El Hombre como sistema integrado. Sistemas ...
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El Hombre como sistema integrado. Sistemas compartimentales Segunda parte
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El Hombre como sistema
integrado.
Sistemas compartimentales
Segunda parte
Grandes mecanismos
disipativos y sus fuerzas
impulsoras
◼ Entre los compartimientos y en el seno de ellos , es
posible observar la existencia de gradientes de
diversos tipos, los cuales determinan flujos de
masa y energía a traves del sistema.
◼ Recordar: El sistema se encuentra en estado
estacionario, por lo que estos gradientes se mantienen
y ello demanda un gasto de energía
Gradiente y fuerza impulsora
◼ Gradiente: Es la variación de cierta
magnitud en función de la distancia
◼ Fuerza impulsora: Es la que da origen a los
movimientos o desplazamientos de agua y/o
solutos entre o dentro de los compartimientos
Gradiente Químico
Difusión:
◼ Cuando entre 2 puntos de 1 sistema existe
una diferencia de concentración, la misma
tiende a disiparse: difusión neta ( tinta en
agua)
◼ El movimiento de partículas es al azar, esto
se debe a la agitación térmica, a más calor
más agitación
Gradiente Químico
◼ Por agitación térmica
las partículas se
difunden de 1 a 2 o
de 2 a 1: Flujo (J)
unidireccional
simultáneo
◼ Flujo neto de difusión
(J) va de > a <
concentración
Ley de Fick
◼ Factores de los que
depende el flujo neto de
difusión
◼ Gradiente de
concentración: es DC La
variación de la
concentración del soluto,
en función a la DX
variación de la distancia
que los separa
Ley de Fick
◼ J =
◼ J = moles . s-1 .cm-2
D . A .DC
DX
Coeficiente de difusión (característica de la especie que se
difunde y del medio en el que lo hace(cm2.s-1)
Área de pasaje (cm 2)
Variación de la concentración
(mol . cm-3)
Distancia que los separa (cm)Flujo neto de difusión
Ley de Fick
◼ Si reemplazamos D por Dm (coeficiente de difusión de
una especie de membrana) nos va a determinar la
especie de membrana y el espesor en relación a
cada soluto
◼ y como Dm/DX tiene una relación constante, e
indica con que velocidad atraviesa un soluto
determinado 1 membrana determinada, lo
llamamos Pe (coeficiente de permeabilidad (cm . S-1))
Velocidad de difusión
◼ Depende de:
❑ La magnitud del gradiente de concentración.
◼ A mayor gradiente mejor será la difusión
❑ Permeabilidad de la membrana.
◼ Membrana neuronas 20 veces más permeable al K+ que al Na+.
◼ Temperatura
◼ A mayor Tª, mayor velocidad
◼ La superficie de difusión
◼ Microvellosidades incrementan el área de difusión.
Difusión y potencial químico
◼ La disipación de un gradiente libera cierta energía y por
ende permite la realización de un trabajo
◼ El potencial químico(m) expresa la energía libre asociada
a este gradiente y disponible para realizar un trabajo.
◼ El potencial químico(m) es función de la concentración
Gradiente eléctrico
◼ Esta asociado a las funciones biológicas:
potencial de membrana, contracción
muscular, etc.
◼ La Fuerza impulsora para mover cargas es la
diferencia de potencial (D V)
Gradiente Eléctrico
◼ Movimiento de iones: Flujo eléctrico o iónico ( J ionico)
es directamente proporcional a D V y depende de la
permeabilidad de membrana para cada ión
J ionico=Pe . A . DV
Pe: coeficiente de permeabilidad de
membrana
A: área
DV: diferencia de potencial
Gradiente electroquímico
◼ Existen 2 fuerzas impulsoras que afectan a la
partícula
◼ Ej: ión Na+Extracelular Intracelular
Por gradiente químico entra ión Na+
Por gradiente eléctrico entra ión Na+-+ DV de membrana
Gradiente osmótico
◼ Se genera un gradiente osmótico
entre dos soluciones separadas
por una membrana cuando existe
una diferencia de osmolaridad
(OsM) entre ellas.
