1. MEMBRANA CELULAR: ESTRUCTURA, ULTRAESTRUCTURA Y FUNCIN DRA. DUNIA A. LOZADA QUINTANILLA DOCENTE PRINCIPAL DPTO. ACADMICO DE MORFOLOGA HUMANA FACULTAD DE MEDICINA UNSA 2. Anton van Leeuwenhoe 3. La membrana plasmtica asla al citoplasma y media las interacciones entre la clula y su entorno. Los glbulos rojos de los mamferos no contienen ncleo ni membranas internas y han sido particularmente tiles como modelo para el estudio de las membranas. 4. MTODOS DE ESTUDIO INDIRECTOS 1895, OVERTON presumi la existencia de una membrana de naturaleza lipdica 1897, LANGMUIR estudi el comportamiento de los fosfolpidos al extenderlos sobre el agua 1925, GORTER Y GRENDEL concluyeron que la membrana es una capa lipdica bimolecular 5. 1932, Cole estudi la tensin superficial de membranas de huevos de erizo de mar y dedujo que los lpidos deban ir acompaados de protenas que disminuyan su tensin superficial 1935, DAVSON Y DANIELLI propusieron un modelo de membrana plasmtica en el que las protenas se sitan con los grupos polares 6. ESTUDIOS AL MICROSCOPIO ELECTRNICO 1959 Robertson: estructura trilaminar La Unidad de Membrana: todas las membranas son iguales, tanto las plasmticas como las citoplasmticas 7. OTROS MODELOS DE MEMBRANA Dcada 1960-70 algunos investigadores llegaron a la conclusin de que la estructura de las membranas citoplasmticas era globular y no trilaminar Estos modelos fueron pronto desechados al comprobarse que el aspecto trilaminar o globular de la membrana depende en gran parte de la fijacin 8. En la actualidad al mejorar la fijacin se acepta universalmente que el espesor de la membrana plasmtica es de 10 nm y de un valor de 7 nm para las membranas citoplasmticas 9. 1972. Jonathan Singer y Garth Nicolson propusieron el Modelo del Mosaico Fluido de membrana que ha sustituido a todos los anteriores y se encuentra actualmente en vigencia 10. MOSAICO FLUIDO 11. COMPONENTES DE LA MEMBRANA PLASMTICA Lpidos: hay unos 5 millones de molculas lipdicas por m de membrana Protenas: integrales, perifricas Hidratos de carbono: quedan del lado externo de la membrana, formando el llamado glicoclix 12. Los lpidos son los elementos estructurales fundamentales de las membranas. Las protenas son las responsables de realizar las funciones especficas de la membrana 13. LPIDOS Fosfolpidos: fosfatidil colina, fosfatidil serina, fosfatidil etanolamina, fosfatidil inositol, fosfatidil glicerol, difosfatidil glicerol o cardiolipina Esfingolpidos: ceramidas (esfingomielina y glucolpidos complejos: cerebrsidos y ganglisidos) Esteroles: colesterol 14. Estructura de dos tipos de fosfolpidos y un glucolpido 15. ASIMETRA en la bicapa lipdica: Mayor proporcin de fosfatidil colina y esfingomielina en la cara externa (E) (cidos grasos saturados) Mayor cantidad de fosfatidil etanolamina y fosfatidil serina en la cara citoplasmtica (P) (cidos grasos insaturados) La matriz lipdica de la cara P es ms fluida que la de la cara E debido a su mayor contenido en cidos grasos insaturados 16. PROTENAS Glicoforina A La protena banda 3 La anquirina o protena banda 2.1 Las protenas esquelticas espectrina, actina y tropomiosina Una protena perifrica interna: la enzima gliceraldehido -3-P-deshidrogenasa 17. Estructura de la secuencia de aminocidos de una protena transmembrana (Glicoforina A) 18. Demostracin experimental de que las protenas de superficie celular se movilizan lateralmente 19. Las protenas perifricas se disocian de la membrana tras el tratamiento con agentes polares, como soluciones de pH extremo o de alta concentracin salina, que no rompen la bicapa fosfolipdica. 