Transport a través de la membrana cel·lular: difusió i transport actiu

Transport a través de membrana

El nucli de la cèl·lula és molt hidrofòbic. La membrana és molt impermeable, per això s'han desenvolupat diversos tipus de transport. Gràcies a aquests transports hi ha una diferència de concentracions entre l'interior i l'exterior de la cèl·lula. K⁺ és molt abundant a l'interior de la cèl·lula, i poc a l'exterior. Na⁺, Ca²⁺, Cl^- són a l'inrevés.

Difusió simple

La molècula travessa sola la membrana. És a favor de gradient. No necessita energia per produir-se. No necessita proteïnes transmembrana (no totes les molècules poden travessar la membrana per si soles). Per passar d'un cantó a l'altre, la molècula es dissol en la membrana i passa a l'interior de la cèl·lula. Només travessaran per difusió simple la membrana les molècules petites i sense càrrega. La velocitat de transport és directament proporcional al gradient electroquímic. Com que la molècula no té càrrega, serà pel gradient químic. Com més diferència de concentracions, la molècula passarà més fàcilment.

Difusió facilitada (o transport passiu)

La molècula es mou a favor de gradient, així que no necessita energia. Es necessita l'ajuda de les proteïnes transmembrana per passar ions i molècules grans.

Difusió facilitada per proteïnes transportadores i permeases

Són proteïnes específiques per les molècules que transporten. Cada cèl·lula tindrà les permeases que facin passar les molècules que necessiti. És un transport específic. Hi ha unió substrat-proteïna. Macromolècules i ions inorgànics. Permeases → No energia (transport passiu). Transportadors → Sí energia (transport actiu). Hi ha una velocitat màxima de transport perquè és molt específic, i cada proteïna transporta les seves molècules fins a la saturació. Estructura: 12 hèlix α traspassen la membrana. Les seves cadenes són les que determinen les molècules que transporten.

Canals iònics

Transporten ions inorgànics a favor de gradient (Na⁺, K⁺, Cl^-, Ca²⁺). Transport específic. No gasten ATP però tendeixen a gastar gradient. No estan permanentment oberts. Velocitat elevada.

Tipus de canals iònics

• Canals d'obertura i tancament aleatori:
  • Canals Na⁺: Diàmetre només deixa passar Na⁺ i aigua (K⁺ no passa per ser massa gran).
  • Canals K⁺: A l'entrada hi ha oxígens carboxílics que interaccionen amb el K⁺ fent que la molècula d'aigua s'alliberi i entri. El Na⁺ no pot interaccionar amb els oxígens perquè és massa petit.
• Canals d'obertura i tancament regulat:
  • Regulats per voltatge: S'obren amb el canvi de potencials de la membrana, quan l'interior cel·lular es fa menys negatiu. Hi ha per als diferents tipus d'ions. La procaïna (novocaïna) tanca temporalment canals iònics de la membrana de les cèl·lules sensorials i neurones → no es generen potencials d'acció → anestèsia.
  • Regulats per unió a transmissor químic: S'obren quan el transmissor químic s'uneix a la proteïna del canal (neurotransmissors). NT excitadors → regulen canals Na⁺ i Ca²⁺. NT inhibidors → regulen canals Cl^- i K⁺.
  • Regulats per estrès mecànic: S'obren quan s'aplica una força sobre el canal (menys abundants).

Transport actiu

Es fa contra gradient i, per tant, necessita energia metabòlica. Hi ha 2 tipus:

Transport actiu primari

Bombes → capaces d'unir i hidrolitzar l'ATP que els dona l'energia per transportar la molècula contra gradient. Les ATPases participen en el transport primari amb consum directe d'ATP.