Compartimiento I: agua
Compartimiento II sacarosa
Membrana semipermeable entre
ambos compartimientos
El pasaje de agua desde I a II se
conoce como ósmosis
◼ Si se ejerciera presión hacia
abajo del lado del
compartimiento II ( en donde
se encuentra el soluto), el flujo
de agua que debería ocurrir de
I a II no aparecerá
La diferencia de concentración
osmolar entre I y II estaba creando
un flujo neto de agua de I hacia II
como consecuencia de la presión
hidroestática
Ósmosis
◼ La ósmosis es el flujo del solvente hacia el
◼ compartimento con mayor concentración del soluto.
◼ Presión osmótica equivale a la presión que se
◼ debería ejercer para evitar el flujo del solvente.
Ósmosis
◼ Tonicidad: osmolaridad de una solución
respecto del plasma.
◼ Isotónico: osmolaridad igual al plasma.
◼ Hipertónico: osmolaridad mayor que la del
plasma.
◼ Hiportónico: osmolaridad menor que la del
plasma.
Gradientes de presión Hidroestática:
Filtración◼ Proceso por el cual un líquido es forzado a pasar a través de una
membrana u otra barrera debido a una diferencia de P entre los dos lados.
◼ La pared capilar es distinta de otras membranas que separan
◼ líquido intracelular del tejido intersticial
◼ - Existe diferencia de Presión → Filtración
◼ Depende de:
▪ Gradiente de P
▪ Superficie de la membrana
▪ Permeabilidad
◼ Es un proceso que se encarga de movilizar moléculas pequeñas hidrosolubles. Las moléculas se mueven a favor de un gradiente de presión hidrostática.
Filtración y diálisis.
◼ LA filtración es el pasaje neto de fluido a travez de una
membrana impulsado por un gradiente de presión
hidroestatica, la membrana es permeable a ciertos
solutos e impermeable a otros.
◼ Una solución que contiene proteínas, sales y pequeñas
moléculas, llamamos diálisis al proceso de filtración a
través de una membrana con propiedades que permiten
el pasaje de pequeños solutos pero retiene proteínas
Filtración y dialisis
◼ En insuficiencia renal severa las sustancias que deben eliminarse
por el riñón se acumulan en el liquido extracelular, por lo tanto
toxinas, agua y electrolitos deben ser eliminados artificialmente
mediante la utilización de hemodiálisis extracorpórea (pasaje por un
sistema de membranas semipermeables de plástico) por diferencia
de concentración entre la sangre del paciente y la solución de
diálisis las sustancias a eliminar se difunden entre ambos
compartimientos durante el tiempo necesario hasta que se elimina
el gradiente de concentración y como la solución fluye en forma
continua terminan siendo extraidas las sutancias a eliminar.
Las Barreras Biológicas
Lípidos de membrana
◼ La composición de las membranas afecta sus
propiedades:
◼ • El número de carbonos del ácido graso afecta el
espesor de la membrana.
◼ • El grado de saturación de los carbonos afecta la
movilidad de las colas hidrofóbicas
◼ • La naturaleza de la cabeza polar determina cuán
compacta es la capa lipídica
Lípidos de membrana
◼ Principales Lípidos:
◼ Fosfolípidos: formados por 1 cabeza de ácido
fosfórico (hidrófila, polar) y 2 colas ácidos
grasos (hidrófobas) saturados( +viscosa) o no
saturados( + fluida)
◼ Colesterol: estabiliza las membranas
(disminuye la fluidez y la permeabilidad)
◼ Glicolípidos 1 cabeza polar ( 1 o + azúcares)
solo estan del lado externo de la capa
Fluidez de las bicapas lipídicas
◼ La fluidez depende de:
◼ • Temperatura
◼ • Composición lipídica
◼ • Grado de saturación de
las colas hidrofóbicas
Proteínas de membrana
Se dividen en
◼ 1) Intrínsecas o integrales: que se sumergen *-
profundamente en la Bicapa
◼ 2) Extrínsecas o periféricas, están sobre los
fosfolípidos retenidas por uniones químicas no muy
fuertes
Funciones: receptores, sistemas enzimáticos,
transportadores, canales , etc.
