Sistema de transporte de electrones

Una ATPasa primaria universal para toda la vida animal es la bomba de sodio-potasio, que ayuda a mantener el potencial celular. La bomba de sodio-potasio mantiene el potencial de membrana moviendo tres iones de Na fuera de la célula por cada dos iones de K que ingresan a la célula. Otras fuentes de energía para el transporte activo primario son la energía redox y la energía fotónica. Un ejemplo de transporte activo primario que usa energía redox es la cadena de transporte de electrones mitocondrial que usa la energía de reducción de NADH para mover protones a través de la membrana mitocondrial interna contra su gradiente de concentración. Hemos hablado de gradientes de concentración simples (concentraciones diferenciales de una sustancia a través de un espacio o una membrana) pero en los sistemas vivos, los gradientes son más complejos.

Entonces, en una célula viva, el gradiente de concentración de Na tiende a conducirlo hacia la célula, y el gradiente eléctrico de Na también tiende a conducirlo hacia adentro, hacia el interior cargado negativamente. El gradiente eléctrico de K, un ion positivo, también tiende a impulsarlo hacia la célula, pero el gradiente de concentración de K tiende a expulsarlo de la célula. El gradiente combinado de concentración y carga eléctrica que afecta a un ion se denomina gradiente electroquímico. La ósmosis es el movimiento del agua a través de una membrana semipermeable según el gradiente de concentración de agua a través de la membrana, que es inversamente proporcional a la concentración de solutos.

Sistema circulatorio

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Al igual que las proteínas de canal, las proteínas transportadoras son específicas de las moléculas que intentan mover a través de la membrana. Algunos transportistas solo pueden mover una sustancia a la vez, mientras que otros pueden mover dos sustancias al mismo tiempo. Al igual que las proteínas de canal, las proteínas transportadoras se pueden utilizar para facilitar la difusión. Por ejemplo, varias moléculas portadoras de glucosa ayudan a facilitar la difusión de glucosa a través de una membrana. Por ejemplo, la bomba de sodio y potasio transporta tres iones de sodio a la célula, mientras bombea dos iones de potasio fuera de la célula. Las proteínas transportadoras se unen a solutos específicos y los transfieren a través de la bicapa lipídica al experimentar cambios conformacionales que exponen el sitio de unión del soluto secuencialmente en un lado de la membrana y luego en el otro.

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Mientras que la difusión transporta material a través de las membranas y dentro de las células, la ósmosis transporta solo agua a través de una membrana y la membrana limita la difusión de solutos en el agua. No es sorprendente que las acuaporinas que facilitan el movimiento del agua desempeñen un papel importante en la ósmosis, sobre todo en los glóbulos rojos y las membranas de los túbulos renales.

Un simportador impulsado por H bien estudiado es la lactosa permeasa, que transporta la lactosa a través de la membrana plasmática de E. Aunque se desconoce la estructura plegada de la permeasa, los estudios biofísicos y los análisis extensos de proteínas mutantes han llevado a un modelo detallado de cómo funciona el simportador. Durante el ciclo de transporte, algunas de las hélices experimentan movimientos de deslizamiento que las hacen inclinar. Estos movimientos abren y cierran alternativamente una hendidura entre las hélices, exponiendo los sitios de unión de los solutos lactosa y H, primero en un lado de la membrana y luego en el otro (figura 11-11).

• Debido a que el Na tiende a moverse hacia la célula en su gradiente electroquímico, el azúcar o aminoácido es, en cierto sentido, «arrastrado» a la célula con él.
• En estos sistemas, el soluto y el Na se unen a diferentes sitios de una proteína transportadora.
• Controla la concentración de soluto dentro de la célula, regulando así la osmolaridad que puede hacer que una célula se hinche o encoja (figura 11-16).
• Cuanto mayor sea el gradiente electroquímico de Na, mayor será la velocidad de entrada de solutos; a la inversa, si se reduce la concentración de Na en el líquido extracelular, el transporte de solutos disminuye (figura 11-10).

Para las células animales, este efecto es contrarrestado por un gradiente osmótico opuesto debido a una alta concentración de iones inorgánicos, principalmente Na y Cl, en el líquido extracelular. La bomba de Na-K mantiene el equilibrio osmótico bombeando el Na que se filtra por su pronunciado gradiente electroquímico. El transporte activo de muchos azúcares y aminoácidos hacia las células bacterianas, por ejemplo, es impulsado por el gradiente electroquímico de H a través de la membrana plasmática.

Cada familia comprende proteínas de secuencia de aminoácidos similar que se cree que han evolucionado a partir de una proteína ancestral común y que operan mediante un mecanismo similar. La familia de ATPasas de transporte de tipo P, que incluye la omnipresente bomba Na-K, santamisa.es es un ejemplo importante; cada una de estas ATPasas se fosforila y desfosforila secuencialmente durante el ciclo de bombeo. La superfamilia de transportadores ABC es la familia más grande de proteínas transportadoras de membrana y es especialmente importante clínicamente.

Incluye proteínas que son responsables de la fibrosis quística, así como de la resistencia a los medicamentos en las células cancerosas y en los parásitos causantes de la malaria. La importancia de la bomba de Na-K en el control del volumen celular está indicada por la observación de que muchas células animales se hinchan y, a menudo, explotan, si se tratan con ouabaína, que inhibe la bomba de Na-K. Esto tiende a crear un gran gradiente osmótico que, a menos que esté equilibrado, tenderá a «atraer» agua hacia la célula.