Tipus de bombes

• Tipus P: Durant el transport es fosforilen. Estan formades per dues subunitats: Subunitat α (per on passen les molècules, té el lloc d'unió d'ATP) i Subunitat β (funció reguladora per sub α). La majoria tenen 2 sub α i 2 sub β.
• Tipus F / Tipus V: Estructuralment són les 2 iguals. Són més complexes perquè tenen més subunitats. Tenen 2 grans dominis: transmembranals i citosòlic. Els 2 transporten p⁺. Tipus V: p⁺ contra gradient (transport actiu primari) amb consum d'ATP. Tipus F: p⁺ a favor de gradient (transport actiu secundari) sintetitzen ATP (mitocondris, cloroplasts).
• Tipus ABC: Són menys conegudes, consten de: 2 dominis transmembranals (T) i 2 dominis citosòlics (A) → lloc d'unió d'ATP. Poden transportar ions i petites molècules.

Exemples de bombes

• Bomba Na⁺/K⁺: Són bombes tipus P (2 sub α i 2 sub β). La tenen totes les cèl·lules animals. Les cèl·lules donen 1/3 del seu ATP pel funcionament de la bomba. Funcions:
  • Manteniment del potencial de membrana (treu 3 càrregues + i n'entra 2, així genera una diferència de concentració).
  • Estabilitza la forma i volum de la cèl·lula (a l'interior hi ha una altra concentració de molècules orgàniques, per la qual cosa la cèl·lula seria hipertònica, el mecanisme que ho regula és la bomba Na⁺/K⁺. Les concentracions d'ions inorgànics a l'exterior és més elevada fent l'estabilització de la cèl·lula per la regulació d'H₂O).
  • Controla altres sistemes de transport (com el transport actiu secundari).
• Bomba Ca²⁺: Són bombes tipus P, es fosforila durant el procés. Ca²⁺ és missatger intracel·lular. Quan la concentració de Ca⁺ augmenta a l'interior de la cèl·lula provoca una resposta. Aquest augment pot ser per: canals de Ca²⁺ regulats pel voltatge / alliberació Ca²⁺ per orgànuls intracel·lulars. Perquè la resposta s'aturi s'ha de disminuir Ca²⁺: canals de Ca²⁺ a l'exterior / tornar-lo a l'interior dels orgànuls. Així funciona la bomba de Ca²⁺. Va en contra de gradient.
• Bomba H⁺: El metabolisme cel·lular crea H⁺ que necessita eliminar per no acidificar el medi. Les bombes tipus V estan en membranes d'endosomes, lisosomes i en cèl·lules vegetals (vacúols). En contra gradient agafa els H⁺ i els porta dins aquests orgànuls, els quals tenen pH àcid a l'interior, això és molt important per a la cèl·lula. Les cèl·lules vegetals, bacteris i fongs també tenen bombes H⁺, però de tipus P en la membrana cel·lular cap a l'exterior de la cèl·lula.
• Bomba MDR1: És una bomba ABC (2 dominis transmembranals i 2 dominis citosòlics). Es troba a fetge, intestí i ronyons, ja que extreu toxines de l'interior de la cèl·lula. També elimina fàrmacs hidrofòbics. Cèl·lules canceroses tenen moltes d'aquestes bombes que les fan resistents.

Transport actiu secundari

Intervenen permeases similars a les del transport passiu. La proteïna no és una bomba, per tant no pot hidrolitzar ATP. Ha de transportar una altra molècula a favor de gradient (2 molècules alhora). S'anomena cotransport. Si les 2 molècules van en el mateix sentit → simport. Si van en diferent sentit → antiport.

Cotransport mediat per permeases

El gradient d'Na⁺ i H⁺ és una reserva d'energia potencial que utilitzen en el transport actiu secundari.

Com es genera el potencial de membrana?

Depèn dels canals de fugida de K⁺ i del gradient de K⁺ a través de la membrana plasmàtica. Resultat:

• Sortida de K⁺ per la diferència de [K⁺] entre l'interior i l'exterior cel·lular.
• En sortir K⁺ deixa l'interior negatiu respecte l'exterior: potencial de membrana.
• K⁺ sortirà fins que gradient electroquímic = 0.