Resumen: B-055
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Mecanismos de transporte a través de la membrana explicados por medio de animaciones Torres, Carola A. - Gonzalez, Ana M. Facultad de Agroindustrias -UNNE Comandante Fernández 755 –(3700) Pcia. Roque Sáenz Peña – Chaco – Argentina Tel./Fax: +54 (03732) 420137 E-mail:
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Antecedentes El sitio web “HIPERTEXTOS DEL ÁREA DE LA BIOLOGÍA” ha sido creado con fines educativos y se encuentra disponible en la red desde el año 1999. Se subdivide en las distintas áreas de la Biología comprendiendo todos los temas de la currícula y cuenta además con un área denominada Animaciones, donde se incluyen procesos biológicos realizados en lenguaje gráfico animado. Dentro del tema célula eucariota uno de los puntos desarrollados es membranas celulares, (URL: http://www.biologia.edu.ar/cel_euca/la_membrana_celular.htm), comprendiendo descripciones de la subestructura, sus componentes y los mecanismos de transporte. Se ofrece a los alumnos información en forma de textos desarrollados con glosarios explicativos, gráficos descriptivos e imágenes, tanto de microscopía óptica como electrónica. Este tema se considera como fundamental para la compresión de diversos procesos que ocurren a distintos niveles: celular, tisular y con repercusión en todo el organismo. Por lo antedicho se han elaborado animaciones para explicar los procesos de transporte que ocurren a través de las membranas por medio de animaciones, las cuales ya han demostrado ser una herramienta de estudio muy didáctica (Torres et al. 2002, Rojas et al. 2004) Materiales y Métodos Para la realización de la página los programas utilizados han sido: Internet Explorer Microsoft Front Page ® Flash MX ® Resultados Dos de los hechos más notables acerca de las células son, por un lado, su enorme diversidad y por el otro, su similitud. Cada célula es una unidad autónoma e independiente, rodeada por una membrana que la separa del medio ambiente y la define como entidad separada. Esta membrana celular posee una estructura básica común tanto en Eucariotas como Procariotas. En todos los sistemas vivos la regulación del intercambio de sustancias con el mundo inanimado ayuda a mantener un ambiente interno controlando el paso de sustancias hacia el interior y el exterior de la célula y es realizada por la membrana. En los organismos multicelulares, la membrana celular tiene la tarea adicional de regular el intercambio de sustancias entre las distintas células especializadas que los constituyen. El control de este permanente intercambio es esencial para proteger la integridad de cada célula, para mantener las muy estrictas condiciones de pH y concentraciones iónicas que permiten el desarrollo de sus procesos metabólicos y la coordinación de sus actividades. Las membranas son estructuras dinámicas cuyos componentes se mueven, cambian y cumplen papeles fisiológicos vitales permitiendo que las células interactúen con otras células y con las moléculas del ambiente. Los componentes básicos de las membranas celulares son: Proteínas: representan el 60% de la composición. Tienen varias funciones como ser: participación en la organización estructural, en la permeabilidad, como receptores, como transmisores de señales o de informaciones a través de sus enzimas. Pueden ser integrales a la membrana o periféricas. Fosfolípidos: moléculas anfipáticas que constituyen el 40% de la estructura. Glúcidos: se encuentran en combinación con proteínas (glucoproteínas) y lípidos (lipoproteínas). Mecanismos de transporte Las membranas regulan el tránsito químico pudiendo actuar como una barrea a una sustancia dada en un determinado momento o promoviendo su paso activo en otro instante; esto en respuesta a las condiciones ambientales o las necesidades celulares. Permite el ingreso de sustancias útiles, tales como los nutrientes y la salida de los materiales de desecho; se dice entonces que tiene permeabilidad selectiva, propiedad que le permite regular el intercambio de sustancias. La permeabilidad selectiva de las membranas biológicas a las moléculas más pequeñas es lo que le permite a
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDEST E Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2004 la célula controlar y mantener su composición interna. Existen, sin embargo, muchos factores que determinan el tipo de mecanismo mediante el cual las distintas moléculas atravesarán dicha membrana. Ellos son: Mecanismos de transporte pasivo Difusión simple: sólo las moléculas pequeñas sin carga pueden difundir libremente a través de la bicapa lipídica. Las moléculas pequeñas no polares, tales como O2 y CO2 , son solubles en la bicapa lipídica y por lo tanto pueden cruzar fácilmente las membranas. Las moléculas pequeñas polares sin carga, tales como el H2O, pueden también difundir a través de las membranas, pero moléculas polares si carga y más grandes, tales como la glucosa, no pueden. Difusión facilitada: las moléculas que no pueden cruzar la membrana por libre difusión, pueden hacerlo por la acción de proteínas de transmembrana específicas, que actúan como transportadoras. Existen dos tipos de proteínas transportadoras: las proteínas canales, las cuales una vez abiertas, forman pequeños poros a través de los cuales los iones de tamaño y carga apropiada pueden cruzar la membrana por difusión libre; y las proteínas carriers o acarreadoras que se unen a moléculas específicas y luego sufren cambios conformacionales abriendo los canales a través de los cuales las moléculas que van a ser transportadas pueden pasar a través de la membrana y ser liberadas luego del otro lado. La membrana plasmática de muchas células contiene además proteínas canales para las moléculas de agua conocidas con el nombre de acuaporinas, a través de las cuales las moléculas de agua pueden atravesar la membrana en forma mucho más rápida que si lo hiciesen por difusión simple.
