capítulo 4 de Guyton y Hall: Transporte de sustancias a través de la membrana celular

¿Qué característica distingue la distribución del sodio entre el líquido extracelular y el intracelular?

El sodio se encuentra en concentración elevada en el líquido extracelular y en concentración baja en el líquido intracelular.

¿Cómo se distribuye el potasio entre el líquido extracelular y el intracelular?

El potasio se encuentra en concentración elevada en el líquido intracelular y en concentración baja en el líquido extracelular.

¿Cómo se distribuye el cloruro entre el líquido extracelular y el intracelular?

El cloruro se encuentra en concentración elevada en el líquido extracelular y en concentración baja en el líquido intracelular.

¿Qué sustancias se encuentran en concentración considerablemente mayor en el líquido intracelular que en el extracelular, según el capítulo?

Los fosfatos y las proteínas.

¿Qué importancia fisiológica tiene la distribución desigual de los iones entre los líquidos intracelular y extracelular?

Establece diferencias de concentración a través de la membrana celular que son fundamentales para el transporte de sustancias y para los fenómenos eléctricos de las células.

¿Cuál es la estructura básica de la membrana celular descrita en el capítulo 4 de Guyton y Hall?

Una bicapa lipídica con grandes cantidades de moléculas proteicas insertadas en ella.

¿Por qué la bicapa lipídica constituye una barrera para el movimiento de sustancias entre los compartimientos intracelular y extracelular?

Porque no es miscible con los líquidos intracelular y extracelular y dificulta el paso de moléculas de agua y de sustancias insolubles en lípidos.

¿Qué función cumplen las proteínas insertadas en la membrana celular?

Interrumpen la continuidad de la bicapa lipídica y proporcionan rutas alternativas para el paso de sustancias a través de la membrana.

¿Qué dos grandes categorías funcionales de proteínas de membrana participan en el paso de sustancias?

Las proteínas de los canales y las proteínas transportadoras.

¿Qué característica estructural permite que una proteína de canal facilite el paso de sustancias?

Contiene un espacio acuoso que atraviesa la proteína y permite el paso de agua, iones o determinadas moléculas.

¿Cómo facilitan el transporte las proteínas transportadoras?

Se unen a las moléculas o iones que transportan y experimentan cambios conformacionales que desplazan las sustancias a través de la proteína hasta el otro lado de la membrana.

¿Cuál es la diferencia funcional entre una proteína de canal y una proteína transportadora?

La proteína de canal proporciona una vía de paso a través de un poro acuoso; la proteína transportadora se une a la sustancia y cambia de conformación para desplazarla a través de la membrana.

¿Qué es la difusión en el contexto del transporte a través de la membrana celular?

Es el movimiento molecular aleatorio de las sustancias, molécula a molécula, a través de espacios de la membrana o mediante una proteína transportadora.

¿Cuál es la fuente de energía que permite la difusión?

La energía del movimiento cinético normal de la materia.

¿Qué es el transporte activo a través de la membrana celular?

Es el transporte de moléculas o iones contra un gradiente de concentración, eléctrico o de presión, mediante un mecanismo que requiere energía.

¿Cuál es la diferencia energética fundamental entre difusión y transporte activo?

La difusión depende de la energía del movimiento cinético de las partículas; el transporte activo necesita energía para desplazar sustancias contra un gradiente.

¿La difusión facilitada se considera difusión o transporte activo?

Se considera difusión: utiliza una proteína transportadora, pero el movimiento ocurre a favor del gradiente electroquímico y no requiere un aporte directo de energía metabólica para impulsar cada transporte.

¿Qué dos tipos principales de difusión a través de la membrana celular distingue Guyton y Hall?

Difusión simple y difusión facilitada.

¿Qué diferencia esencial existe entre difusión simple y difusión facilitada?

La difusión simple ocurre sin interacción con una proteína transportadora; la difusión facilitada requiere la interacción con una proteína transportadora.