Mecanismos de pasaje de sustancias
◼ • Transporte pasivo
◼ a) Difusión simple
◼ b) difusion facilitada
◼ canales
◼ transportadores
◼ unico
◼ acoplado
◼ • Transporte activo
Difusión facilitada
◼ Movimiento con la ayuda de una proteína transportadora o de canal: continúa hasta que se alcanza el equilibrio.
◼ Este proceso permite el paso de iones pequeños tales como K+, Na+, Cl-,
◼ monosacáridos, aminoácidos y otras moléculas
◼
◼ Características:
➢ Favor de gradiente
➢ Especificidad
➢ Competición
➢ Saturación
Difusión facilitada
◼ Difusión facilitada a través de los canales proteicos:
Especialmente de pequeños electrolitos ( Na+,K+ H+) y
por el agua en ciertos casos
◼ Los canales son estructuras proteicas que atraviesan la
membrana celular y poseen varias características:
◼ Son selectivos en mayor o menor grado ( dejan pasar
casi exclusivamente a una sola especie iónica
◼ Pueden sufrir estados conformacionales que les permite
pasar de un estado abierto a otro cerrado
Difusión facilitada
◼ Que estén abiertos o cerrados depende de:
◼ Canales voltaje dependientes: en respuesta a cambios
en el potencial de membrana.
◼ Canales sensibles a presión: responden a estimulo
mecánico.
◼ Canales ligando dependientes: dependen de la unión de
una molécula especifica.
◼
Difusión facilitada
◼ El control de la permeabilidad por los canales es la base
de los fenómenos de excitabilidad
◼ Importante:
◼ Los iones se mueven a través de los canales por
gradiente eléctrico y químico.
◼ Los canales ionicos se hallan presentes en todas las
membranas presentan características particulares
Difusión facilitada
◼ Canales
◼ • Selectividad: especie
iónica determinada (Na+,
K+, Cl-, etc)
◼ • Compuerta:
constitutivamente abierto
o abierto - cerrado
◼ • Sensor: sensible a
ligando o voltaje
Difusión facilitada a través de proteínas
transportadoras.◼ Alta afinidad por el transportador sobre el que se fija.
◼ El transportador lleva la sustancia al otro lado de la
membrana donde es liberada.
◼ Puede funcionar en ambos sentidos.
◼ Diferencias fundamentales:.
◼ La mayor especificidad del pasaje
◼ El mecanismo puede saturarse ya que el número de
moléculas transportadas es limitado
Clasificación de proteínas
transportadoras◼ Transporte único (uniporte) transporta un solo soluto de
un lado a otro.
◼ Transporte acoplado: transferencia simultanea.
◼ A) Cotransporte (simporte) cuando se transportan dos
o mas solutos en la misma dirección.
◼ B) Contratransporte (antiporte) cuando se transportan
en dirección opuesta.
Transportadores
◼ Transportadores: tras
fijar las moléculas a
transportar (A), sufren un
cambio de conformación
(B) que permite a las
moléculas fijadas,
atravesar la membrana
plasmática.
Transportadores
◼ Hay tres tipos de transportadores:
Unitransportadores: llevan un
soluto una vez.
Cotransportadores:transportan
el soluto y co-transportan otro
diferente al mismo tiempo y en
la misma dirección.
Antitransporte: transportan
soluto hacia el interior (o
exterior) y co-transportan
soluto en la dirección opuesta.
Uno entra y el otro sale o
viceversa.
Transporte activo
◼ Transporte activo primario
◼ Bomba Na+/K + ATPasa
Transporte activo
◼ Requiere un gasto de
energía para transportar la
molécula de un lado al otro
de la membrana
◼ Características:
▪ En contra de gradiente de
concentración,
electroquímico o P; se
crea y mantiene un
desequilibrio
▪Requiere ATP
directo = transporte activo
primario
indirecto = transporte activo
secundario
Equilibrio energético
◼ El organismo maneja su equilibrio energético en tres etapas:
◼ 1) La energía química proveniente de los alimentos es almacenada
y concentrada en forma de moléculas de alta energía (ATP).
