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Miriam Turiel Miranda
2º Medicina
Tema 2.1 : Sistemas
fisiológicos de transporte
por membranas
Parte 1: Estructura de las membranas.
1. Introducción
Las membranas son conjuntos laminares, fluidos, elásticos y asimétricos constituidos
por proteínas y lípidos con funciones esenciales para la vida. Son estructuras asimétricas en las
que se insertan múltiples proteínas.
Espesor: 60 -100 A.  1 A = 10-1 nm = 10-10 m
FUNCIONES
1. Confieren a las células su individualidad separándolas de su entorno. Se crea un medio
interno, propio de la célula.
2. Constituyen barreras de permeabilidad muy selectivas por sí mismas y por la presencia de:
a. Bombas activas que gastan energía
b. Canales de iones y de H2O
c. T diversísimos
d. Proteínas (glúcidos, lípidos) de relación celular.
Con estos sistemas se regula la composición del medio interno.
3. Delimitan los orgánulos intracelulares: RE, vacuolas, lisosomas, mitocondrias…
4. Contienen receptores específicos para estímulos externos físicos y químicos y proteínas
que unen células. Comunicación con el medio externo.
5. Todas las membranas están polarizadas. Algunas, además, generan señales eléctricas que
se propagan a distancia.
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2. Composición química de las membranas
Obtenemos una muestra de hígado, lo ponemos en un tubo de ensayo y lo
homogenizamos. Realizamos la centrifugación diferencial y
LIP
PROT
realizamos el análisis químico de la fase de membranas.
75
25
Mitocondrias
25
75
Composición: lípidos y proteínas en proporciones variables.
2.1 LÍPIDOS DE MEMBRANA
En las membranas hay tres tipos de lípidos: fosfolípidos (fosfoglicéridos y
esfingolípidso), glucolípidos y colesterol.
1. FOSFOLÍPIDOS
Exiten dos tipos de fosfolípidos dependiendo de si son derivados del glicerol
(glicerofosfolípidos) o de la esfingosina (esfingolípidos).
a. Glicerolípidos: glicerol (tripropanolol)+ 2 ácidos grasos esterificando los carbonos 1
y 2 del glicerol + un PO4 esterificando al carbono tres y unido a un grupo de cabeza
polar. Según los grupos de cabeza polar:
Grupo de cabeza polar
Colina (trimetil-etanolamina)
Etanolamina
Serina
Inositol
Otro fosfatidilglicerol
Glicerolípido
Fosfatidil colina. Lecitina (actúa en
mecanismo de secreción hormonal)
Fosdatidiletanolamina. Cefalina
Fosfatidilserina
Fosfatidilinositol-4,5-diP
Difosfatidil glicerol. Cardiolipinas
Son moléculas muy grandes. Disminuyen la
fluidez y aporta gran viscosidad y
resistencia. Se encuentran en la membranas
de las mitocondrias
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b. Esfingolípidos: esfingosina + ácido graso unido por enlace amida a C2 + PO4 unido a
una colina. Esta es la esfingomielina, una moléculas de gran relevancia en la
esclerosis múltiple.
2. GLICOLÍPIDOS
Son moléculas muy parecidas a las anteriores. Formadas por: esfingosina + ácido graso
unido por enlace amida a C2 + un azúcar unido al alcohol de C3. No hay fosfato en esta
molécula. Según el tipo de azúcar unido tenemos:


Cerebrósidos: en el C3 tienen glucosa o galactosa (monosacáridos)
Gangliósidos: en el C3 tienen una cadena ramificada de hasta 7 monosacáridos.
3. COLESTEROL
Derivado del ciclopentano perhidrofenatreno (esterano). La estructura del alcohol es la
siguiente:
El colesterol es una molécula de origen animal (nunca va a estar en aceites vegetales) que
aparece en eucariotas cuando comienza a haber O2 en la Tierra. Es precursor de una serie de
moléculas esenciales para la vida: sales biliares, hormonas sexuales, Q10 (molécula de la
cadena respiratoria de e- sintetizada en la vía de síntesis del colesterol).
El colesterol aporta a las membranas elasticidad e impermeabilidad al H2O. De hecho las
plumas de aves acuáticas están recubiertas de colesterol por eso al salir del agua parecen
tenerlas secas.
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PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE LOS LÍPIDOS DE MEMBRANA
1. Todos son moléculas anfipáticas, es decir, tienen una cabeza polar y una cola apolar. Por
este motivo, en medios acuosos forman fácil y espontáneamente bicapas lipídicas. Estas
adquieren distintas formas:
2. Las membranas son estructuras fluidas (1/ƞ), semilíquidas.
3. Las membranas son estructuras elásticas (1/rigidez). Estas elasticidad la aportan los
colesteroles y les confiere el carácter móvil y deformante.
FORMACIÓN DE BICAPAS LIPÍDICAS
Experimento. Si en un tubo de ensayo introducimos los componentes lipídicos de las
membranas biológicas, se produce rápidamente un proceso espontáneo de ensamblaje que
termina en bicapas lipídicas, liposomas y micelas.
En la formación de la bicapa lipídica intervienen 4 fuerzas:

Fuerzas de interacción hidrofóbicas
Son con mucho las interacciones más importantes. Los grupos polares
se orientan hacia el dipolo H2O, hay entre ambos una interacción
electrostática. Los grupos apolares no pueden orientarse hacia el agua porque
no hay una atracción eléctrica de manera que se ven obligados a orientarse
frente a frente. Podría decirse que las interacciones hidrofóbicas son
consecuencia de las interacciones hidrofílicas.

