Tema 7 Absorcin de iones por clulas y

Tema 7 Absorción de iones por células y tejidos 1

Objetivo Comprender qué mecanismos rigen el transporte de solutos a través de la membrana plasmática. 2

Contenido Introducción n Transporte activo y pasivo n Cinéticas del transporte activo y pasivo n Bombas primarias n Transporte secundario de iones n Flujo de iones en la raíz n 3

Introducción 4

Puntos negros del tráfico de iones -Semillas en desarrollo -Células guarda -Carga floemática -Descarga floemática -Absorción de nutrientes en raíz 5

Transporte activo y pasivo 6

Potencial de membrana n La membrana de las células está polarizada, debido a que hay un reparto desigual de cargas eléctricas entre el interior y el exterior de la célula. Esto crea una diferencia de potencial, siendo el exterior positivo respecto al interior. 7

La diferencia de cargas a ambos lados de la membrana genera un potencial de membrana que puede ser medido con electrodos -+ Em tiene valores negativos 8

Gradiente eléctrico Gradiente de concentración 9

¿Hacia dónde se desplaza un ión? 10

Potencial electroquímico n La energía asociada a un ión depende de: n las características intrínsecas del ión n la concentración n la carga μj= μj* + RTln Cj + z FΨ Potencial electroquímico μj* =potencial electroquímico en condiciones estándar R=cte universal de los gases T=temperatura absoluta Cj=concentración del ión z = carga eléctrica del ión F=cte de Faraday Ψ =campo eléctrico donde el ión se encuentra 11

Los potenciales electroquímicos del ión en el interior y en el exterior serán iguales en el equilibrio Cj e n Cj i μji=μje μj* + RTln Cji + z FΨi = μj* + RTln Cje + z FΨe z. F (Ψi – Ψe ) = RT (ln Cje - ln Cji) Ej. N = RT/z. F x ln Cje / Cji Ej. N = RT/z. F x 2. 303 log Cje/ Cji 12

Potencial de Nernst n Es la diferencia de potencial eléctrico a ambos lados de una membrana que requiere una especie cargada para estar en equilibrio, siendo sus concentraciones en ambos sistemas distintas. 1. A partir de un potencial de referencia se puede calcular la asimetría de un ión cuando está en equilibrio 2. A partir de una asimetría, se puede calcular un potencial para el cual el ión estaría en equilibrio 13

SIMULADOR NERNST n http: //www. nernstgoldman. physiology. arizo na. edu/ 14

¿Para qué sirve Nerst? SALIDA TA ENTRADA TA TA= TRANSPORTE ACTIVO 15

Fuerza ión motriz n n n En los sistemas vivos, la mayoría de los iones no está en equilibrio. A la fuerza que actúa sobre un ión o gradiente de potencial electroquímico se denomina fuerza ión motriz Se calcula averiguando la diferencia de potencial electroquímico entre el interior y el exterior: Δ μj= (μj* +RTln Cji +z. FΨi )- (μj* +RTln Cje + z FΨe ) Δ μj= [z. F (Ψi – Ψe )] – [RT (ln Cje / Cji)] Δ μj= [z. F (Ψi – Ψe )] – [Ej. Nz. F] Δ μj/F= [z (Em –Ej. N)] 16

¿Y qué quiere decir todo esto? 17

Criterios para definir el tipo de transporte Gradiente negativo: la fuerza ión motriz impulsa hacia dentro al ión n TRANSPORTE PASIVO n Gradiente positivo: la fuerza ión motriz impulsa hacia fuera al ión, se requiere energía metabólica para que ingrese n TRANSPORTE ACTIVO n 18

El potencial de membrana y la ecuación de Goldman n La diferencia de potencial eléctrico (m. V) que se registra entre el lado interno ( i ) y el externo ( o ) de una célula es debido, en su mayor parte, a un potencial de difusión. n Una parte más pequeña de este potencial corresponde a las bombas electrogénicas presentes en algunas células. 19

Potencial de difusión En reposo, se produce una difusión de iones dependiente de la permeabilidad 20