Pantalla principal del tema Membranas celulares
Mecanismos de transporte activo En los casos anteriores el flujo neto de moléculas está inclinado en la dirección energéticamente favorable, pero, en muchos casos las células deben transportar moléculas en contra de un gradiente de concentración, tal es el caso del transporte activo. En este mecanismo, la energía es provista por otra reacción asociada (tal como la hidrólisis del ATP) y la misma se usa para conducir el transporte de las moléculas hacia la dirección energéticamente desfavorable.
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Pantallas de Animaciones en www.biologia.edu.ar/animaciones
Difusión pasiva
Transporte a través de canales Iónicos
Transporte a través de Proteínas Carrier
Bomba de Na / K
Movimiento de los fosfolípidos en el modelo de mosaico fluido
En el último par de años el cúmulo de conocimientos acerca de los temas mencionados se ha incrementado notablemente siendo un ejemplo de ello el premio Nobel de Química del año 2003 otorgado a los médicos Peter Agre y Roderick MacKinnon por sus descubrimientos relacionados con la estructura y mecanismo de acción de los canales de agua (acuaporinas) http://biored.bio.ucm.es/biologia/varios/nobelq2003.htm. En vista de ello se decidió actualizar el tema membrana celular y mecanismos de transporte mediante la elaboración de animaciones para explicar dichos mecanismos tan complejos, previa actualización bibliográfica.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDEST E Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2004 Conclusiones Las animaciones de membrana celular y mecanismos de transporte se realizaron con la última información disponible en el tema y se ofrecen a los alumnos y público en general a través del enlace Hipertextos del Área de la Biología Animaciones, URL: www.biologia.edu.ar/animaciones Bibliografía
Cooper, Geoffrey M. (2000). The Cell - A Molecular Approach - Second Edition. Curtis Helena; N.Sue Barnes; Adriana Schnek; Graciela Flores (2000). Biología – Sexta Edición en Español. Solomon, E.; Berg,L and D. Martin. Biologia, Quinta Edición 2001. Purves William K., David Sadava, Gordon H. Orians, H. Craig Heller (2003). Vida “La Ciencia de la Biología”. Sexta Edición. Torres, Carola A. - Raisman, Jorge S. Replicación del virus del VIH y la acción de fármacos explicados por medio de animaciones. Comunicaciones Científicas y Tecnológicas de la UNNE 2002, 21-25/10/2002. UNNE. Actas publicadas en http://www.unne.edu.ar J.M.Rojas, M.M.Arbo, A.M.Gonzalez. Utilización de animaciones para explicar el ciclo de vida del Paraíso (Melia azedach L.) XV Reunión de Comunicaciones Científicas y Técnicas Fac. Cs. Agrarias. 3-6 Agosto 2004. Sitios de INTERNET Hipertextos del Área de la Biología URL: www.biologia.edu.ar Premio Nobel de Química del año 2003 URL: http://biored.bio.ucm.es/biologia/varios/nobelq2003.htm Acuaporinas URL: http://www.colorado.edu/MCDB/MCDB1150/ohd/aquaporin.jpg
