TRANSPORTE A TRAVES DE MEMBRANA2

FISIOLOGÍA I http://www.uam.es/angeluis.villalon

Ángel Luis García Villalón

TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA

Tras estudiar este tema, usted deberá ser capaz de:

Homeostasis: Definir el concepto de homeostasis en los seres vivos.

Gradiente de concentración y potencial electroquímico: Predecir en qué dirección se moverá pasivamente un soluto, conociendo su carga

eléctrica y sus concentraciones en el interior y exterior de la membrana. Explicar la dirección del gradiente de concentración o potencial electroquímico

en la membrana celular de algunos solutos importantes, como la glucosa, el potasio, el sodio o el cloruro.

Transporte pasivo. Definir las características del transporte pasivo, y la dirección en que se producirá con distintas substancias. Difusión simple. Enumerar los tipos de substancias que son transportadas por difusión simple. Difusión facilitada. Explicar la necesidad de que exista difusión facilitada para algunas substancias, y cuáles son sus características. Explicar la regulación de los transportadores facilitados para la glucosa (GLUT1 a GLUT5). Predecir las alteraciones que se producirán por un trastorno de los mecanismos de difusión facilitada de glucosa. Enumerar otras substancias además de la glucosa que utilicen sistemas de difusión pasiva facilitada. Difusión por canales. Distinguir las características de la difusión por canales, en comparación con la difusión facilitada. Transporte activo. Definir las características del transporte activo. Transporte activo primario.. Definir el concepto de transporte activo primario y enumerar las funciones de algunos sistemas de transporte activo primario (bomba de Na+-K+, bomba de Ca2+, transportadores ABC). Transporte activo secundario o cotransporte. Distinguir las características del transporte activo secundario en comparación con el transporte activo primario. Distinguir el transporte tipo antiporte del tipo simporte. Enumerar las funciones de algunos sistemas de transporte activo secundario antiporte (Na+/Ca2+, Na+/H+) y simporte (Na+/glucosa o Na+/aminoácidos en el epitelio intestinal o del túbulo renal).


BIBLIOGRAFÍA

El libro de texto que he seguido principalmente en esta clase es:

Alberts B et al. Transporte de moléculas pequeñas a través de la membrana y base iónica de la excitabilidad de la membrana. En: “Biología Molecular de la Célula”, 3 Edición, Ed Omega, Barcelona, 1996, pgs. 541-587.

Si quiere profundizar más en estos temas puede consultar las siguientes referencias:

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ESQUEMAS



CANALES IÓNICOS


Características: Definir las características del transporte por canales (pasivo, selectivo, no saturable).

MECANISMOS DE ACTIVACIÓN : Enumerar los tipos de canales según su mecanismo de activación, y explicar en

qué situaciones se activa cada uno de ellos: • Dependientes de voltaje. • De rectificación interna. • Operados por ligando. • Controlados por segundos mensajeros. • Operados mecánicamente. • Regulados a nivel de la expresión en la membrana.

CLASIFICACIÓN DE LOS CANALES. Explicar los efectos sobre la célula, y las funciones de cada uno de los siguientes

tipos de canales: Acuaporinas De potasio. Dependientes de voltaje. Dependientes de calcio. De rectificación interna. Operados por ligando. Sensibles al ATP. De sodio Dependientes de voltaje. Epiteliales (ENaC). Catiónicos inespecíficos Operados por ligando. De rectificación interna (canales h y f).


De calcio Dependientes de voltaje (L, T, N, P, Q y R). Operados por ligando (receptores para el ATP). Sensibles al estiramiento. De cloruro Dependientes de voltaje (ClC-1). Operados por ligandos (receptores para GABA ó glicina). Controlado por AMPc (CFTR) .

BIBLIOGRAFÍA


Alberts B et al. Transporte de moléculas pequeñas a través de la membrana y base iónica de la excitabilidad de la membrana. En: “Biología Molecular de la Célula”,3 Edición Ed Omega,Barcelona, 1996, pgs. 541-587.