¿Qué es la difusión simple a través de la membrana celular?

Es el movimiento de moléculas o iones a través de una abertura de la membrana o de espacios intermoleculares, sin interacción con una proteína transportadora.

¿Cuáles son las dos rutas principales de difusión simple a través de la membrana celular?

1. A través de los intersticios de la bicapa lipídica, si la sustancia es liposoluble. 2. A través de canales acuosos formados por proteínas de membrana.

¿Qué determina que una sustancia pueda atravesar directamente la bicapa lipídica por difusión simple?

Su capacidad para disolverse en los lípidos de la membrana.

¿Qué relación existe entre la liposolubilidad de una sustancia y su velocidad de difusión a través de la bicapa lipídica?

La velocidad de difusión a través de la bicapa es directamente proporcional a la liposolubilidad de la sustancia.

¿Por qué el oxígeno puede atravesar la membrana celular con facilidad?

Porque es liposoluble y puede difundirse a través de la bicapa lipídica.

¿Qué ocurre con la velocidad de difusión de una sustancia a través de la bicapa lipídica cuando aumenta su liposolubilidad?

Aumenta la velocidad de difusión, manteniéndose constantes los demás factores relevantes.

¿Por qué las sustancias insolubles en lípidos necesitan otras vías para atravesar la membrana?

Porque la bicapa lipídica dificulta su paso directo; pueden utilizar canales proteicos apropiados o mecanismos de transporte mediados por proteínas.

¿Qué es la difusión facilitada?

Es el transporte pasivo de una sustancia a través de la membrana mediante una proteína transportadora que se une a ella y facilita su desplazamiento.

¿Qué interacción caracteriza a la difusión facilitada?

La sustancia se une a la proteína transportadora, que cambia de conformación y facilita su paso a través de la membrana.

¿Qué diferencia hay entre la ruta de la difusión simple a través de la bicapa y la difusión simple a través de un canal?

En la bicapa, la sustancia debe poder disolverse en los lípidos; en un canal, atraviesa una vía acuosa proteica compatible con sus características.

¿Qué son las acuaporinas?

Son proteínas de membrana especializadas que forman poros y permiten el paso rápido y selectivo de agua a través de la membrana celular.

¿Cuántos tipos de acuaporinas se mencionan en el capítulo 4 de Guyton y Hall?

Al menos 13 tipos diferentes en las distintas células de los mamíferos.

¿Cómo permiten las acuaporinas el paso selectivo del agua?

Su poro estrecho permite que las moléculas de agua atraviesen la membrana en una sola fila.

¿Qué característica de las acuaporinas impide que funcionen como poros generales para cualquier sustancia?

Su estructura estrecha y especializada permite el paso del agua, pero impide el de otras moléculas.

¿Qué determina la selectividad de los poros y canales proteicos?

El diámetro del poro y sus características eléctricas, incluidas las cargas que influyen en el paso de las sustancias.

¿Cómo afecta el tamaño de una molécula hidrosoluble a su paso por un canal proteico?

En general, cuanto mayor es la molécula, más disminuye su capacidad para atravesar el canal.

¿Qué dos características importantes presentan los canales proteicos descritos por Guyton y Hall?

1. Pueden ser selectivamente permeables a determinadas sustancias. 2. Muchos pueden abrirse o cerrarse mediante compuertas reguladas por señales eléctricas o sustancias químicas.

¿Qué significa que un canal proteico tenga permeabilidad selectiva?

Que permite el paso de ciertas sustancias y restringe el de otras según las propiedades del canal y de las sustancias.

¿Qué es una compuerta de un canal proteico?

Es un mecanismo estructural que puede abrir o cerrar el canal y, por tanto, regular el paso de sustancias.

¿Qué dos mecanismos principales regulan la apertura y el cierre de las compuertas de los canales proteicos?

La activación por voltaje y la activación por ligando.

¿Qué es un canal activado por voltaje?