Fuerzas de Van der Waals.
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Fuerzas eléctricas muy débiles que se establecen entre moléculas no
polares debido a irregularidades en las distribuciones de la carga por
proximidad mutua. Es posible que en un instante cambien los electrones de
un orbital haciendo que una molécula apolar tenga cierta densidad de carga.
Cuando esto ocurre aparece la fuerza Van der Waals entre dos moléculas. Se
suele dar menos en gases nobles que en gases poliatómicos (O3).
Para aumentar las fuerzas de Van der Waals se debe aumentar la
presión y disminuir la temperatura (las moléculas están más cerca y los
electrones vibran menos). Con esto podemos conseguir la licuación de los
gases y su disolución en un líquido.

Fuerzas electrostáticas entre los grupos polares: Fuerzas electrostáticas que
tiende a mantener muy unidas las cabezas de los grupos polares.

Puentes de hidrógeno.
Enlaces que se establecen entre átomos muy electronegativos
distintos o idénticos que tienden a mantenerse unidos a través de un H
situado entre ambos. Comparten un H. Se trata de unas fuerzas
fundamentales para la vida ya que:
o
Estabilizan la molécula de DNA. 3 PdH ente C y G y 2 PdH entre A y T
(U en ARN)
o
Son esenciales para la molécula de agua. Esta es un dipolo eléctrico; el
O tiene una gran densidad de carga – y el H tiene una gran densidad
de carga +. Por este motivo, se establecen PdH entre el O de una
molécula y los H de otra.
Además esto es responsable de las propiedades del agua,
indispensables para la vida.
i.
ii.
iii.
iv.
v.
El agua es líquida porque los PdH mantienen las moléculas
unidas.
Difícil de evaporar el agua porque hay que romper estas
uniones.
Presión del vapor de agua: 44 mmHg
Elevado calor específico
Baja conductividad térmica
Elevada conductividad eléctrica
5
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vi.
vii.
viii.
Disolvente universal para compuestos polares
Elevada tensión superficial
Aumenta el volumen al congelarse (se convierte en una
estructura cristalina de tipo hexagonal)  Disminuye la
densidad  El hielo flota sobre el agua lo que asegura la vida
en los mares y lagos más fríos.
Consideraciones sobre estas 4 fuerzas:
1. Con mucho, las fuerzas más importantes son las fuerzas de interacción hidrofóbicas.
2. Las bicapas tienen tendencia evidente a:
a. Ser extensas
b. Cerrarse sobre sí mismas
c. Autorregenerase en caso de que haya un agujero. No puede haber grupos
hidrófobos expuestos al H2O.
3. La razón termodinámica última para la formación de bicapas lipídica es que los
sistemas evolucionan hacia entropías mayores, hacia el desorden. En la interfase
apolar el H2O tiene poco espacio y tendería a ordenarse como cristales de hielo así que
el H2O se separa espontáneamente para no adquirir más orden.
4. En la membrana hay una distribución asimétrica de los lípidos. Para lograr esto no
basta con el simple proceso de autoasociación espontánea aleatorioa. Se requieren
tres enzimas que son:
a. Flipasa: coloca fosfatidilserina y fosfatidiletanolamina hacia el LIC.
b. Flopasa: coloca fosfatidilcolina y esfingomielina hacia el LEC.
c. Escramblasa
En apoptosis “fallan” las flipasas y se produce la externalización de
fosfatidilserina. Esta molécula expone al exterior su grupo –OH. Esto se considera señal
de apoptosis.
FLUIDEZ DE MEMBRANA
La membrana tiene un carácter fluido, semilíquido. (
). Esta
fluidez se asegura con la presencia de ácidos grasos monoinsaturados combinados con ácidos
grasos saturados.
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Las insaturaciones de las cadenas pueden ser de tipo CIS (mayor ángulo de separación)
o de tipo TRANS (menor ángulo de separación). Son más abundantes los enlaces tiPo CIS En
cualquier caso, las moléculas están menos juntas y por eso interaccionan menos.
16 C
18 C
20 C
ÁCIDOS GRASOS
Saturados
Insaturados
16:0 Palmitato
18:1 Oleico
18:0 Estearato
18:2 Linoleico
18:3 Linolénico
20:4 Araquidónico
ELASTICIDAD Y FLEXIBILIDAD
La elasticidad y la flexibilidad dan a las membranas un carácter plástico y de
deformación ireversible. Es la propiedad opuesta a la rigidez (
) y
depende de la composición lipídica:

Colesterol: elasticidad. Ejemplo: las membranas de los eritrocitos.
El colesterol es reponsable de la recuperación de la membrana tras un
estiramiento.