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TRANSPORTE A TRAVÉS DE ENDOTELIOS Y EPITELIOS


Compartimentos del espacio extracelular: Explicar la necesidad del transporte epitelial para mantener las diferencias de composición en algunos compartimentos del líquido extracelular.

Características del transporte epitelial: Explicar el papel de la polaridad de los epitelios y de las uniones estrechas en

relación con el transporte epitelial. Comparar y distinguir el transporte transcelular y el transporte paracelular. Predecir qué cambios se producirán cuando se altere el transporte de iones y

agua en el epitelio intestinal o del túbulo renal (por ejemplo, en la diabetes insípida, el cólera o en la fibrosis quística).

BIBLIOGRAFÍA


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ESQUEMAS



CONTRACCIÓN MUSCULAR


Tipos de músculo: Distinguir los tres tipos de músculo y explicar las características que los diferencian.

Músculo esquelético: Explicar el mecanismo de la contracción muscular, desde la producción del

potencial de acción en la membrana celular hasta el deslizamiento de los filamentos finos y gruesos del sarcómero. Explicar el papel de los túbulos T de la membrana celular. Explicar la interacción entre los receptores de dihidropiridinas en la membrana plasmática, y los receptores de rianodina en la membrana del retículo sarcoplasmático.

Justificar porqué se puede producir sumación de contracciones en el músculo esquelético, y definir el fenómeno del tétanos. Distinguir el tétanos de la contractura y del fenómeno de la escalera.

Fatiga: Definir el fenómeno de la fatiga muscular. Distinguir los mecanismos de la fatiga que se produce tras un ejercicio intenso,

de la que se produce tras un ejercicio prolongado, y explicar el papel del exceso de fósforo inorgánico citoplasmático y de la falta de glucógeno en una y en otra.

Predecir qué factores determinan la resistencia a la fatiga en un ejercicio intenso y en un ejercicio prolongado.

BIBLIOGRAFÍA


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ESQUEMAS



PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MÚSCULOS


Tipos de contracción: Distinguir las características de la contracción isométrica, isotónica y excéntrica, y explicar en qué situaciones fisiológicas se produce cada una de ellas.

Relación velocidad-fuerza: Predecir cómo varía la velocidad de contracción, al variar la fuerza contra la que

se realiza el movimiento. Predecir cómo varía la potencia de la contracción al variar la fuerza y la

velocidad.

Relación tensión-longitud: Predecir cómo varía la tensión pasiva del músculo al variar su longitud.

Describir la disposición de la proteína titina en el sarcómero y explicar su contribución a la tensión pasiva del músculo.

Definir la tensión activa del músculo, y predecir como varía al variar su longitud. Explicar la forma de la curva longitud – tensión activa en relación con el funcionamiento de los filamentos finos y gruesos en el sarcómero.

Explicar el efecto de la elasticidad de los músculos en los movimientos cíclicos, como la carrera, y predecir la forma de la curva longitud – tensión pasiva en distintos tipos de músculos, y cómo se modifica esta curva con el entrenamiento para distintos tipos de deportes.

Predecir con qué tipo de ejercicio se producirán con más facilidad lesiones musculares, y cuál será la adaptación del músculo para evitar estas lesiones.

BIBLIOGRAFÍA


Rhoades RA, Tanner GA. Músculos esquelético y liso. En: “Fisiología Médica”, Masson, Barcelona, 1997, pgs. 189-219.


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ESQUEMAS



MÚSCULO LISO Y CARDÍACO


MÚSCULO LISO Justificar las características de la contracción del músculo liso (velocidad de

contracción, fuerza producida, consumo de energía, relación longitud-tensión) en relación con las funciones fisiológicas de este tipo de músculo.

Distinguir el papel del calcio en la contracción del músculo liso, en comparación con el papel que desempeña en el músculo estriado. Explicar el papel de la calmodulina, de la kinasa de la cadena ligera de la miosina y de la fosfatasa de la miosina en la contracción del músculo liso.

Acoplamiento excitación contracción Electromecánico. Definir el concepto de acoplamiento electromecánico.

