocondrial de ATP?
11-
a) Considerando el sentido del flujo de glucosa y Na
+
a través del epitelio
intestinal y la presencia de uniones estrechas que delimitan un dominio apical y
un dominio baso-lateral en la membrana plasmática como se muestra en el
esquema del ejercicio 10, resuelva:
i.
¿Cree que el movimiento de SOLUTOS desde la luz intestinal hacia el interior
celular involucrará un flujo de agua?
ii.
En caso de ser su respuesta afirmativa ¿En qué sentido será dicho flujo? ¿Se
alterará el volumen celular? ¿Por qué?
iii.
Tomando en conjunto las respuestas de los incisos anteriores ¿Cuál será el
resultado neto del movimiento de glucosa y agua luego de la ingesta de una
solución rica en glucosa?
b) Supongamos que Ud. recibe un paciente que presenta un cuadro de diarrea
crónica con signos de deshidratación (por pérdida de agua con las heces). Decide
rehidratarlo por vía oral. Al momento de elegir la solución de rehidratación recuerda
que si bien durante estos cuadros se altera la absorción general de sodio, el sistema
de absorción de sodio- glucosa se mantiene intacto. ¿Cuál de las siguientes
soluciones elegiría para aumentar el contenido de agua en el compartimento
vascular? Fundamente su respuesta.
• Solución compuesta por sales como NaCl, KCl, NaHCO
3
, etc.
• Solución compuesta por azúcares simples como glucosa, fructosa, etc.
• Agua.
• Solución mixta de sales y azúcares simples.
Lectura complementaria: Un adulto ingiere diariamente alrededor de 2 L de líquido (en forma
de alimentos o bebidas). A esto hay que añadirle el agua contenida en la saliva, la secreción gástrica,
pancreática y hepática, cuya cantidad es de aproximadamente 7 L, lo que hace un total
9
aproximado de 9 a 10 L que pasan al intestino delgado. La mayor parte de la absorción tiene lugar
a nivel del yeyuno, que posee una permeabilidad elevada al agua y el sodio, absorbiéndose
alrededor de 4 a 5 L. Cualquier cambio que ocurra en el flujo bidireccional de agua y electrolitos en
el intestino delgado, ya sea por inhibición de los procesos de absorción o porque se estimule la
secreción (o por ambos), el volumen de agua y electrólitos que llega al colon excede su capacidad
de absorción y se produce la diarrea.
Toxinas bacterianas, mediadores de inflamación, neurotransmisores, hormonas y elementos del
propio contenido del intestino pueden alterar el flujo arriba mencionado y dar lugar a diarreas de
distinta etiología. En el caso de las diarreas con secreción exagerada de cloro y pérdida simultánea
de sodio y agua hay alteración funcional de secreción de cloro y del transporte sodio- cloro al interior
del enterocito, pero los otros transportes permanecen intactos tales como el cotransporte de sodio-
glucosa y la bomba de sodio-potasio.
12-
El esquema que se muestra a continuación representa la secreción de HCl
llevada a cabo por células de la mucosa gástrica denominadas parietales u
oxínticas.
a)
Tomando en cuenta las siguientes premisas respecto de la secreción fisiológica
de HCl complete el esquema de la célula parietal.
•
Las células parietales realizan un permanente intercambio entre la sangre que
fluye por los vasos sanguíneos adyacentes a la membrana basolateral, su propio
citosol y la luz gástrica en contacto con la membrana apical.
•
La circulación que se produce en estos vasos sanguíneos ayuda a mantener
ciertos gradientes de concentración necesarios para el transporte de sustancias
hacia y desde la célula parietal.
•
Los H
+
secretados a la luz gástrica proviene de la disociación de la molécula de
agua.
•
La célula parietal evita el aumento del pH citosólico que provocaría el exceso
de OH
-
mediante la metabolización llevada a cabo por la enzima Anhidrasa
Carbónica.
