MOVIMIENTO BROWNIANO AL AZAR DEPENDE DE LA ENERGÍA TÉRMICA CADA PARTÍCULA SE MUEVE INDEPENDIENTEMENTE DE LA OTRA

DIFUSIÓN

Velocidad de movimiento Diferencia de Concentraciones C1-C2 dS dt = KA g Diferencia de Concentraciones S Substancia t Tiempo (s) K Coheficiente de difusión (cm/s) A Área de intercambio (cm2) C Concentraciones (mol/cm3) g Grosor de la membrana K P ∝ g dS dt = PA(C1-C2)

Posición en la solución Concentración Concentración Concentración Posición en la solución

Ji = P . Δμ Flujos Flujos Ji Dependen de 1 J12 2 J21 dS = PA(C1-C2) dt Influjo J12 Eflujo J21 Dependen de el potencial electroquímico Δμ. Fuerza impulsora. Coheficiente de proporcionalidad P. PERMEABILIDAD Facilidad para atravesar la membrana 1 J12 2 J21 Ji = P . Δμ

Δμ 1 2 Ji = P . ΔC 1 + - + - - 1 - + - + - 2 2 + + + + + + - - - - + + Gradiente de concentración ΔC Gradiente eléctrico ΔΨ Gradiente de presión DP 1 2 Ji = P . ΔC 1 + - + - - 1 - + - + - 2 2 + + + + + + - - - - + + Ji = P . ΔP + Ji = P . ΔΨ

Coheficientes de proporcionalidad FLUJOS ACOPLADOS Se consideraba que cada flujo depende de su Δμ. Principal Los flujos están relacionados Conjugados Coheficientes de proporcionalidad Ji = P . Δμ Eléctrico Je = L12 . ΔΨ Calor JQ = L21 . ΔT Je = L11 . ΔV + L12 . ΔT JQ = L21 . ΔT + L22 . ΔV

Ji = P . Δμ 10-2 H2O 10-4 UREA 10-6 TRIPTOFANO GLUCOSA 10-8 10-10 Cl- Diferencia de concentración 10-4 mol/cm3 = 10-4/10-3 mol/l = 0.1M Flujo Ji = P . Δμ (10-7 cm/s)(10-4 mol/cm3) 10-11mol/s.cm-2 10-11mol/s.cm2(6x1023 moléc/mol)(1/108 μm2/cm2) 6x104 moléculas por segundo por 1 μm2 (≈ el área de una célula) 10-2 H2O 10-4 UREA 10-6 TRIPTOFANO GLUCOSA 10-8 10-10 Cl- K+ 10-12 Na+ Permeabilidad (cm/s) 10-14

Velocidad de movimiento C1-C2 C1-C2

35% de lo genes codifican proteínas de transporte. cerca de 400 familias de transportadores 80 familias de porters (uni, sym y anti porters) Busch and Saier. 2002. Critical reviews in biochemistry and molecular biology 37:287-37.

Widdas 1952. Diffusion can not explain glucose transfer in the sheep placenta. A possible carrier transfer. Mitchell 1957. Secondary active transport. Crane et al. 1961: debe haber acople entre el gradiente de Na+ y el transporte de otras substancias. Jardetzky 1966. Alternating access model. Schultz y Curran, Physiol. Rev. 50, 637 (1970). Demuestran esta hipótesis.

Alternating access model Acarreadores C1 C2 Alternating access model (ping-pong) Jardetzky 1966 Nature 211:969-70

Cotransportador Na+/Gluc Jardetzky 1966 Nature 211:969-70 Acarreadores Exterior C1 C2 Interior Glut-1 Cotransportador Na+/Gluc uniport symport antiport

Intercambiador HCO3-/Na+ Transportador de ADP/ATP. El bongkrekato se une al lado de afuera, el atracilato adentro Un anticuerpo se une al la proteina inhibida con antracilato y otra a bongkreakato Buchanan et al. PNAS. 1976 73:2280-2284 mitochondrial ADP/ATP carrier Klingenberg and Buchholz. Eur J Biochem. 1973 38:346–58. Intercambiador HCO3-/Na+ FITC HCO-3 Stim et al. 1994. J Membrane Biology 140:39-46 Pebay-Peyroula. Nature. 2003. 426:39–44.

Serie de conformaciones típicas de un cotransportador derivadas de tratar al proceso de transporte vectorial como un proceso enzimático. Forrest et al. 2011. BBA 1807:167-188.

Algunas familias de transportadores MFS Major facilitator family Glut-1, -2, -4, -6. MCF Mitochondrial carrier family GADP/ATP antiport. CaCA Ca2+/cation antiporter family Ca2+/Na+ antiport. SSS sodium solute symport family co-transportador Na+/Gluc NHA sodium hydrogen antiporter family Intercambiador Na+/H+ SMR small multi-drug transporter family antiport H+/fármaco EAAT excitatory amino acid transporter family transportador de glutamato NSS neurotransmiter solute symporter family transportador de leucina 29

Leto and Saltiel 2012. Nat Rev Mol Cell Biol. 13):383-96

Transportador de glucosa Glut Glut-1: Blood-brain barrier, MFS Major facilitator family Glut-1, -2, -4, - 6. Transportador de glucosa Glut Glut-1: Blood-brain barrier, endothelial, nerve cells. Niños: 80% de glucosa se consume en el cerebro. Síndrome de deficiencias de Glut-1: convulsiones, retraso en el desarrollo. Glut-4: Músculo, adipocitos Epitelial (Intestino, riñón...) Glut-2: Hígado, almacén de glucógeno.