Cardiolipina: rigidez. Ejemplo: la membrana de las mitocondrias
La fluidez y la elasticidad de la membrana son propiedades especialmente importantes
para los eritrocitos puesto que deben estirarse mucho para atravesar capilares de 5 µm de
diámetro (para esto también es relevante su carácter anucleico) y luego recuperar su forma
bicóncava original.
2.2 PROTEÍNAS DE MEMBRANAS
Las proteínas de membrana son más funcionales que estructurales.
ANÁLISIS QUÍMICO
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1. Soluciones iónicas para atraer iones.
2. Detergentes: separan lípidos de proteínas y proteínas de proteínas. El gel más empleado es
el SDS (dodecil SO4 sódico). Sobre la disolución resultante se hace una…
3. Electroforesis PAGE (electroforesis en gel de poliacrilamida)
4. Análisis por microscopía electrónica de criofractura: permite la visualización de proteínas.
Unas de las proteínas más importantes son las transmembrana. Tienen por lo menos tres
dominios:
a. Dominios en contacto con el agua: aminoácidos hidrofílicos (Asp, Glu, Lys,
Tir...)
b. Dominio en contacto con los lípidos: aminoácidos hidrofóbicos (Val, Leu, Iso,
Gly…)
EJEMPLOS DE LAS FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS DE MEMBRANA
o
CAM (moléculas de adhesión celular). Son proteínas encargadas de unir dos células (o
células – mb. basal). Existen cuatro tipos de adhesiones que se encuentran en los
enterocitos del duodeno.
Tipos de adhesiones:
1. Zónula occludens. Las proteínas occludina y claudina crean un cinturón, un
pespunte en la membrana apical de la célula. La fuerza de estas uniones determina
la permiabilidad transcelular como en el túbulo contorneado proximal y distal del
riñón.
2. Zónula adherens: Zonas que mantienen unidas dos células que estén contiguas
Una variante de estas uniones son las adhesiones focales que unen las células
con la membrana basal.
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3. Desmosomas: uniones similares a las anteriores pero con más fuerza. Las placas de
anclaje están formadas por placo y mioglobina. A estas placas se unen filamentos
de queratina, filamentos muy rígidos y con una gran resistencia. (La queratina es la
proteína más abundante en la naturaleza)
Al igual que en el caso anterior, también presentan una variante, los
hemidesmosomas que unen la célula a la mb. basal.
4. Gap junctions o uniones de hendidura: Crean un canal iónico que conecta una
célula con otra de manera que funcionen como una célula única. Los tejidos en los
que ocurre esto se llaman tejidos sincitiales (aurículas y ventrículos del corazón o
músculo liso del tracto gastrointestinal.
o
Glicocálix: las proteínas permiten la
formación del glicocálix, una cubierta de
glúcidos que envuelve las células. Estos
glúcidos forman un capa de H2O
gelificada, una membrana hídrica que
rodea la célula.
o
Las proteínas de membrana tienen una
función esencial en los eritrocitos ya que
son las responsables de se estructura tridimensional.
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o
Por último, son muy importantes las proteínas implicadas en los mecanismos de
señalización hormonal.
Parte 2: Proteínas de membrana
implicadas en los mecanismos de acción
hormonal
Las hormonas que viajan por la sangre deben transmitir su señal al núcleo para que se
produzca una respuesta por parte de la célula. Según la naturaleza de estas hormonas
tendremos dos mecanismos de acción.
Mecanismo 1: la señal entra en las células a través de R7DTM (receptor con 7 dominios
transmembrana) o a través de RTK (receptor tirosina quinasa).
o
o
Hor. petídicas: INS, GON, GH, PTH, CAL, FSH, LH, PRL
Hor. derivadas de aa: AND, NAD, DOP, SER.
Aunque T3 y T4 son derivadas de aa. no actúan mediante este
mecanismo porque su alto contenido en yodo les hace ser liposolubles.
Mecanismo 2: la hormona atraviesa la mmbrana lipídica y se une a su receptor que
puede estar bien en su núcleo, bien en su citoplasma. El complejo HR se transloca al núcleo (si
es que no está ya allí) y activa la transcripción; es un factor de transcripción.
o
Hormonas liposolubles: EST, PROG, TES, COR, ALD, VIT D… T3 y T4
Estos dos mecanismos se pueden emplear para factores de señalización, citoquinas…
A continuación, se va a estudiar R7DTM.
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R7DTM DE MEMBRANA ACOPLADOS A PROTEÍNAS G
1. La hormona sale del capilar y llega hasta el receptor R7DTM.
2. Este está asociado a la proteína G, una proteína trimérica (α, β y γ). Cuando está inactiva
hay un GDP pendiendo de la subunidad α. Con la llegada de la hormona, la proteína G se
activa, es decir, la subunidad α se separa de las otras dos y el GDP se cambia por un GTP.
3. El GTP activa una enzima. Existen 5 tipos:
I. AC (adenilato ciclasa)
II. GC (guanilato ciclasa)
III. PDE (fosfodiesterasa E): en conos y bastones
IV. PLC-β (fosfolipasa C β)
V. PLD (fosfolipasa D)Ejemplo 1 de MAH vía receptor R7DTM: Receptor β-1 para ADR
en el corazón
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1. La ADR y NAD llegan a través de los vasos (desde la gl.suprarrenal) o a través de las
varicosidades del SNV-S (sólo NAD) y hacen contacto con el R7DTM.
2. Por los mecanismos descritos en la página anterior se activa la AC. El resultado de esta
activación es que un ATP se transforma el AMPc, el 2º mensajero que antes se describió.
3. El AMPc se une al centro alostérico de la región reguladora de la PKA. La parte catalítica se
libera entonces y puede realizar su acción:
a. Por un lado, provoca la apertura de los canales calcio y este entra en la célula. Se
produce el primer incremento de calcio.
Este es captado por el REL (calciosoma) y esto hace que se abran a su vez los
canales de los depósitos de calcio que están en su interior liberándolo al
citoplasma. Tiene lugar el segundo incremento de calcio. El resultado de estos dos
incrementos es un aumento en:
i. La frecuencia de formación del impulso del marcapasos y con ello la
frecuencia de los latidos (cronotropismo).
ii. La velocidad de la conducción de la excitación sobre todo en el nódulo AV
(dromotropismo).
iii. La fuerza de la contracción del músculo cardiaco previamente distendido,
o sea, la contractilidad cardiaca (inotropismo)
b. Por otro lado, la PKA activada se transloca al núcleo. Aquí activa a
i. CREBP - CREBP(homodímero)
ii. ATF-4 - CREBP (heterodímero).
Estos son factores de transcripción, comienza a transcribirse el mensaje genético.
Esta es la vía genómica.
CREBP: proteína de unión al elemento de respuesta al AMPc.
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Consideraciones