Explicar el papel de los canales de calcio dependientes de voltaje en este acoplamiento. Enumerar los tipos de actividad eléctrica que pueden darse en el músculo liso (potenciales de acción, depolarizacion tónica y ondas lentas).

Farmacomecánico. Definir el concepto de acoplamiento farmacomecánico. Explicar sus posibles tipos (Entrada de calcio extracelular por canales operados por ligando, liberación de calcio intracelular por producción de IP3, aumento de la sensibilidad al calcio por inhibición de la fosfatasa de la miosina).

Mecanismos de relajación Explicar el papel fisiológico en la relajación del músculo liso de los

segundos mensajeros AMP cíclio y GMP cíclico, y su mecanismo de acción. Control de la función del músculo liso Explicar los conceptos de sincitio funcional y de células marcapaso en el

músculo liso. Explicar el mecanismo de la respuesta miogénica en el músculo liso. Explicar el papel del sistema nervioso simpático y parasimpático en el

control del músculo liso, en relación con la acción de los receptores adrenérgicos y colinérgicos muscarínicos. MÚSCULO CARDIACO

Justificar las características de la contracción en el músculo cardíaco (automatismo, sincitio funcional) en relación con las funciones fisiológicas de este tipo de músculo.


Distinguir las características de la actividad eléctrica en las células miocárdicas y en las células marcapasos:

Potencial de acción “rápido” en las células miocárdicas. Explicar cada una de las fases de este potencial de acción (0, 1, 2, 3 y 4) en función de los canales iónicos implicados (canal de sodio, de calcio dependiente y de potasio). Potencial de marcapasos. Explicar la génesis del potencial marcapasos en las células sinoauriculares del corazón en función de los canales implicados (canales de potasio, canales catiónicos tipo f, canales de calcio tipo T). Potencial de acción “lento” en las células marcapasos. Explicar las características de este potencial de acción en función de los canales iónicos implicados (canales de calcio tipo L).

Control de la función del músculo cardíaco Explicar la acción del sistema nervioso simpático y parasimpático en el

control de la frecuencia y de la fuerza de contracción cardíacas, y sus mecanismos de acción.

Predecir la acción sobre la contracción cardíaca del bloqueo o la estimulación de algunos canales iónicos o receptores (canales de calcio tipo T, canales de potasio, receptores beta adrenérgicos).

BIBLIOGRAFÍA


Rhoades RA, Tanner GA. Músculos esquelético y liso. En: “Fisiología Médica”, Masson, Barcelona, 1997, pgs. 189-219.


• Acta Physiol Scand 164(4), 1998. En este número monográfico de esta revista se abordan distintos aspectos de la función de músculo liso. Consulte los artículos: Small and Gimona (pgs. 341-8), Brink (pgs. 349-356), Arner and Malmqvist (pgs. 363-372), Murphy and Walker (pgs. 373-380), Butler and Siegman (pgs. 389-400), Marston et al. (pgs. 401-414), Winder et al. (pgs. 415-426), Pfitzer and Arner (pgs. 449-456), Hughes and Wijetunge (pgs. 457-469), Morgan and Leinweber (pgs. 495-505), Ohanian et al. (pgs. 533-548), Standen and Quayle (pgs. 549-557), Paul (pgs. 589-597), Takahashi and Berk (pgs. 611-621) y Hellstrand (pgs. 637-644).

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ESQUEMAS



TRANSMISIÓN NEUROMUSCULAR


Placa motora: Comparar la placa motora con otros tipos de sinapsis, explicando sus semejanzas y diferencias.

Potencial de placa: Explicar el mecanismo del potencial de placa, desde la llegada del potencial de

acción por el axón del nervio motor, hasta la producción del potencial de acción en la fibra muscular, y explicar sus semejanzas y diferencias con otros potenciales postsinápticos excitatorios.

Definir el concepto de factor de seguridad en la placa motora, y justificar su importancia en el funcionamiento del músculo esquelético.

