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.
Contenido






Introducción
Transporte activo y pasivo
Cinéticas del transporte activo y pasivo
Bombas primarias
Transporte secundario de iones
Flujo de iones en la raíz
3
Introducción
4
Puntos negros del tráfico de iones
-Semillas en desarrollo
-Células guarda
-Carga floemática
-Descarga floemática
-Absorción de nutrientes en raíz
Transporte activo y
pasivo
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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.
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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
Gradiente de concentración
¿Hacia dónde se
desplaza un ión?
10
Potencial electroquímico

La 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
Los potenciales electroquímicos del ión en el
interior y en el exterior serán iguales en el
equilibrio
Cje

Cji
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 2.303 log Cje/ Cji
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.
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

http://www.nernstgoldman.physiology.arizo
na.edu/
14
¿Para qué sirve Nerst?
SALIDA
TA
ENTRADA
TA
TA= TRANSPORTE ACTIVO
Fuerza ión motriz



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)]
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¿Y qué quiere decir todo esto?
Criterios para definir el tipo de transporte
Gradiente 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

18
El potencial de membrana y la ecuación
de Goldman

La 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.
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
Proteínas de
transporte
23
Canales
24

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



Un canal típico de K+ (los más abundantes) consta
de cuatro subunidades de 65-100 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.
Bombas primarias
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 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

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)



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
Ca2+ 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
31
Bombas en el plasmalema

Otras
 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.
32
Bombas en el tonoplasto

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+.

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?
33
Transporte
secundario de iones
34

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.
35
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.
36
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Diapositiva 1 - OpenCourseWare de la Universidad de …