Se produce una señal en cascada que se va amplificando.

Todas las hormonas son directa o indirectamente factores de transcripción. Para
entender este hecho veamos resumidamente el esquema del mecanismo de
funcionamiento de los genes tipo II.
Mecanismo de acción de los genes tipo II
En una hebra de la cadena de DNA podemos encontrar genes. Si se hace zoom sobre
uno de estos genes podemos ver tres regiones.



La región “up-stream” (“upregulated”), hacia el extremo 3’
El gen
La región “down-stream”(“down-regulated”), hacia el extremo 5’.
Región intermedia; gen.
El gen está comprendido entre una región inicial “L” y una región terminal “T”. Entre
ambas se encuentran exones e intrones salteados (hipótesis: estos cumplen una función
reguladora). El gen es la región que se transcribe a RNAm cambiando A por U y desoxirribosa
por ribosa.
Características de la transcripción:



Selectiva: sólo se transcribe una parte
Monocatenaria: sólo se transcribe una cadena
Reiterativa: se copia el mensaje muchas veces.
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La cadena que está recién transcrita se llama nhRNA (RNA heterogéneo nuclear) y es
un RNA inmaduro. Para que madure el spliceosoma multiproteico realiza el “splicing”
alternativo, es decir, elimina intrones, la región L y la T.
El RNAm maduro es capaz de salir del núcleo a través de los poros y entra en el lumen
del RER (se continúa con el núcleo). Las ribosomas asociados a la membrana traducen el
mensaje a proteínas. (El REL no interviene para nada en este proceso) Estas proteínas pasan al
Golgi donde se da la modificación transduccional (translacional) de proteínas. Para esto, las
proteínas inmaduras viajan en vesículas desde el RER a la cara CIS de Golgi y pasan a través de
las distintas pilas del aparato. Cuando ya están bien plegadas, salen por la cara TRANS rumbo a
la membrana. Las vesículas se fusionan con la bicapa lipídica y las proteínas son exocitadas.
También es posible que estas membranas queden insertas en la membrana o en el propio
citosol.
Mediante este proceso se consigue que con 30.000 genes tengamos 200.000 proteínas.
Región “up-stream”, “up-regulated”
La region inmediatamente anterior al gen (nucleótidos 0 a -120) se llama región
promotora y es el lugar de unión para la RNA polimerasa con su subunidad σ y para los factores
de transcripción generales. Estas moléculas reconocen secuencias muy características como la
caja TATA y CAAT.
Sin embargo, anteriores a la región promotora hay unas secuencias denominadas
“enhancers” que se activan con factores de transcripción especiales. Suelen ser hexámeros de
secuencia palindrómica (Ej.: ATGGTA). La activación de los enhancers hace que la activación del
promotor sea más potente y la transcripción más rápida.
En cualquier caso, como se puede deducir de lo dicho anteriormente, hay dos tipos de
factores de transcripción:


FdT generales: se expresan en todos los tejidos y se unen al promotor. Ejemplos:
SP1  CTF
TFIIA, TFIIB, TFIID…
FdT especiales: están implicados en los mecanismos de acción hormonal (MAH). Se
expresan solo en algunos tejidos y se unen a los enchancers.
Región enhacer (hexám. palindrom.)
Factores de transcripción
GRE (glucocort. response element)
Para hor. estrogénicas, T3, T4 y Vit.D
Complejo HR (hormona-receptor)
CRE
FSH, LH, ADR, NAD, GON. Hor que actúen vía AMPc.
CREBP
ATF-II (activating transcription factor)
ISRE (interferón α response element)
STAT (signal transduction & activation of transcription)
GAS (γ interferón response element)
STAT
AP-1 (activador de proteína 1)
JUN y ATF-II
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Finalización de la acción iniciada por receptor β1
1. Endocitosis del receptor
El binomio (β-γ) que ha quedado en la membrana actúa sobre la enzima Beta adrenergic
receptor kinase (also referred to as βARK or BARK) que puede estar en el citosol o en la
membrana. BARK fosforila al receptor β1. Esto facilitará que la enzima β-arrestina se una al él.
Se produce entonces la endocitosis del receptor. La vesícula de endocitosis se fusiona
con un endosoma donde se digieren los componentes por hidrolasas, petidasas, etc.
2. Desactivación del AMPc
El 3’,5’-AMPC es desactivado por la PDE (fosfidiesterasa E) activa. Esta corta el enlace
entre el grupo fosfato y el hidroxilo del C3’.
La PDE puede ser desactivada por unas sustancias llamadas metilxantinas que se
encuentran en la cafeína, la teína. En consecuencia, el AMPc permanece más tiempo activado.
Para que la PDE vuelva a estar activa debe producirse un nuevo incremento de Ca2+.
3. Acción GTPásica de la subunidad α.
La propia αs, una vez que ha cumplido su cometido, rompe el GTP. Se libera un grupo
fosfato y la αs-GDP se une de nuevo al binomio (β-γ).
4. Disminución de [Ca+2] en el citosol
a. Calcio ATPasa. Bombea calcio hacia el espacio extracelular donde la [Ca+2] es 1000
veces superior a la [Ca+2] intracelular.
b. También se recoge en el REL.
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Ejemplo 2 de MAH vía receptor R7DTM: Receptor α-1 adrenérgico
Este receptor se encuentra en las células de músculo liso que están en las paredes de
arterias y venas. Al igual que en el ejemplo anterior ADR y NAD se unen a él provocando la
activación de la proteína Gq.
La subunidad αq activa la PCL-β (fosfolipasa β. Esta enzima corta el fosfatidil-4,5difosfato. Como resultado se obtiene:

DAG (diacilglicerol).
El DAG es capaz de activar la PKC ( PKA). Esta tiene dos funciones
básicamente:
1. Fosforilación de los canales de calcio. 1er incremento de calcio
intracelular.
2. Translocación al núcleo. Activación del JUN inactivado y formación
de homodímeros (JUN-JUN) que se unen a los “enhancers”.
Es posible que también ejerza otras acciones sobre las bombas Na+--K+ y sobre
las mitocondrias.

IP3: Inositol difosfato que se fosforila en su carbono 1 y se transforma en IP3 (inositol1,4,5-3P) el cual:
1. Está implicado en los procesos de recuperación de fosfoinositósidos.
2. Abre los canales de calcio IP3 dependientes del REL. 2º incremento de
calcio.
Los dos incrementos de calcio provocan la contracción de las fibras musculares del vaso
sanguíneo.
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Ejemplo 3 de MAH vía receptor R7DTM: ácido araquidónico
Para estudiar este modo de acción vamos a centrarnos en una plaqueta. Cuando la
ADR circulante se une a R7DTM, la subunidad αq se libera de la proteína Gq y cambia su grupo
GDP por un grupo GTP. Esta molécula activa la PLD (fosfolipasa D) la cual actúa sobre la lecitina
(fosfatidilcolina) rompiendo el enlace entre la colina y el grupo fosfato.

Colina: regresa a la membrana y vuelve a formar una lecitina.