◼ 2) La energía química del ATP es utilizada para mantener un
gradiente de concentración fundamentalmente de Na+ (bomba de
sodio).
◼ 3) Este gradiente electroquímico es utilizado en diversas funciones
celulares (transporte de la infromacion, producción de trabajo
mecanico en el musculo, etc).
Bombas
◼ Utilizan energía (provista por
el ATP) para transportar
moléculas contra un gradiente
de concentración
◼
• Bomba de Na+/K+
ATPasa: saca 3Na+ y
mete 2 K+
• Bomba de Ca2+ ATPasa :
mantiene baja la [Ca] en
el LIC (10 -7 M).
• Bomba de H+/K+ ATPasa:
bombea [H+] del LIC a la
luz del estómago.
– Su inhibición reduce la
[H+]
Bomba Na+/K+ (Na+/K+ ATPasa)
• Se encuentra en todo tipo de célula
• Es una proteina integral (transmembranaria)
• Transporta corriente, es electrogénica
• Es responsable de las concentraciones intra y extra celulares de Na+ y K+
◼ Un tercio del ATP utilizado por
un animal en reposo se
consume para mantener la
bomba Na+/K+.
Líquido extracelular:
[Na+]
[K+]Líquido intracelular:
[Na+][K+]
Las bombas iónicas activadas por ATP
generan y mantienen gradientes iónicos
a través de la membrana plasmática.
Transporte activo
El valor del potencial eléctrico generado por la
diferencia de permeabilidad de los iones y su
distribución a ambos lados de la membrana es
de -70 mV, resultando el interior de la célula
negativo con respecto al exterior.
Transporte activo secundario
◼ Utiliza la energía para establecer un
gradiente a través de la membrana celular, y
luego utiliza ese gradiente para transportar
una molécula de interés contra su gradiente
de concentración
TA primario mantiene la
diferencia de concentración de
Na+ y K+
TA secundario ( cotransporte)
usa el gradiente de Na+ para
mover glucosa en contra de
gradiente
TA secundario (antiporter) usa
el gradiente de Na+ para
mover H+ contra su gradiente
Transporte activo secundario
◼ co -transportadores
Transporte mediado por vesículas
◼ Las vesículas y vacuolas que se fusionan con la
membrana celular pueden utilizarse para el transporte y
liberación de productos químicos hacia el exterior de la
célula o para permitir que los mismos entren en la
célula.
◼ Existe un tráfico constante de membranas entre la
superficie de la célula y su interior
◼ 1.- Endocitosis
◼ 2.- Exocitosis: hacia fuera de la célula
Exocitosis
◼ Las vesículas y vacuolas se fusionan con la membrana
celular para el transporte y liberación de productos
químicos hacia el exterior de la célula
◼
◼ Ej: Empaquetamiento de hormona en vesícula
secretoria, en respuesta a señales extracelulares, como
en el caso de la insulina
Endocitosis
◼ Fagocitosis:
- pseudopodos que rodean la partícula sólida.
- pseudopodos se fusionan formando una vesícula alrededor de la
partícula = vesícula fagocítica o fagosoma.
- digestión por enzimas liberadas por los lisosomas.
❑ Ej: células del sistema imnune.
Pinocitosis: se transporta líquido extracelular. La membrana se
repliega creando una vesícula pinocítica. Una vez que el contenido
de la vesícula ha sido procesado, la membrana de la vesícula
vuelve a la superficie de la célula.
Endocitosis
Endocitosis mediada por receptor: similar a
la pinocitosis. La invaginación de la membrana
sólo tiene lugar cuando una determinada
molécula, llamada ligando, se une al receptor
existente en la membrana. Las "fositas
recubiertas" ("coated pits") son invaginaciones
de la membrana donde se encuentran los
receptores.
