membranas celulares y mecanismos

MEMBRANA CELULAR

MEMBRANA CELULAR, PLASMÁTICA O PLASMALEMA

La membrana celular es una barrera dinámica que separa el orden interno de las funciones celulares del desorden circundante, no solo separa el material vivo sino que también regula el movimiento de solutos, solventes y partículas hacia y desde la célula.

Posee un espesor aproximado de 100Aº

FUNCIONES DE LA MEMBRANACITOPLASMÁTICA

Cubre y protege la célula y la separa de su medio exterior, y puede participar en su movimiento o secreción.

Mantiene relaciones estructurales y químicas con las células vecinas.

Regula el paso de sustancias hacia el interior y exterior de la célula.

La membrana es capaz de recibir señales y transmitirlas a la célula.

COMPOSICIÓN QUIMICA Y ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA

Están constituidas básicamente de proteínas, lípidos y una pequeña cantidad de carbohidratos.

En términos generales, la membrana contiene: * 20-70% de su peso de proteínas * 20-40% de su peso en lípidos * menos del 10% de su peso en carbohidratos.

Hidratos de carbono: glicoproteínas y glicolípidos según se unan a proteínas o lípidos.

ESTRUCTURA DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS

ESTRUCTURA DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS

ESTRUCTURA DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS

MICELASMICELAS

CABEZA POLAR

CABEZA POLAR

BICAPABICAPA LIPOSOMALIPOSOMA

COLA HIDRÓFOBACOLA HIDRÓFOBA

LÍPIDOS DE LA MEMBRANA

Fosfolípidos, Glucolípidos y Colesterol

* Fosfolípidos: a- Glicerofosfolípidos:

Fosfatidilcolina Fosfatidiletanolamina Fosfatidilserina Fosfatidilinositol b. Esfigolípidos: Esfingomielinas

ASIMETRIA DE LA MEMBRANA

CAPA EXTERNA: CAPA INTERNA:

FOSFATIDILCOLINA FOSFATIDILETANOLAMINAESFINGOMIELINA FOSFATIDILSERINA

FOSFATIDILINOSITOL

GLUCOLÍPIDOS: exclusivamente en la capa externaCOLESTEROL: se inserta en ambos lados de la bicapa

PROTEÍNAS DE LA MEMBRANA

Proteínas Periféricas o Extrínsecas

Proteínas Integrales o Intrínsecas

Proteínas Periféricas: 1. No penetran en el interior

hidrofóbico2. No son

transmembranosas3. Son Hidrosolubles4. Aparecen tanto en la cara

externa como en la interna

5. Son fácilmente separables

Proteínas Integrales:

1. Penetrantes2. En su mayoría

transmembranosas3. Más del 70% del total4. Son anfipáticas5. Difícilmente separables

FUNCIONES DE LOS COMPUESTOS PROTEÍNICOS DE LA MEMBRANA

El transporte selectivo de sustancias (iones, moléculas polares) de un lado a otro de la membrana.

EL control de las reacciones bioquímicas que ocurren en la célula (por enzimas que aceleran o retardan las reacciones químicas)

Actuar como marcadores que identifican a las células para su reconocimiento por otras sustancias

u hormonas.

Proteínas transmembranosas de paso único y de paso múltiple :

PROTEINAS LIGADAS LA LIPIDOS

GLUCIDOS DE LA MEMBRANA

Oligosacáridos: formados por glucosa y galactosa N-acetilgalatosamina Ácido siálico Glucosaminoglucanos (proteoglucano)

Intervienen en el reconocimiento celular, la

adhesión y la acción a receptores.

CUBIERTA CELULAR O GLUCOCALIZ

Es una capa densa de carbohidratos que cubre la cara externa de la membrana plasmática y participan en los procesos de endocitosis, en las reacciones antígeno-anticuerpo y en la transducción de señales.

MODELOS DE MEMBRANAS

1855, NAEGELI: Película Invisible que envuelve a la célula y era responsable de los fenómenos osmóticos que observó en células vivas.

