Homeostasis y Fisiología de la Membrana

Fichas de vocabulario que cubren los conceptos esenciales de fisiología, homeostasis, compartimentos hídricos, biofísica de la membrana plasmática, mecanismos de transporte pasivo y activo, y bases bioeléctricas del potencial de membrana.

Fisiología

Ciencia encargada del estudio del funcionamiento del organismo y de los mecanismos que este utiliza para el mantenimiento y desarrollo de la vida, así como la regulación e interacción de los diversos aparatos y sistemas.

Medio interno

Líquido extracelular (LEC) que rodea a las células y contiene todo lo necesario para sus funciones vitales; circula en dos etapas: dentro de los vasos sanguíneos y entre los capilares y los espacios intercelulares.

Agua corporal total (ACT)

Volumen hídrico total del organismo equivalente a $0{,}6 \times \text{peso corporal}$, lo que representa aproximadamente $42\text{ l}$ en un individuo promedio de $70\text{ kg}$.

Líquido intracelular (LIC)

Compartimento de fluidos que se localiza en el interior de las células y constituye $2/3$ del agua corporal total ($0{,}4 \times \text{peso corporal}$, equivalente a $28\text{ l}$ en un individuo de $70\text{ kg}$).

Líquido extracelular (LEC)

Compartimento hídrico que rodea las células y constituye $1/3$ del agua corporal total ($0{,}2 \times \text{peso corporal}$, o $14\text{ l}$ en $70\text{ kg}$); se divide en líquido intersticial ($3/4$ del LEC, $10{,}5\text{ l}$) y plasma sanguíneo ($1/4$ del LEC, $3{,}5\text{ l}$).

Homeostasis

Mantenimiento de la constancia del medio interno mediante mecanismos fisiológicos coordinados que aseguran concentraciones óptimas de gases, nutrientes, iones, agua, volumen y temperatura para la vida celular.

Control local

Mecanismo de regulación fisiológica aislado y restringido a un tejido específico, en el cual las células cercanas al cambio inician la respuesta liberando sustancias químicas.

Control reflejo

Mecanismo de regulación homeostática a larga distancia que requiere una comunicación y coordinación extensiva, involucrando típicamente al sistema nervioso y al sistema endocrino.

Retroalimentación negativa

Sistema de control fisiológico en el cual la respuesta generada revierte o compensa el estímulo inicial, regresando la variable al rango deseado o punto de regulación óptimo.

Retroalimentación positiva

Mecanismo de respuesta no homeostático en el que la respuesta refuerza el estímulo inicial, alejando a la variable del punto de regulación hasta que un factor externo interrumpe el asa (por ejemplo, la liberación de oxitocina en el parto).

Enlace covalente

Tipo de unión química entre átomos en la cual se comparten equitativamente pares de electrones de sus capas externas para formar moléculas.

Enlace iónico

Unión intermolecular generada cuando uno o más electrones de valencia se transfieren por completo de un átomo a otro, formándose un catión (con carga positiva) y un anión (con carga negativa).

Esfera de hidratación

Estructura formada por moléculas de agua orientadas electrostáticamente alrededor de un ion o molécula hidrofílica, haciéndola hidrosoluble.

Amortiguador (buffer)

Sistema de moléculas e iones que regula y previene variaciones significativas en la concentración de protones ($\text{H}^+$), estabilizando el pH de una solución biológica.

Autoensamblaje de fosfolípidos

Organización espontánea que adoptan los fosfolípidos en medio acuoso debido a su carácter anfipático, generando estructuras como micelas, liposomas y bicapas lipídicas.

Composición de la membrana plasmática

Bicapa lipídica anfipática compuesta por un $55\%$ de proteínas, $25\%$ de fosfolípidos, $13\%$ de colesterol, $4\%$ de otros lípidos y un $3\%$ de hidratos de carbono.

Ley de Fick de la difusión

Principio según el cual la velocidad de difusión es proporcional al área de superficie de la membrana, al gradiente de concentración y a la permeabilidad de la membrana a ese soluto.

Difusión simple

Movimiento pasivo de sustancias a través de la bicapa lipídica a favor de su gradiente de concentración, sin intervención de transportadores; propio de solutos hidrófobos no polares ($\text{O}_2$, $\text{CO}_2$, nitrógeno, ácidos grasos) y moléculas polares pequeñas.

Difusión facilitada

Movimiento pasivo a favor del gradiente electroquímico mediado por proteínas de transmembrana (canales iónicos o transportadores) para moléculas polares o con carga eléctrica.

Acuaporinas

Canales proteicos constitutivamente abiertos en la membrana que permiten un flujo acelerado y masivo de agua a través de la membrana por ósmosis en células específicas como eritrocitos o epitelio del túbulo renal.

Ósmosis

Desplazamiento pasivo neto de agua a través de una membrana con permeabilidad selectiva desde una región de menor concentración de solutos hacia una de mayor concentración.