Cinética del trasporte activo y pasivo 21

Incorporación TRANSPORTE PASIVO A FAVOR DE GRADIENTE TRANSPORTE ACTIVO EN CONTRA DE GRADIENTE Concentración externa 22

Proteínas de transporte 23

Canales 24

n Son proteínas transmembrana que funcionan como poros selectivos (plasmalema, tonoplasto, m. de mitocondria, m. de cloroplasto, m. tilacoidal). n Se asume que el flujo de iones a través de la doble capa lipídica es prácticamente nulo. n Se han descrito canales para K+, Ca 2+ y Cl- y recientemente acuaporinas, muy abundantes en membranas sometidas a flujos grandes de agua. Tasa: 108 iones /s Principalmente iones y agua n n 25

n Un canal típico de K+ (los más abundantes) consta de cuatro subunidades de 65 -100 k. Da que formarían el poro y que contienen un filtro de selectividad y sensores a distintos tipos de estímulos. n Por ejemplo, un aumento del Ca 2+ del citoplasma en respuesta a oscuridad o ABA induce el cierre de canales de entrada de K+ y la apertura de canales de salida de K+ y aniónicos, lo que determina la pérdida de turgencia de las células oclusivas y el cierre del estoma. 26

Bombas primarias 27

n Las bombas primarias son proteínas de membrana que mueven iones (masa y carga) en contra de su gradiente de potencial electroquímico y que generan gradientes tanto de concentración como eléctricos. También se les llama electroenzimas. 28

n La existencia del transporte activo es esencial para las células vegetales ya que un correcto funcionamiento de las principales rutas metabólicas requiere concentraciones internas de muchos iones muy por encima o por debajo de la concentración interna de equilibrio. 29

Bombas en el plasmalema H+ ATPasa (tipo P) n n n Cuando el protón se une a la proteína se da una fosforilación y se cambia la conformación de la proteína, lo cual provoca el transporte de H+. La energía se obtiene en este caso del ATP, que proviene mayoritariamente de la respiración mitocondrial. La energía metabólica se acumula en forma de asimetría en la concentración de H+ y especialmente como diferencia de potencial eléctrico entre el citoplasma y el exterior o fuerza H+ motriz. Es una bomba electrogénica que contribuye a energetizar la membrana o al potencial de membrana. 30

Bombas en el plasmalema Ca 2+ H+ ATPasa (tipo P) n Se trata de una bomba que saca Ca 2+ del citoplasma al tiempo que incorpora H+ en un proceso igualmente dependiente de ATP. n Menos electrogénica que la anterior. n Su función es evacuar Ca 2+ del citoplasma para mantener su concentración en torno a 0. 1 u. M 31

Bombas en el plasmalema n Otras n Hongos en medio alcalino y con Na+ + n Bomba de Na (salida de Na acoplado a la entrada de H consumo de ATP. n No contribuye al potencial de membrana, es electroneutra. n Alga verde marina Acetabularia n Bomba de Cl que emplea ATP para el transporte de Cl n Sí contribuye al potencial de membrana. 32

Bombas en el tonoplasto n La fuerza que impulsa la acumulación de agua y la turgencia en las células es osmótica y el origen del potencial osmótico es la acumulación de iones en la vacuola, principalmente K+. n En el tonoplasto hay dos bombas primarias que bombean H+ al interior de la vacuola, cuyo potencial de membrana es entre 5 -20 m. V (+ dentro de la vacuola). n H+ ATP asa (tipo V) n Pirofosfatasa (H+-PPasa): utiliza PPi como fuente de energía ¿Por qué dos bombas? 33

Transporte secundario de iones 34

n Consume la energía acumulada en las membranas por las bombas primarias y ello se refleja en la despolarización de las membranas. n A diferencia del transporte primario que genera una diferencia de potencial de membrana y es, por ello, electrogénico, el transporte secundario disipa la diferencia de potencial acumulado en la membrana y es, por tanto, electroforético. 35

Transportadores (carriers) n Se aprovecha la energía de una bomba H+-ATP asa para mover otro ión distinto al Hidrógeno. n Esto es porque al acumularse H+ se genera una fuerza motriz del protón, que provee la energía. n Una proteína transportadora se une por un lado al H+ y por otro al ión a transportar. 36