Es un canal cuya compuerta responde a cambios en el potencial eléctrico a través de la membrana celular.

¿Qué es un canal activado por ligando?

Es un canal cuya apertura o cierre depende de la unión de una sustancia química a la proteína del canal.

¿Qué sucede con un canal de sodio activado por voltaje cuando se abre su compuerta?

Permite el paso de iones sodio a través del canal, según el gradiente electroquímico existente.

¿Qué importancia tiene la apertura de los canales iónicos activados por voltaje para la fisiología nerviosa?

Permite cambios rápidos en el movimiento de iones a través de la membrana, fundamentales para los fenómenos eléctricos de las células excitables.

¿Qué dos características importantes distinguen a los canales proteicos de membrana?

1) Presentan permeabilidad selectiva para determinadas sustancias. 2) Muchos poseen compuertas que se abren o cierran en respuesta a señales eléctricas o sustancias químicas.

¿Qué es la activación de un canal proteico?

Es el mecanismo que regula la apertura y el cierre de sus compuertas y, por tanto, controla la permeabilidad de la membrana a determinados iones.

¿Qué es un canal iónico activado por voltaje?

Es un canal cuya compuerta responde al potencial eléctrico establecido a través de la membrana celular.

¿Qué sucede con las compuertas de los canales de Na⁺ dependientes de voltaje cuando el interior celular pierde parte de su carga negativa?

Las compuertas se abren y permiten la entrada de Na⁺. Este mecanismo participa en la generación de los potenciales de acción nerviosos.

¿Qué sucede con las compuertas de los canales de K⁺ descritas por Guyton cuando el interior celular adquiere carga positiva?

Se abren, permitiendo el movimiento de K⁺ a través de la membrana y contribuyendo a poner fin al potencial de acción.

¿Qué es un canal iónico activado por ligando?

Es un canal cuya compuerta responde a la unión de una sustancia química específica con la proteína del canal.

¿Cómo provoca un ligando la apertura o el cierre de un canal?

Su unión produce un cambio conformacional o modifica los enlaces químicos de la proteína, lo que cambia el estado de la compuerta.

¿Qué ejemplo de canal activado por ligando presenta Guyton?

El receptor de acetilcolina, que funciona como un canal iónico activado por ligando.

¿Qué diferencia existe entre la activación por voltaje y la activación por ligando?

La activación por voltaje responde a cambios del potencial eléctrico de membrana; la activación por ligando responde a la unión de una sustancia química con la proteína del canal.

¿Cuánto puede durar el estado abierto de un canal activado?

Desde una fracción de milisegundo hasta varios milisegundos.

¿Los canales activados permanecen siempre abiertos después de recibir el estímulo?

No. Sus compuertas pueden abrirse y cerrarse súbitamente; a un voltaje determinado, un canal puede permanecer cerrado casi todo el tiempo o estar abierto gran parte del tiempo.

¿A qué se refiere la permeabilidad selectiva de un canal?

A su capacidad de permitir el paso de determinadas sustancias y restringir el de otras, según características como el diámetro del poro y sus propiedades eléctricas.

¿Qué diferencia de permeabilidad señala Guyton entre los canales de K⁺ y los de Na⁺?

Los canales de K⁺ permiten el paso de K⁺ aproximadamente 1.000 veces más fácilmente que el paso de Na⁺.

¿Cuál es la estructura general del canal de K⁺ descrita en Guyton?

Es una estructura tetramérica formada por cuatro subunidades proteicas idénticas que rodean un poro central.

¿Cómo contribuye el filtro de selectividad del canal de K⁺ al paso de este ion?

Los iones K⁺ hidratados interactúan con los oxígenos de carbonilo del filtro, que permiten que pierdan gran parte de sus moléculas de agua y atraviesen el canal.

¿Qué determina la especificidad de los filtros de selectividad de los canales iónicos?

Sus características estructurales y eléctricas, que favorecen el paso de ciertos cationes o aniones, o de iones específicos como Na⁺, K⁺ y Ca²⁺.