Unidad motora: Definir el concepto de unidad motora. Justificar las diferencias en el tamaño de las unidades motoras en distintos

músculos. Razonar porqué la contracción del músculo puede ser gradual, siendo el

potencial de acción “todo o nada”. Predecir que cambios se observarán en la contracción muscular cuando existan

alteraciones en distintos elementos de la placa motora (por ejemplo, en los canales dependientes de voltaje de sodio o de potasio de la terminación presináptica, o en el receptor de la acetilcolina postsináptico).

Electromiograma: Describir como se obtiene un electromiograma. Predecir qué alteraciones se observarán en el electromiograma en distintas

enfermedades (por ejemplo, una poliomelitis o un miositis).

BIBLIOGRAFÍA


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ESQUEMAS



PLASTICIDAD NEURONAL


Concepto de plasticidad neuronal Definir el concepto de plasticidad neuronal, y explicar su importancia para el

funcionamiento del sistema nervioso.

Potenciación a largo plazo (LTP) Definir el concepto de la potenciación a largo plazo en las sinapsis, y explicar su

mecanismo.

Receptores NMDA Distinguir los mecanismos de activación de los receptores para el glutamato

AMPA y NMDA, y explicar su participación en la potenciación a largo plazo.

Aprendizaje y memoria. Relacionar el proceso de la potenciación a largo plazo a nivel celular con los

mecanismos de aprendizaje y memoria en el organismo completo.

Regeneración del sistema nervioso. Distinguir la capacidad de regeneración ante una lesión en el sistema nervioso

central y en el sistema nervioso periférico. Comentar algunas posibles actuaciones para facilitar la regeneración del sistema

nervioso central, y sus implicaciones clínicas.

BIBLIOGRAFÍA


Kandel ER. Cellular mechanisms of learning and the biological basis of individuality. En "Principles of Neural Science" Ed. ER Kandel et al., 4 Edition, McGraw-Hill, 2000, pgs.1245-1279.


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ESQUEMAS



CINETICA DE RECEPTORES


Tipos de receptores Explicar las funciones fisiológicas de los distintos tipos de receptores (acoplados

a proteínas G, canales iónicos, con actividad proteín kinasa, citoplasmáticos reguladores de la expresión génica).

Interpretación de curvas dosis-respuesta Representar una curva de dosis-respuesta, y a partir del análisis de la curva determinar el efecto máximo, la EC50 y la pendiente de la curva, y relacionar estos parámetros con la potencia y afinidad del ligando, y el fenómeno de la cooperatividad.

Antagonismo

Definir los conceptos de agonista y antagonista.

Subtipos de receptores Explicar el significado fisiológico y la importancia terapéutica de la existencia

de distintos subtipos de receptores para un mismo ligando. Predecir los efectos en el organismo de agonistas y antagonistas para distintos

subtipos de receptores (por ejemplo, de receptores alfa o beta adrenérgicos, o de receptores colinérgicos nicotínicos o muscarínicos). Desensibilización e hipersensibilidad

Definir los conceptos de desensibilización y de hipersensibilidad y explicar sus mecanismos, su significación fisiológica y su importancia terapéutica.

BIBLIOGRAFÍA


Ross EM. Pharmacodynamics. Mechanisms of drug action and the relationship between drug concentration and effect. En "Goodman & Gilman's The Pharmacological Basis of Therapeutics" Ed. JG Hardman et al., 9 Edition, McGraw-Hill, 1996, pgs.29-41.



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COMUNICACIÓN PARACRINA


Tipos de comunicación celular Diferenciar los tipos de comunicación celular (endocrina, nerviosa, paracrina y

por contacto), y explicar su significado funcional.

Tipos de comunicación paracrina Explicar las características que tiene una substancia de acción paracrina

Enumerar algunas substancias que pueden actuar de forma paracrina (óxido nítrico, histamina, kininas, citoquinas, eicosanoides).

Óxido nítrico Explicar la síntesis, mecanismo de acción y eliminación del óxido nítrico. Enumerar algunas de sus funciones (vasodilatadora, como

neurotransmisor, como bactericida). Explicar el papel funcional de las sintetasas de óxido nítrico constitutivas

(endotelial y neuronal) e inducible.