DAG-P (diacilglicerol fosfato)
o Puede desdefosforilarse con la ayuda de una fosfatasa y se transforma en un
diacilglicerol capaz de activar una PKC (ver ejemplo anterior). Este proceso es
reversible. El DAG puede fosforliarse y volver a ser un DAG-P gracias a la
acción de una DAGK (diacilglicerol quinasa). Para esto se emplea ATP.
o La PLA2 (fosfolipasa A2) corta en el enlace ester del C2’ del DAG-P y libera por
un lado:
 Ácido lipofosfatídico
 Ácido araquidónico. Este puede seguir dos vía diferentes
 Por la acción de COX (cicloxigenasa) da origen a
prostaglandinas y tromboxanos, encargados de la inflamación
y de la agregación plaquetaria respectivamente. Además, COX
es la enzima encargada de activar la producción de las células
mucosecretoras del estomágo y del HCO3-.
 Por la acción de LPO (lipofosfatídicos), da lugar a leucotrienos.
Estas moléculas son proinflamatorias y tienden a disminuir el
diámetro de los bronquios. Por este motivo el tratamiento
contra el asma se hace con leucotrienos.
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Aspectos farmacéuticos

La administración de cortisol y corticoides en grandes cantidades tiene efectos
antiinflamatorios ya que inhibe la PLA2. En consecuencia, también se inhibe la
agregación plaquetaria y la sangre se vuelve más líquida, menos viscosa.
Otros efectos del cortisol es el aumento de la glucemia y la disminución de la
producción de proteínas.