Sitio de unión de la Glucosa Sitios de fosforilación Exterior Gluc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 NH2 COOH Interior Sitio de unión de la Glucosa Sitios de fosforilación Transportador de Glucosa, Uniport, Glut Miembro de la Familia MFS Transporta glicopéptidos contra el dolor

Sitio de unión de la Glucosa Sitios de fosforilación Exterior 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Gluc NH2 COOH Interior Sitio de unión de la Glucosa Sitios de fosforilación Transportador de Glucosa, Uniport, Glut Miembro de la Familia MFS Transporta glicopéptidos contra el dolor

Saltiel and Kahn, 200, Nature 414:799-806 3T3 adipocytes Saltiel and Kahn, 200, Nature 414:799-806

Leto and Saltiel 2012. Nat Rev Mol Cell Biol. 13):383-96

Forrest et al. 2011. BBA 1807:167-188. Forrest et al. 2011. BBA 1807:167-188.

mitochondrial ADP/ATP carrier MCF Mitochondrial carrier family GADP/ATP antiport. mitochondrial ADP/ATP carrier confirma ce (abierta al exterior) Simetría de 3 prolina dobla TM Pebay-Peyroula. Nature. 2003. 426:39–44.

Intercambiador Na+/Ca2+ CaCA Ca2+/cation antiporter family Ca2+/Na+ antiport. Exterior α1 α2 Ca2+ α1 p loop α2 p loop 3 Na+ 1 2 3 4 5 7 8 9 10 10 6 Interior Inactivación COOH Procesamiento alternativo P Unión a Ca2+ Intercambiador Na+/Ca2+ Antiparalela Similar a canales: dominios poro Gly-Ile-Gly (Gly-Tyr-Gly) Extrusión de Ca2+ principalmente (aveces entrada)

1. Liao J, Li H, Zeng W, Sauer DB, Belmares R, Jiang Y 1. Liao J, Li H, Zeng W, Sauer DB, Belmares R, Jiang Y. Structural insight into the ion-exchange mechanism of the sodium/calcium exchanger. Science. 2012Feb.10;335(6069):686–90.

Secondary active transport SSS sodium solute symport family co-transportador Na+/Gluc Secondary active transport Widdas 1952. Diffusion can not explain glucose transfer in the sheep placenta. A possible carrier transfer. Mitchell 1957. Secondary active transport. Crane et al. 1961: debe haber acople entre el gradiente de Na+ y el transporte de otras substancias. Jardetzky 1966. Alternating access model. Schultz y Curran, Physiol. Rev. 50, 637 (1970). Demuestran esta hipótesis. Hay una familia SSS (Solute sodium symporters family) con más de 450 miembros.

Transportador de glucosa dependiente de sodio (SGLT) Miembro de la familia SSS (Solute, sodium symporters). Absorción (intestino) y reabsorción (riñón) de glucosa. Impulsados por el gradiente de Sodio: transporte activo secundario.

Zuzuky et al. 1996, Histochem Cell Biol 106:529-533 SGLT1, intestino, MDCK Zuzuky et al. 1996, Histochem Cell Biol 106:529-533

C2 C1 ΔGc = RT ln C2 C1 RT zF ΔGm = ln

Transoprtador de sodio y galactosa Vibrio parahaemolyticus Faham et al. 2008 Science 321:810-4

Faham et al. 2008 Science 321:810-4

Faham et al. 2008 Science 321:810-4

NSS neurotransmiter solute symporter family transportador de leucina

Na+,K+- ATPasa Na+ Gluc SGTL1 H+ Pep- Glut1 Figura 15 ¿ K+

Intercambiador Cl-/HCO3- NHA sodium hydrogen antiporter family Intercambiador Na+/H+ Exterior Cl- HCO3- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 NH2 COOH Interior Intercambiador Cl-/HCO3- Capilares pulmonares

Intercambiador Cl-/HCO3- NHA sodium hydrogen antiporter family Intercambiador Na+/H+ Exterior 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Cl- HCO3- NH2 COOH Interior Intercambiador Cl-/HCO3- Capilares pulmonares

Intercambiador Cl-/HCO-3 AC AC CO2 CO2+ H2O H++HCO3- CO2+ H2O H++HCO3- CO2 HCO3- HCO3- Cl- CO2 Cl- Capilares sistémicos Capilares pulmonares Intercambiador Cl-/HCO-3

Na+/H+-Antiporter, Escherichia coli, regulación del pH, volumen Ion and water accesibility Electron density map Electrostatic potential surface Hunte et al. 2005, Nature 435:1197-1202

EAAT excitatory amino acid transporter family transportador de glutamato 1. Yernool D, Boudker O, Jin Y, Gouaux E. Structure of a glutamate transporter homologue from Pyrococcus horikoshii. Nature. 2004Oct.14;431(7010):811–8.

Transportador de glutamato Transportador de Glutamato en sinapsis GLIA OH- GTL-1 2 Na+ Glu- 2 Na+ Glu- K+ OH- K+ OH- EAAC1 AMPA R Glu- Glu- NEURONA PRESINÁPTICA ESPACIO SINÁPTICO NEURONA POSINÁPTICA Transportador de glutamato Kanai et al. 1992 Nature 360:461-71

SLC24A5 transportador putativo, Zebra fish Lamason et al SLC24A5 transportador putativo, Zebra fish Lamason et al. 2005, Science 310:1782-6.

SLC45 de humano, en realidad funciona como intercambiador Ginger et al. 2008 J Biol Chem 283:5486-95