1 Absorción de iones por células y tejidosTema 7 Absorción de iones por células y tejidos

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

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

4 Introducción

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

6 Transporte activo y pasivo

7 Potencial de membrana 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.

8 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

9 Gradiente eléctrico Gradiente de concentración Gradiente de concentración

10 ¿Hacia dónde se desplaza un ión?

11 Potencial electroquímicoLa energía asociada a un ión depende de: las características intrínsecas del ión la concentración 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

12 EjN = RT/zF x 2.303 log Cje/ CjiLos potenciales electroquímicos del ión en el interior y en el exterior serán iguales en el equilibrio Cji Cje μji=μje μj* + RTln Cji + z FΨi = μj* + RTln Cje + z FΨe zF (Ψi – Ψe ) = RT (ln Cje - ln Cji) EjN = RT/zF x ln Cje / Cji EjN = RT/zF x log Cje/ Cji

13 Potencial de Nernst 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. A partir de un potencial de referencia se puede calcular la asimetría de un ión cuando está en equilibrio A partir de una asimetría, se puede calcular un potencial para el cual el ión estaría en equilibrio

14 SIMULADOR NERNST

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

16 Fuerza ión motriz Δ μj/F= [z (Em –EjN)]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 +zFΨi )- (μj* +RTln Cje + z FΨe ) Δ μj= [zF (Ψi – Ψe )] – [RT (ln Cje / Cji)] Δ μj= [zF (Ψi – Ψe )] – [EjNzF] Δ μj/F= [z (Em –EjN)]

17 ¿Y qué quiere decir todo esto?

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

19 El potencial de membrana y la ecuación de GoldmanLa diferencia de potencial eléctrico (mV) 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. Una parte más pequeña de este potencial corresponde a las bombas electrogénicas presentes en algunas células.

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

21 Cinética del trasporte activo y pasivo

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

23 Proteínas de transporte

24 Canales

25 Son proteínas transmembrana que funcionan como poros selectivos (plasmalema, tonoplasto, m. de mitocondria, m. de cloroplasto, m. tilacoidal). Se asume que el flujo de iones a través de la doble capa lipídica es prácticamente nulo. Se han descrito canales para K+, Ca2+ y Cl- y recientemente acuaporinas, muy abundantes en membranas sometidas a flujos grandes de agua. Tasa: 108 iones /s Principalmente iones y agua

26 Un canal típico de K+ (los más abundantes) consta de cuatro subunidades de kDa que formarían el poro y que contienen un filtro de selectividad y sensores a distintos tipos de estímulos. Por ejemplo, un aumento del Ca2+ 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.

27 Bombas primarias

28 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.

29 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.

30 Bombas en el plasmalemaH+ ATPasa (tipo P) 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.

31 Bombas en el plasmalemaCa2+ H+ ATPasa (tipo P) Se trata de una bomba que saca Ca2+ del citoplasma al tiempo que incorpora H+ en un proceso igualmente dependiente de ATP. Menos electrogénica que la anterior. Su función es evacuar Ca2+ del citoplasma para mantener su concentración en torno a 0.1 uM

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

33 Bombas en el tonoplastoLa 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+. En el tonoplasto hay dos bombas primarias que bombean H+ al interior de la vacuola, cuyo potencial de membrana es entre 5-20 mV (+ dentro de la vacuola). H+ ATP asa (tipo V) Pirofosfatasa (H+-PPasa): utiliza PPi como fuente de energía ¿Por qué dos bombas?

34 Transporte secundario de iones

35 Consume la energía acumulada en las membranas por las bombas primarias y ello se refleja en la despolarización de las membranas. 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.

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