•
El CO
2
utilizado por la célula parietal es captado del torrente sanguíneo siguiendo
los principios de transporte de todas las moléculas pequeñas e hidrofóbicas.
•
El exceso de CO
3
H
-
es removido fuera de la célula. Este proceso no es
electrogénico (no genera diferencia neta de cargas) debido a que se intercambia
con otro anión.
•
La secreción de H
+
se realiza de manera activa primaria. La proteína de
membrana involucrada co-transporta otro catión que abunda fisiológicamente en
el citosol celular.
•
En un proceso simultáneo, este catión se mueve a favor de su gradiente para
mantener la electroneutralidad durante el transporte hacia la luz del estómago del
otro componente mayoritario de la secreción gástrica. En base al mismo resuelva:
10
b)
Agregue en el esquema la ATPasa responsable de mantener las
concentraciones y los gradientes fisiológicos de Na
+
y K
+
.
c)
El estómago del ser humano puede llegar a producir hasta 2 litros de HCl
por día y generar un pH tan bajo como 1. El ácido clorhídrico facilita la
digestión de proteínas y la absorción de minerales como el calcio y el hierro
y de vitaminas, como la B12; además de proteger el organismo frente a
microorganismos exógenos. La mucosa gástrica se protege de la acidez propia
del jugo gástrico mediante diversos mecanismos intra y extracelulares que
confieren un “microambiente” alcalino en la vecindad de las células (secreción de
NaHCO
3
, síntesis de un moco rico en glicoproteínas y mucopolisacáridos, uniones
estrechas intercelulares impermeables al H
+
, etc).Cuando estos mecanismos fallan
se produce lesión de la mucosa mediada por el HCl provocando el cuadro clínico
conocido comúnmente como “gastritis ”que es una enfermedad inflamatoria aguda
o crónica de la mucosa gástrica producida por factores exógenos y endógenos
¿Qué mecanismo/s a nivel molecular o celular podría/n disminuir la secreción de
HCl o aumentar las barreras defensivas a nivel de la mucosa en estos pacientes?
13-
En una gran variedad de células del organismo el Ca
2+
representa un
importante señalizador intracelular. Es el responsable de desencadenar la
contracción celular en músculo cardíaco, esquelético y vascular liso, la liberación
mediante exocitosis de distintas sustancias con actividad hormonal como la
insulina, la liberación de neurotransmisores, la migración celular, etc. Es por esto
que la célula mantiene una concentración citosólica de Ca
2+
libre baja (< 0,1- 0,2
µM) para que cualquier aumento de este catión resulte significativo y suficiente para
desencadenar las cascadas de señalización en las que se encuentra involucrado.
11
a)
Realice un esquema sencillo de una célula señalando los depósitos de Ca
2+
más
importantes y los distintos trasportadores involucrados en el movimiento de este
ión.
b)
Respecto a la Ca
2+
ATPasa y el intercambiador Na
+
/Ca
2+
, indique a qué tipo de
transporte pertenece cada uno.
c)
La Na
+
/K
+
ATPasa en la membrana plasmática de las células cardíacas crea el
gradiente necesario para la salida de Ca
2+
mediada por el antiporte Na
+
/Ca
2+
. En
determinadas patologías (Ej. Insuficiencia Cardíaca) el músculo cardíaco presenta
dificultades para contraerse con la fuerza requerida para impulsar el bombeo de
sangre. En estos casos un aumento más significativo y prolongado de la
concentración citosólica de Ca
2+
libre resulta indispensable para aumentar la fuerza
contráctil del miocardio. Para ello se administra a los pacientes un fármaco
denominado Digoxina cuya acción farmacológica es inhibir la Na
+
/K
+
ATPasa.
¿Por qué cree que la inhibición de esta bomba produce una elevación del Ca
2+
libre
en estas células?
EJERCICIOS ADICIONALES TP 2- 2020.pdf
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