¿Cuál es el diámetro aproximado del canal proteico de Na⁺ indicado por Guyton?

De 0,3 a 0,5 nm.

¿Qué característica eléctrica presenta el filtro de selectividad del canal de Na⁺?

Su región más estrecha está revestida por residuos de aminoácidos con elevada carga negativa, lo que contribuye a la selectividad del canal.

¿Qué es la técnica de patch-clamp o pinzamiento zonal de membrana?

Es una técnica que utiliza una micropipeta para aislar un pequeño parche de membrana y registrar la corriente eléctrica que atraviesa sus canales iónicos.

¿Cómo se obtiene un parche de membrana para realizar patch-clamp?

Se coloca una micropipeta sobre la superficie externa de la membrana y se aplica aspiración para formar un sello entre la punta de la pipeta y la membrana.

¿Qué permite estudiar la técnica de patch-clamp?

Permite analizar las corrientes de canales aislados y determinar sus características de transporte y activación al modificar el voltaje de membrana o las concentraciones iónicas.

¿Por qué la difusión facilitada también se denomina difusión mediada por transportador?

Porque la sustancia atraviesa la membrana con ayuda de una proteína transportadora específica con la que interactúa.

¿Cómo facilita el transporte una proteína transportadora?

Se une a la sustancia que va a transportar y experimenta cambios conformacionales que permiten desplazarla al otro lado de la membrana.

¿La difusión facilitada requiere que la sustancia se transporte contra su gradiente?

No. Es una forma de difusión: facilita el movimiento a favor del gradiente electroquímico correspondiente, sin utilizar directamente ATP para impulsar ese paso.

¿Qué ocurre con la velocidad de la difusión facilitada cuando aumenta la concentración de la sustancia transportada?

Aumenta hasta aproximarse a un máximo denominado velocidad máxima o Vmáx.

¿Por qué la difusión facilitada presenta una velocidad máxima?

Porque depende de proteínas transportadoras con capacidad limitada. Cuando gran parte de los transportadores está ocupada, aumentar la concentración de la sustancia ya no incrementa proporcionalmente la velocidad.

¿Qué limita directamente la velocidad de transporte mediante un transportador?

La velocidad con que la proteína puede unirse a la sustancia, cambiar de conformación y regresar al estado que permite otro ciclo de transporte.

¿Qué sustancias menciona Guyton como ejemplos de moléculas transportadas mediante difusión facilitada?

La glucosa y la mayoría de los aminoácidos.

¿Qué es GLUT4?

Es una proteína transportadora de glucosa cuya actividad de transporte hacia la membrana aumenta en respuesta a la insulina en tejidos sensibles a esta hormona.

¿En cuánto puede aumentar la velocidad de difusión facilitada de glucosa por la acción de GLUT4, según el capítulo?

Hasta 10 a 20 veces en tejidos sensibles a la insulina.

¿Qué diferencia fundamental existe entre difusión simple y difusión facilitada respecto a las proteínas transportadoras?

La difusión simple no requiere la interacción con una proteína transportadora; la difusión facilitada sí requiere una proteína transportadora específica.

¿Qué determina la dirección de la difusión neta de una sustancia cuando existe una diferencia de concentración?

La sustancia presenta un movimiento neto desde la región de mayor concentración hacia la de menor concentración, siempre que la membrana sea permeable a ella.

¿De qué depende la velocidad de difusión hacia el interior de una célula, según el capítulo?

De la concentración de la sustancia en el exterior, porque esta determina cuántas moléculas chocan contra la superficie externa de la membrana por unidad de tiempo.

¿De qué depende la velocidad de difusión hacia el exterior de una célula?

De la concentración de la sustancia en el interior, porque determina cuántas moléculas alcanzan la superficie interna de la membrana por unidad de tiempo.

¿Qué sucede con la difusión neta cuando las velocidades de entrada y salida de una sustancia son iguales?