1902, E. OVERTON: La membrana plasmática está constituida por una delgada capa de lípidos.

1925, E. GORTER y F. GRENDEL: Bicapa Lípidica

1935, J. DANIELLY y H. DAVSON: Bicapa Lipídica cubierta a cada lado por proteínas globulares

1959, J. D. ROBERTSON: Unidad de Membrana

Consideró que las proteínas estaban extendidas en ambas superficies de la membrana

1972, S. J. SINGER y G. NICHOLSON: Mosaico Fluido, en el cual la membrana está formada por una doble capa lipídica a la que se adosan moléculas proteicas. Si se adosan en ambas caras de la superficie reciben el nombre de proteínas extrínsecas y si, por el contrario, atraviesan la capa de lípidos, reciben el nombre de proteínas intrínsecas o integrales.

Con base en el modelo del Mosaico Fluido, se concluye:

Las membranas biológicas no son estructuras rígidas, sino más bien dinámicas y fluidas en las que algunas proteínas y lípidos están en constante movimiento en el plano longitudinal de la membrana.

Las membranas biológicas son asimétricas debido a la presencia de proteínas funcionales diferentes en la superficie interna y externa, dotando así a estas superficies de diferencias físicas, estructurales y bioquímicas.

FLUIDEZ DE LA MEMBRANA PLASMATICA

Los lípidos y proteínas pueden tener una considerable libertad de movimiento lateral dentro de la membrana.

Es una propiedad de los fosfolípidos.

Depende de la temperatura y de la composición de la membrana.

MOVIMIENTOS DE FOSFOLÍPIDOS EN LA BICAPA LIPÍDICA

Rotación

Es como si girara la molécula en torno a su eje. Es muy frecuente y el responsable en parte de los otros movimientos.

Difusión lateral

Las moléculas se difunden de manera lateral dentro de la misma capa. Es el movimiento más frecuente.

Flip-flop

Es el movimiento de la molécula lipídica de una monocapa a la otra gracias a unas enzimas llamadas flipasas. Es el movimiento menos frecuente, por ser energéticamente más desfavorable.

Flexión

Son los movimientos producidos por las colas hidrófobas de los fosfolípidos.

TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA

PERMEABILIDAD MEMBRANAL:

Es una propiedad de la membrana celular.

Se refiere a los mecanismos mediante los cuales las células regulan la entrada y salida de moléculas e iones.

Son fundamentales para que las células cumplan con sus funciones vitales.

Clases de Membranas: Permeables, Impermeables y Semipermeables.

Permeabilidad de membranas varía con las sustancias.

Estado físico, tamaño y polaridad regulan la velocidad de intercambio

Tipos de transporte a través de la membrana

TRANSPORTE PÁSIVO

Es el que se produce espontáneamente sin que haya que suministrar energía externamente para que se produzca.

Tipos: Difusión Simple Difusión Facilitada

DIFUSIÓN SIMPLE: Si dos sustancias de diferente concentración se

encuentran separadas por una membrana semipermeable, las moléculas de la sustancia (soluto) con mayor concentración atraviesan la membrana hacia la solución menos concentrada para igualar las concentraciones de soluto.

Ejemplo: El agua, el dióxido de carbono, el oxígeno, moléculas solubles en lípidos como las vitaminas A, E, algunas hormonas esteroideas, atraviesan la membrana de esta forma.

Tipos de Difusión Simple:

* Ósmosis * Diálisis

OSMOSIS: Fenómeno consistente en el paso de solvente de una disolucióndesde la zona de baja concentraciónde soluto a una de alta concentración de soluto, separados por una membrana semipermeable.

DIALISIS: Consiste en el paso de sustancias disueltas (soluto) a través de una membrana semipermeable.

DIFUSION FACILITADA:Es la difusión de moléculas y los iones solubles en agua a través de

la membrana, con la participación de las proteínas de la membrana.