Eicosanoides Dibujar el esquema de las principales vías de la síntesis de eicosanoides a partir

del ácido araquidónico (leucotrienos, EETs, tromboxano, prostaglandinas). Enumerar algunas funciones de cada uno de los principales tipos de

eicosanoides. Explicar la regulación de la síntesis de prostaglandinas en condiciones normales

y en una reacción inflamatoria, por las enzimas fosfolipasas A2 y ciclooxigenasas constitutivas (PLA2i, PLA2c y COX-1) e inducibles (PLA2s y COX-2).

Predecir las acciones terapéuticas y efectos secundarios de los antiinflamatorios inhibidores de la ciclooxigenasa como la aspirina.

BIBLIOGRAFÍA


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ESQUEMAS



COMUNICACIÓN POR CONTACTO


Funciones de la comunicación por contacto Enumerar las funciones generales de la comunicación por contacto (unión

mecánica, reconocimiento celular, transmisión de señales al citoplasma celular). Conexinas

Representar la disposición de las conexinas en las uniones tipo gap. Predecir si una molécula de un determinado tamaño podrá pasar de una célula a otra a través de estas uniones. Enumerar algunas funciones de las conexinas (transmisión de señales eléctricas, compartir nutrientes entre células vecinas, intercambio de segundos mensajeros).

Predecir las alteraciones que se observarán cuando se produzcan mutaciones en las conexinas que se expresan en ciertos tejidos (en el corazón, en los hepatocitos, en el cristalino).

Caderinas Explicar las características de la unión entre las caderinas (homofílica y

dependiente de calcio). Explicar algunas de las funciones de las caderinas durante el desarrollo

embrionario (agrupamiento de las células del mismo tipo, formación de las conexiones en el sistema nervioso).

Explicar algunas de las funciones de las caderinas en el adulto (unión mecánica entre las células epiteliales, regulación de la plasticidad neuronal).

Proteínas de adhesión del tipo de las inmunoglobulinas Explicar la relación estructural de estas proteínas con las inmunoglobulinas. Explicar algunas funciones de estas proteínas (establecimiento de las conexiones

durante el desarrollo del sistema nervioso, reconocimiento entre las células del sistema inmunitario).

Selectinas Explicar el papel de las selectinas en la unión de los leucocitos al endotelio

vascular, durante la respuesta inflamatoria. Integrinas Distinguir la unión las integrinas a proteínas de la matriz extracelular o a

proteínas en la membrana de otras células.


Explicar el papel de las integrinas para el anclaje de las células a la matriz extracelular, y cómo puede regularse.

Predecir los efectos que la alteración en los mecanismos de señalización de integrinas puede tener sobre la proliferación y migración de las células.

BIBLIOGRAFÍA


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ESQUEMAS



ORGANIZACIÓN GENERAL DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIÓN


Redes de señalización en los sistemas biológicos Explicar el concepto de red de señales en un sistema biológico, y distinguirlo de

un sistema de señalización lineal. Comparar las ventajas de un sistema de señalización en red, en relación con un

sistema de lineal (versatilidad, degeneración, adaptabilidad).

Redundancia y degeneración en los sistemas biológicos Definir los concentos de degeneración y redundancia, y su explicar su

importancia para la homeostasis en condiciones normales y durante el desarrollo de una enfermedad.

Integración de los sistemas de regulación en el organismo. Definir los concentos de retroalimentación negativa y positiva, distinguir sus

características y explicar su papel en la regulación de la homeostasis. Definir el concepto de proceso caótico, predecir en qué situaciones podría

aparecer un comportamiento caótico en un sistema biológico, y explicar su importancia para la aparición de la enfermedad.

BIBLIOGRAFÍA


Alberts B et al. Transmisión de señales entre células En: “Biología Molecular de la Célula ”, 3 edición, Ed Omega, Barcelona, 1996, pgs. 771-841.


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