La difusión neta es cero, aunque las moléculas continúan moviéndose en ambas direcciones.

¿Cómo se relaciona la diferencia de concentración a través de una membrana con la velocidad neta de difusión?

La velocidad neta de difusión es proporcional a la diferencia de concentración, si los demás factores permanecen constantes.

¿Qué sucede con la velocidad neta de difusión si aumenta la diferencia de concentración y los demás factores no cambian?

Aumenta proporcionalmente a esa diferencia.

¿Cómo influye el tamaño de las partículas en su difusión?

Las partículas coloidales, por ser mayores que las moléculas pequeñas, difunden mucho más lentamente.

¿Qué es la difusión molecular?

Es el movimiento continuo y aleatorio de las moléculas y los iones debido a su energía cinética, que continúa mientras la temperatura sea superior al cero absoluto.

¿Por qué las moléculas de una sustancia difunden continuamente en un líquido?

Porque están en movimiento térmico constante y cada partícula se mueve de manera independiente.

¿Qué relación existe entre la temperatura y el movimiento molecular descrito por Guyton?

La temperatura refleja el movimiento térmico de las partículas: cuanto mayor es el movimiento molecular, mayor es la temperatura.

¿Cómo afecta la liposolubilidad a la difusión a través de la bicapa lipídica?

La velocidad de difusión de una sustancia a través de la bicapa lipídica es directamente proporcional a su liposolubilidad.

¿Por qué el oxígeno atraviesa fácilmente la bicapa lipídica?

Porque es liposoluble y puede difundirse directamente a través de los lípidos de la membrana.

¿Por qué algunas moléculas hidrosolubles pequeñas pueden atravesar la membrana sin difundirse a través de la bicapa lipídica?

Porque pueden pasar por poros o canales proteicos adecuados para su tamaño y sus propiedades eléctricas.

¿Cómo influye el tamaño de una molécula hidrosoluble en su paso por canales proteicos?

A medida que aumenta el tamaño de la molécula, su penetración por los canales disminuye rápidamente.

¿Qué efecto tiene una diferencia de presión entre ambos lados de una membrana permeable?

Produce un movimiento neto de moléculas hacia el lado donde la presión es menor, debido a que las fuerzas y los choques moleculares son mayores en el lado de mayor presión.

¿Qué ejemplo fisiológico de diferencia de presión a través de una membrana menciona Guyton?

Las diferencias de presión a través de las membranas capilares sanguíneas de los tejidos.

¿Qué representa físicamente la presión ejercida por las moléculas sobre una membrana?

La suma de las fuerzas ejercidas por las moléculas al chocar contra una unidad de superficie en un momento dado.

¿Qué es la ósmosis?

Es el movimiento neto de agua a través de una membrana con permeabilidad selectiva debido a una diferencia en la concentración de agua entre ambos lados.

¿Qué ocurre con el agua cuando existe una diferencia de concentración de agua a través de una membrana selectivamente permeable?

Se produce un movimiento neto de agua a través de la membrana, lo que puede hacer que una célula se hinche o se contraiga.

¿Qué sucede con el volumen celular cuando la cantidad de agua que entra y sale es equivalente?

El movimiento neto de agua es cero y el volumen celular permanece constante.

¿En qué dirección se produce la ósmosis cuando una membrana separa agua pura de una solución con un soluto que no puede atravesarla?

El agua se desplaza netamente hacia el lado que contiene la solución con el soluto no difusible.

¿Qué es la presión osmótica?

Es la presión que debe aplicarse para detener la ósmosis.

¿Qué condición debe cumplir el soluto del ejemplo clásico de presión osmótica para que se mantenga la diferencia osmótica?

El soluto debe ser incapaz de atravesar la membrana selectivamente permeable.

¿Qué representa la presión osmótica de una solución con soluto no difusible?

Representa la diferencia de presión que se necesita establecer a través de la membrana para impedir el movimiento osmótico neto del agua.