PASIVOS DESCRIPCIÓN EJEMPLOS
Difusión simple
Ósmosis
Transporte pasivo
( difusión facilitada)
Filtración
ACTIVOS
Transporte activo
Cotransportadores
Antitransportadores
Endocitosis:
Fagocitosis
Pinocitosis
Exocitosis
PROCESOS DE TRANSPORTE
Movimiento de partículas a través de la bicapa lipídica o
por canales;de zonas de alta concentración a baja
concentracion ( a favor de gradiente)
Salida de CO2 de todas las cél; entrada
de Na+ en cél. nerviosas cuando
conducen un impulso nervioso
Difusión de agua a través de una membrana
selectivamente permeable en presencia de al menos 1
soluto no permeable
Difusión de las moléculas de agua
dentro y fuera de las células para
corregir los desequilibrios de la
concentración de agua
Difusión de partículas a través de una membrana
mediante canales o transportadores. Las partículas se
mueven a favor de su gradiente de concentración
Difusión de los iones sodio al
interior de las células; paso de las
mol de glucosa al interior de las
células
Proceso por el cual un líquido es forzado a pasar a través de
una membrana u otra barrera debido a una diferencia de P
entre los dos lados.
Difusión de sustancias a través de
los capilares sanguíneos
Movimiento de partículas de soluto desde zonas de baja concentración a zonas de alta ( contra gradiente) por medio de una bomba que consume energia en la membrana
En cél. musculares el bombeo de
iones Ca2+ a compartimentos
especiales ( o fuera de la celula).
Se transporta líquido extracelular. La membrana se repliega
creando una vesícula pinocítica. Una vez que el contenido de
la vesícula ha sido procesado, la membrana de la vesícula
vuelve a la superficie de la célula
Se transporta céluas o grandes moléculas. La membrana se
repliega creando una vesícula intracelular.
Atrapamiento de bacterias por los
leucocitos
Atrapamiento de grandes
moléculas proteicas por algunas
cel. del cuerpo
Las vesículas y vacuolas se fusionan con la membrana
celular para el transporte y liberación de productos químicos
hacia el exterior de la célula
Secreción de la hormona prolactina
por las células de la hipófisis
FLUJO DE H2O
◼ Acuaporina ◼ El transporte de
agua a través de las
membranas
biológicas es
◼ siempre pasivo
◼ • bicapa - baja
permeabilidad
◼ • acuaporinas -
canales selectivos
Barreras epiteliales
◼ Estructura e importancia:
◼ Compartimiento volumétrico: separado del medio
externo por una serie de barreras epiteliales.
◼ Barrera epitelial típica: esta formada por una serie de
células unidas por las denominadas uniones estrechas.
Reposan generalmente sobre una capa de tejido
conjuntivo y músculo.
Barreras epiteliales
◼ Por debajo de la capa de células epiteliales se
encuentra la lamina densa, las capas musculares y la
capa serosa, con sus capilares.
◼
◼ Lado seroso: es el lado del epitelio que “mira” hacia el
intersticio. La membrana de la celula epitelial que esta
en contacto con el lado seroso se llama membrana
basal.
◼ Se llama membrana apical a la membrana de la celula
epitelial que esta en contacto con la luz. Este lado se
conoce como Lado mucoso
Barreras epiteliales
◼ Los epitelios no son solo barreras que nos protegen del
medio ambiente sino que además regulan lo que
intercambiamos con el medio interno.
◼
◼ Una de la características principales de las células
epiteliales es su polaridad. La distribución de la bomba
Na+-K+ - ATPasa es diferente en ambas caras del
epitelio. Como la membrana basal y lateral son muy
parecidas se las conoce como membrana basolateral.
◼
Epitelios cerrado y abiertos:
◼ Se los conoce como cerrados o abiertos en función de la eficiencia
del sellado a nivel de las uniones estrechas y por sus características
eléctricas.
◼
◼ Cerrado: Es relativamente impermeable y existe una diferencia de
potencial transepitelial . Ej.: colon, tubulo colector de riñon.
◼
◼ Abierto: Existe un alta conductividad a los iones, la resistencia
eléctrica es mas baja y poseen poca capacidad de mantener
gradientes. Se encuentran en órganos responsables del transporte
de grandes volúmenes de agua. EJ.: El túbulo proximal, el intestino
delgado, tejidos glandulares que reabsorben o secretan, vesícula
biliar y plexo coroideo.
◼
"Nunca consideres el estudio como una obligacion sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravillosos mundo del saber."
Albert Einstein
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