Las proteínas pueden formar poros o canales con diámetros específicos y cargas eléctricas que permiten el paso selectivo de iones. Los iones de Na +, K+, Ca2+, Cl- atraviesan la membrana de esta manera.

Hay canales que permanecen abiertos y otros que solo se abren cuando llega una molécula portadora que se une a las moléculas e induce a una variación de la configuración que abre el canal, o bien cuando ocurren cambios en la polaridad de la membrana.

Es así como la difusión puede ser facilitada por proteínas portadoras que se unen a las moléculas facilitando la apertura del canal y su paso a través de la membrana. Los neurotrasmisores atraviesan la membrana de esta forma.

Difusión facilitada de glucosa

PROTEÌNAS QUE INTERVIENEN EN LA DIFUSIÒN FACILITADA

Proteínas transportadoras o permeasas Proteínas de canal

* Porinas * Acuaporinas * Canales iónicos:

Canales regulados por voltajeCanales regulados por ligando

Canal regulado por voltaje

Se abren en respuesta a un cambio de potencial eléctrico de la membrana.

Canal regulado por ligando

Se abren al unirse con su ligando específico, experimentan un cambio conformacional que determina su apertura

TRASNPORTADORES POR UNIPORTE

Mueven un solo soluto

GLUT -1: Eritrocito GLUT-2: Hígado GLUT-3: Cerebro GLUT-4: Músculo, T. graso GLUT-5: Intestino delgado

TRANSPORTE ACTIVO Actúan proteínas de

membrana, pero éstas requieren energía, en forma de ATP.

Se realiza en contra del gradiente electroquímico.

La bomba de Na/K, y la bomba de Ca. Transporte

activo primario

Mecanismo de transporte activo para moléculas de bajo peso molecular

Para el transporte de moléculas de bajo peso molecular y en contra del gradiente se requiere la ayuda de las proteínas de transporte denominadas bombas, por su similitud con las bombas de agua. Las proteínas de transporte utilizan energía para mover las moléculas en contra del gradiente de concentración.

Son ejemplos de transporte activo la bomba de Na+/K+, y la bomba de Ca.++

La bomba de Na+/K+ requiere una proteína de transporte que bombea Na+ hacia el exterior de la membrana y K+ hacia el interior.

La absorción de minerales en las plantas es un ejemplo de transporte activo

ENDOCITOSIS: Es un proceso de incorporación de sustancias del medio externo a la célula mediante una invaginación en la superficie exterior de la membrana que engloba las partículas o líquidos a ingerir.

Una vez las partículas o sustancias dentro de la invaginación se produce la estrangulación de la invaginación originándose una vesícula que encierra el material ingerido el cual es transportado al interior del citoplasma.

Según la naturaleza de las partículas englobadas, se distinguen diversos tipos de endocitosis: pinocitosis y fagocitosis.

TIPOS DE ENDOCITOSIS

PINOCITOSIS: Implica la ingestión de líquidos y partículas en disolución a través de una invaginación de la membrana plasmática que forma pequeñas vesículas o vacuolas que luego se introducen al citoplasma con los líquidos ingeridos. La pinocitosis incorpora grandes moléculas como glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos.

FAGOCITOSIS Implica la incorporación de partículas grandes, o de microorgansimos a través de extensiones de la membrana plasmática, denominadas pseudópodos los cuales engloban las partículas, luego los extremos de los pseudópodos se fusionan dando origen a una vesícula o vacuola alimenticia con las partículas dentro. Las partículas incluidas en la vacuola son digeridas por enzimas digestivas llamadas lisosomas.

La fagocitosis la realizan las amebas en su proceso digestivo, los leucocitos para destruir bacterias y las células de microglía del sistema nervioso que destruyen y eliminan las neuronas muertas por heridas o por envejecimiento.

EXOCITOSIS Es el proceso contrario a la endocitosis. Tiene como

objetivo la excreción de sustancias, ocurre cuando una macromolécula o una partícula debe pasar del interior al exterior de la célula.