La administración de aspirina (paracetamol, ibuprofeno?) inhiben a COX también tiene
un efecto antiinflamatorio.
Atención: la administración de estos dos medicamentos inhibe la producción de moco en el
estómago por eso deben tomarse junto con protectores gástricos (protegen la mucosa de los
ataques del ácido clorhídrico).
CURIOSIDAD. Raymond P. Ahlquist el que ideó los conceptos de receptores α y β lo que
abrió la puerta al desarrollo del propanolol. El propanolol es un hito en la historia de los
medicamentos por ser el precusor de los tratamientos para trastornos del corazón y HTA
grave.
RECEPTORES TIROSINA KINASA (RTK)
El mejor ejemplo para estudiar estos receptores es el mecanismo de la insulina (lección
78 del Guyton).
Receptor de la insulina
El receptor de la insulina es una
combinación de cuatro subunidades enlazadas a
través de puentes disulfuro: dos subunidades α,
que se encuentran totalmente fuera de la
membrana celular, y dos subunidades β, que
atraviesan la membrana y sobresalen en el interior
del citoplasma.
La insulina se une a las subunidades α del
exterior de la célula pero, debido a su unión con las
subunidades β, las porciones de estas últimas que
se introducen en el interior de la célula se
autofosforilan (en el grupo –OH de los residuos de
serina). El receptor de la insulina es, por tanto, un
ejemplo de receptor unido a enzima.
La autofosforilación de las subunidades β
del receptor activa a una tirosina cinasa local
(fosforilandola en residuos de tirosina), que, a su
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vez, fosforila a otras muchas, entre ellas a un grupo llamado sustratos del receptor de insulina
(IRS, insulin-receptor substrate). IRS puede unirse bien a PI3K (fosfatidil inostol 3 kinasa) bien a
Grb2 (bound to GH). Por este mecanismo, la insulina dirige la maquinaria intracelular para
provocar los efectos deseados sobre el metabolismo de los hidratos de carbono, los lípidos y
las proteínas.
VÍA PI3K (vía rápida)
La insulina se une a su receptor quien se autofosforila y fosforila a la tirosina quinasa.
Esta es responsable de la activación de IRS. Cuando PI3K/p85 se activa por un cambio
conformacional al entrar en contacto con esta enzima, es capaz de fosforilar al fosfatidil
inositol-4,5-difosfato en su C3’. De este modo se consigue tener un PI3P (fosfatidil inositol3,4,5-trifosfato) en la membrana.
Esta molécula es capaz de transformar la PDK (quinasa) inactiva en PDK activa. El
principal efecto de esta quinasa es fosforilar la ATK (también llamada PKB o RAC) activándola.
La ATK es la pieza clave para que se den los efectos metabólicos de la insulina:
1. Aumenta el transporte de glucosa al interior de la célula. La ATK es responsable de que
las vesículas que contiene GLUT-4 se liberen de manera que los transportadores
queden anclados en la membrana.
2. Activación de la glicolisis. El aumento de la glucosa intracelular hace que la ATK active
la glucoquinasa (GK) quien añade un grupo fosfato al C6’ de una glucosa.
3. Activación de la glucogenogénesis. Aunque comienza el proceso de glucolisis, la [Glu]
es tan grande que comienza a almacenarse en forma de glucógeno. Para ello, se
fosforila la glucógeno sintasa fosforilasa (GSPasa). Esta enizma desfosforila a otra, la
glucógeno sintasa para activarla de manera que se pueda llevar almacenar la glucosa
como glucógeno. (MIRAR ESQUEMA)
4. Inhibición de la glucogenolisis. La célula ya tiene suficiente glucosa por tanto es una
tontería romper las reservas de glucógeno.
5. Inhibición de la gluconeogénesis por el mismo motivo.
6. Aumento del transporte de aminoácidos y de la síntesis de proteínas. Inhibición de la
proteolisis. Se fosforilan las proteínas tubulares del citoesqueleto. En consecuencia, los
transportadores pasan del citoplasma a la membrana. Comienzan a entrar
aminoácidos en la célula y estos se emplean en la síntesis de proteínas.
Se puede observar que la gluconeogénesis queda disminuida por dos motivos
distintos:
o
Inhibición de las enzimas piruvato carboxilasa y PEP-CK (carboxikinasa).
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2º Medicina
o
Disminuyen los sustratos porque se emplean en otros procesos)
Además, especialmente en tejido adiposo…
7. Desplazamiento al endotelio de LPL. La ATK activa la síntesis de LPL (lipoprotein
lipasa). Esta enzima hidroliza las lipoproteínas (VLDL, LDL, IDL, unidos a albúmina, etc.)
que viajan por la sangre transportando ácidos grasos (si estos viajasen libres, se
produciría una embolia grasa). De esta manera los ácidos grasos pasan al interior de la
célula donde se almacenan en forma de TAG. Este proceso se ve favorecido por la
abundancia de glicerol fosfato que hay en la célula como consecuencia del aumento de
glucosa.
8. Inhibición de la LSH (lipasa sensible a hormonas). Se inhibe la degradación de TAG.
Por dos estos últimos efectos se dice que la insulina es una hormona hipolipomiante.
Además se explica porque la DM cursa con hiperlipemia e hipercolesterolemia.
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VÍA Grb2-SOS  p21-RAS (vía más lenta)
La insulina se une a su receptor quien se autofosforila y fosforila a la tirosina quinasa.
Esta es responsable de la activación de IRS y este, a su vez, de activar a Grb2-SOS.
Grb2-SOS provoca que p21-ras unido a GDP y a la membrna pase a la conformación
activa, capaz de ejercer su acción quinasa. Para ello sale el GDP y en su lugar se une un GTP.
Permanece unido a la membrana. Este cambio de conformación es reversible. La enzima GAP
(proteína activadora GTPasa) elimina un grupo fosfato del GTP y hace que p21-ras vuelva a
conformación inactiva.
Pero volvamos con p21-ras activa. Debido a su acción quinasa, fosforila a c-raf. Esta
proteína activa puede activar a su vez a MAPK (mitogen activated protein kinase), también
llamada MEK (mitogen estimulated kinase). Esta molécula es fundamental ya que realiza tres
acciones fundamentales:
1. Inhibe, por un mecanismo de retroalimentación negativa, a Grb2-SOS.
2. Activa las RKS (quinasa de ribosomas) p70 y p90. De esta manera se aumenta la
síntesis de proteínas. Se trata de una acción rápida (10’-15’).
3. Por último, se transloca al núcelo donde provoca la dimerización de JUN y ATF. Este
factor de transcripción se une a los “enhancers” y provocan proliferación y mitosis
moderadas. Esta vía también es empleada por GH, ILF-1 y otros factores de
crecimiento.
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Parte 3: Equilibrios de membrana
COMPOSICIÓN DE LOS DISTINTOS COMPARTIMENTOS
CAPILAR
152
108
5
5 (2’5 mM/l)
24
1,8
1
2
LEC
142
103
4’5
5
24
1,8
1
2
LIC
10
4
140-160
2 x 10-3
10
58 [ATP]
2
113
Gluc (mg/100 mL)
Prot. totales
(g/100ml)
Lip. Totales
(mg/100ml)
80-120
6’5-8
80-120
2
0-20
16 (depende mucho de tejido)
500
500
pO2 mmHg
95 (A)
40 (V)
40 (A)
45 (V)
40 (cte Hb)
23
45
46
7’42
7’42
7 (o más bajo por los productos
ácidos del metabolismo)
+
Na (mEq/L)
Cl- (mEq/L)
K+ (mEq/L)
Ca++ (mEq/L)
CO3H- (mEq/L)
Mg++ (mEq/L)
(SO4) (mEq/L)
(PO4) (mEq/L)
pCO2 mmHg
PH
2.000-10.000
Consideraciones a tener en cuenta:
1. La composición del plasma es muy similar a la del líquido intersticial salvo por:
a. [Na+] plasma = 150  [Na+] intersticial = 142
b. Proteínas plasmáticas 8%  proteínas del líquido interticial = 2%
Hay 4 veces más proteínas dentro del capilar que fuera por eso el agua
tiende a entrar y se crea una presión osmótica dentro del capilar
c. Iones
2. En cualquier caso, el LIC no tiene nada que ver con el LEC o el plasma. Ello es debido a
la membrana que actúa como una barrera semipermeable muy selectiva.
3. Si tengo un pH de 7’42, ¿qué [H+] tengo en el plasma?
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4. Casi el 90% de los solutos del LEC son sal.
En total en cada región hay aproximadamente 300 mMol de solutos.
LEYES DEL EQULIBRIO DE MEMBRANA O LEYES DE DONNAN.
Consideremos que tenemos une recipiente lleno de agua en el que hay dos
compartimentos separados por una membrana dialítica (que deja pasar el agua e iones
pequeños). En el compartimento A, tenemos 100 de proteínatos y 100 de K+. En el
compartimento B, tenemos 100 de Cl- y 100 de K+.
Si permitimos el intercambio de iones, el cloro pasa al compartimento A para igualar
las concentraciones a ambos lados y al hacerlo arrastra consigo algunos átomos de potasio. El
paso de un compartimento al otro cesa cuando se alcanza el equilibrio.
LEYES DEL EQUILIBRIO DE MEMBRANA.
1. ∑
∑
en cada compartimento.
2. Si comparamos los dos compartimentos: [
Para el ejemplo que estamos considerando:
]
[
]
3. La [C+] difusibles es mayor en el compartimento que contiene el ion grande no
difusible. Por este motivo, la concentración de K+ es mayor en el LIC que en el LEC.
4. El número total de iones (osmolaridad) es mayor en el compartimento A, por lo que en
ese medio se ejerce un efecto osmótico correpondiente a ese exceso de iones y pasa
agua a ese lado de la membrana. Debido a este paso de agua en ese compartimento
hay más presión que en el compartimento B. Esta presión se llama presión osmótica.
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LEYES DE NERNST
La ley de distribución de Nernst o ley de reparto es una generalización que gobierna la
distribución de un soluto entre dos solventes inmiscibles. La ley fue propuesta en 1931 por
Walther Nernst, que estudió la distribución de numerosos solutos en diversos disolventes.
Walter Nernst observó que si se coloca el polo negativo de un electrodo en agua y el
polo positivo en una célula sumergida en esa agua se obtenia un valor negativo que era el
potencial de membrana. Este valor depende de la célula pero es universalmente negativo.
Algunos valores de potencial de membrana
o
o
o
Enterocito: -60 mV.
Cél. muscular o axón: -80 mV.
Cardiomiocito: - 90 mV.
Si observamos esa célula de cerca…
El K+ sale de la célula y la gran mayoría vuelve a entrar.