Presión osmótica

Fuerza por unidad de superficie necesaria para contrarrestar o evitar el movimiento neto de agua a través de una membrana semipermeable por efecto osmótico.

Efectos de la tonicidad en el eritrocito

Respuesta celular al ambiente osmótico: mantiene su forma en medio isotónico, experimenta hinchamiento y hemólisis en solución hipotónica, y sufre encogimiento o crenación en solución hipertónica.

Transporte activo primario

Paso de sustancias a través de la membrana plasmática en contra de su gradiente de concentración mediado por transportadores (bombas) que emplean energía directa derivada de la hidrólisis del ATP.

Bomba de Sodio-Potasio ($\text{Na}^+/\text{K}^+\text{-ATPasa}$)

Transportador primario antiporte que expulsa $3\text{ Na}^+$ al líquido extracelular e introduce $2\text{ K}^+$ al citosol utilizando la rotura de una molécula de ATP, manteniendo los gradientes iónicos celulares.

Transporte activo secundario

Transporte activo acoplado que traslada un soluto contra su gradiente aprovechando la energía electroquímica del gradiente de otro ion (comúnmente $\text{Na}^+$) previamente generado por transporte activo primario.

Cotransporte (Simporte)

Mecanismo de transporte acoplado en el que el $\text{Na}^+$ y la otra molécula transportada (como glucosa o aminoácidos) ingresan simultáneamente en la misma dirección hacia el interior celular.

Contratransporte (Antiporte)

Mecanismo de transporte acoplado en el que el $\text{Na}^+$ entra a la célula a favor de gradiente mientras que la otra sustancia (como $\text{Ca}^{2+}$ o $\text{H}^+$) es expulsada en dirección opuesta hacia el exterior.

Saturación de transportadores

Condición en la que la velocidad de transporte alcanza un valor máximo ($V_{\text{máx}}$) cuando la concentración de sustrato es tan alta que todos los sitios de unión de las proteínas transportadoras disponibles están ocupados.

Inhibidor competitivo de GLUT

Sustancia (como la maltosa) que compite por unirse al transportador GLUT impidiendo el transporte de la glucosa, sin ser ella misma transportada a través de la membrana.

Transporte transcelular

Paso coordinado de moléculas a través de las células epiteliales atravesando secuencialmente la membrana apical y la membrana basolateral (como en la absorción intestinal de glucosa mediante SGLT1, GLUT y $\text{Na}^+/\text{K}^+\text{-ATPasa}$).

Endocitosis mediada por receptores

Mecanismo vesicular activo donde los ligandos se unen a receptores específicos de membrana, concentrándose en fositas cubiertas de clatrina que se invaginan para formar vesículas endocíticas.

Fagocitosis

Proceso de endocitosis conocido como 'ingesta celular' en el cual un fagocito extiende seudópodos mediados por actina y miosina para englobar partículas sólidas (bacterias o restos celulares) formando un fagosoma que luego se fusiona con lisosomas.

Pinocitosis

Mecanismo de endocitosis no selectivo denominado 'bebida celular', en el cual la membrana plasmática se invagina para captar gotas de líquido extracelular con solutos disueltos en pequeñas vesículas.

Exocitosis

Proceso vesicular mediante el cual vesículas secretoras se fusionan con la membrana plasmática para verter su contenido al líquido extracelular (ej. neurotransmisores, hormonas y enzimas digestivas).

Transcitosis

Movimiento activo de sustancias a través de una célula que integra endocitosis en un polo de la membrana plasmática y exocitosis posterior en el polo opuesto (frecuente en células endoteliales).

Potencial de membrana en reposo ($V_m$)

Diferencia de potencial eléctrico entre el interior intracelular (negativo, típicamente de $-40\text{ mV}$ a $-90\text{ mV}$) y el exterior celular (referencia fijada en $0\text{ mV}$), originada principalmente por la permeabilidad al $\text{K}^+$ y la presencia de aniones intracelulares fijos.

Ecuación de Nernst

Fórmula matemática $E_x = \frac{61}{z}\log\left(\frac{[X]_o}{[X]_i}\right)$ que calcula el potencial de equilibrio en milivoltios ($\text{mV}$) de un ion específico considerando su valencia ($z$) y sus concentraciones fuera ($[X]_o$) y dentro ($[X]_i$) de la célula.

Despolarización

Variación del potencial de membrana en la cual el interior celular se vuelve menos negativo (o más positivo) que el potencial de reposo, producida característicamente por la entrada masiva de cationes como $\text{Na}^+$ o $\text{Ca}^{2+}$.

Hiperpolarización

Cambio del potencial de membrana en el cual este se vuelve más negativo que el potencial en reposo, producido comúnmente por la salida de $\text{K}^+$ o la entrada de iones cloruro ($\text{Cl}^-$).