Las macromoléculas contenidas en vesículas citoplasmáticas creadas por el aparato de Golgi, se desplazan hasta la membrana plasmática, la membrana plasmática y la vesícula se fusionan y la vesícula vierte su contenido al medio extracelular.

Productos de desecho de la digestión celular, secreción de hormonas son vertidas hacia el líquido extracelular por este mecanismo. En toda célula existe un equilibrio entre la exocitosis y la endocitosis para que quede asegurado el mantenimiento del volumen celular.

TRANSCITOSIS

Es el conjunto de fenómenos que permiten a una sustancia atravesar todo el citoplasma celular desde un polo al otro de la célula.

Implica el doble proceso endocitosis-exocitosis.

Propio de células endoteliales que constituyen los capilares sanguíneos.

Desde el punto de vista biológico las soluciones se agrupan :

* Isotónicas * Hipotónicas * Hipertónicas

CELULA VEGETAL:

CONTACTOS INTERCELULARESLas células que están en contacto estrecho entre sí suelen

desarrollar uniones intercelulares especializadas. Estas estructuras permiten que las células adyacentes formen conexiones estrechas unas con otras o tengan comunicación rápida.

En los animales hay tres tipos de uniones intercelulares: Uniones de Comunicación, de Abertura o Nexos. Uniones Impermeables, Oclusivas o Estrechas. Uniones Adherentes o Desmosomas.

En los vegetales: Los plasmodesmas

CELULAS ANIMALES

UNIONES DE COMUNICACIÓN, DE ABERTURA, NEXOS O EN HENDIDURA

Posee canales proteicos que actúan como poros y que permite intercambiar sustancias nutritivas o señales.

Proteína : Conexina.

Ejemplos

Células del páncreas, músculo cardíaco e hígado.

UNIONES DE COMUNICACIÓN, DE ABERTURA, NEXOS O EN HENDIDURA

Posee canales proteicos que actúan como poros y que permite intercambiar sustancias nutritivas o señales.

Proteína : Conexina.

Ejemplos

Células del páncreas, músculo cardíaco e hígado.

UNIONES IMPERMEABLES, OCLUSIVAS O ESTRECHAS

Cierran el espacio intercelular con fibras de proteínas y evitan de este modo el paso de sustancias a través de dicho espacio.

Proteína de unión: Ocludina.

Ejemplos: Vejiga urinaria, epitelio intestinal.

UNIONES IMPERMEABLES, OCLUSIVAS O ESTRECHAS

Cierran el espacio intercelular con fibras de proteínas y evitan de este modo el paso de sustancias a través de dicho espacio.

Proteína de unión: Ocludina.

Ejemplos: Vejiga urinaria, epitelio intestinal.

UNIONES ADHERENTES O DESMOSOMAS

Mantiene unidas a las células adyacentes en un punto determinado. Un desmosoma consiste en regiones de material proteínico denso relacionado con la cara citosólica de cada membrana plasmática. Las dos células se mantienen unidas mediante filamentos proteínicos intermedios que cruzan el espacio intercelular que hay entre las dos superficies celulares.Desmosoma puntiforme: DesmogleínaDesmosoma en banda: Cadherina

Ejemplos: Células de la piel, Intestino delgado, Vejiga urinaria.

UNIONES ADHERENTES O DESMOSOMAS

Mantiene unidas a las células adyacentes en un punto determinado. Un desmosoma consiste en regiones de material proteínico denso relacionado con la cara citosólica de cada membrana plasmática. Las dos células se mantienen unidas mediante filamentos proteínicos intermedios que cruzan el espacio intercelular que hay entre las dos superficies celulares.Desmosoma puntiforme: DesmogleínaDesmosoma en banda: Cadherina

Ejemplos: Células de la piel, Intestino delgado, Vejiga urinaria.

CÉLULAS VEGETALES

Plasmodesmos:

Son canales que a través de las paredes celulares de los vegetales conectan el citoplasma de las células adyacentes.