La salida sale por canales para igualar las concentraciones a ambos lados de la
membrana. Se trata de una salida a favor de gradiente debida a un fenómeno químico.
El trabajo realizado por el K+ es:
[
[

]
]
En cambio, la entrada de K+ se debe a un fenómeno eléctrico; el potasio intenta volver
a entrar para compensar las cargas negativas de los proteinatos que quedan dentro de
la célula. El trabajo realizado para entrar es
. Si tenemos en cuenta
que
siendo “z” la carga del ion y “F” la constante de Faraday (96.500 C/mol)…
El signo negativo se debe a que se opone al trabajo osmótico:
uno saca iones y otros los devuelve a la célula
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Sin embargo, aunque, como ya se ha comentado, la gran mayoría del K+ regresa a la
célula parte queda fuera de la célula, algunos átomos de K+ quedan fuera, pegados a la
membrana, intentando compensar las cargas desde allí [Condensador]. Hay dos causas para
este fenómeno: por lado, la tendencia a salir es ligeramente mayor a la tendencia a entrar y,
por otro lado, no puede haber ningún ion sin compensar. Estos pocos iones que quedan fuera
son los responsables del potencial de membrana. Si todos regresasen al interior, este potencial
se disiparía.
Para calcular el potencial de membrana, igualamos el trabajo osmótico y el trabajo
eléctrico.
[
[
]
]
[
[
]
]
[
[

⁄
]
]
[
[
]
]
ECUACIÓN DE NERNST:
Algunas consideraciones para este hecho:
1. Si el K+ fuera el único ion permeable en reposo en condiciones fisiológicas, el potencial
de membrana sería igual al potencial del potasio. De hecho, esto ocurre en algunas
neuronas y cardiomiocitos por eso son células tremendamente polarizadas. Sin
embargo, en la mayoría de axones y células de músculo esquelético la Em es – 80 mV
porque sus membranas no son completamente impermeables al Na+; siempre acaba
entrando un poco en la célula.
2. Como ya se ha explicado, la tendencia a salir es ligeramente mayor que la tendencia a
entrar.
3. Podemos considerar la membrana desde un punto de vista eléctrico. Los proteinatos
están compensados desde fuera a través de la membrana por iones potasio. De hecho
los – 95 mV reflejan:
a. La magnitud del campo eléctrico negativo del LIC.
b. El trabajo realizado para separar lo que antes estaba unido.
4. Variaciones en [K+] del LEC.
a. Hipopotasemia: disminución de los niveles de potasio extracelular. Sale mayor
cantidad de potasio intracelular y la célula se hiperpolariza
b. Hiperpotasemia: aumento de los niveles de potasio extracelular. Sale menor
cantidad de potasio y este queda retenido en el interior de la célula. La célula
se despolariza.
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5. Ecuación de Nernst aplicada a otros iones (concentraciones en mmol/L)
LEC
LIC
Na+
140
10
Cl-
113
4
Ca+2
1,2
10-3
H+
pH= 7’4
pH= 7’0 (o más ácido)


Potencial ese ion
La entrada de sodio se puede producir por la apertura de los canales debido a la
interacción con ligandos (neurotransmisores, etc.)
Se puede observar que la entrada de cloruro tiene el mismo efecto que la salida de
potasio.
27