20. Las protenas integrales de membrana solamente pueden ser liberadas mediante tratamientos que rompan la bicapa fosfolipdica. Los detergentes son molculas pequeas anfipticas que contienen tanto grupos hidrofbicos como hidroflicos. 21. Estructura de cinco detergentes comunes 22. Solubilizacin de protena integral de membrana por detergentes no inicos 23. HIDRATOS DE CARBONO (GLICOCLIX) Contribuyen eficazmente a la asimetra de la membrana plasmtica. Al ME se presentan como filamentos muy ramificados formando un entramado tridimensional. En algunas clulas epiteliales suele estar muy desarrollado: microvellosidades del epitelio intestinal. 24. GLICOCALIX SELECTIVIDAD RECONOCIMIENTO UNIONES INTERCELULARES CAMBIOS EN LA CARGA ELCTRICA ANCLAJE DE ENZIMAS PROPIEDADES INMUNITARIAS 25. RENOVACIN DE LA MEMBRANA PLASMTICA Los lpidos, Retculo Endoplsmico Liso. Glucoprotenas y proteoglucanos del glicoclix y protenas perifricas externas se sintetizan en el Retculo Endoplsmico Rugoso A travs del complejo de golgi, forman vesculas de exocitosis que se unen a la membrana plasmtica incrementando su superficie. Las protenas perifricas internas se sintetizan en polisomas libres 26. TRANSPORTE DE MOLCULAS PEQUEAS Difusin pasiva: molculas hidrofbicas pequeas (O2, CO2, H2O, Etanol, Benceno) Difusin facilitada y protenas transportadoras, protenas canal: la mayora de molculas biolgicas polares y con carga (azcares, aminocidos y nuclesidos) Canales inicos, canal regulado por ligando, canal regulado por voltaje: median el trnsito rpido de iones seleccionados (clulas nerviosas y musculares). 27. DIFUSIN PASIVA 28. TRANSPORTE DE MOLCULAS PEQUEAS Transporte activo dirigido por hidrlisis de ATP: la energa derivada de la hidrlisis de ATP puede dirigir el transporte de molculas en contra de su gradiente electroqumico (bomba inica, bomba de Na+ - K + , ATPasa Na + - K + ) Transporte activo dirigido por gradientes inicos: se emplean con frecuencia como fuente de energa para conducir el transporte activo de otras molculas (Uniporte, simporte, antiporte) 29. Endocitosis Christian de Duve (1963), ingestin de partculas grandes y fluidos. Fagocitosis: accin celular de comer. Las clulas ingieren partculas grandes como bacterias y desechos celulares. Pinocitosis: accin celular de beber. La endocitosis mediada por receptor, proporciona un mecanismo para la entrada selectiva de macromolculas especficas. 30. Endocitosis y Exocitosis 31. Trfico de protenas en la endocitosis Las molculas recogidas por endocitosis son transportadas a los endosomas, donde se clasifican para ser recicladas a la membrana plasmtica o para ser degradadas en los lisosomas. 32. Ultraestructura y diagramas de la formacin de depresiones revestidas 33. Las macromolculas que se van a introducir se unen a receptores especficos de la superficie celular. Estos receptores se acumulan en regiones especializadas de la membrana plasmtica denominadas depresiones revestidas con clatrina. 34. Las clulas de los individuos normales poseen un receptor para la lipoprotena de baja densidad, o LDL (del ingls low-density lipoprotein). Mutaciones congnitas del receptor de LDL ocasionan hipercolesterolemia familiar, por fallas en la unin al receptor o por fallas en la internalizacin. 35. Caveolas 36. Las caveolas son ricas en balsas lipdicas de colesterol y esfingolpidos y poseen un revestimiento distinto formado por una protena llamada caveolina 37. UNIONES CELULARES Hay protenas de membrana celular que actan como molculas especializadas de adhesin celular. reas especializadas de la membrana celular incorporadas a las uniones celulares. 38. Protenas de adhesin celular Las interacciones selectivas intercelulares estn mediadas por cuatro grupos principales de protenas de adhesin celular: selectinas, integrinas, miembros de la superfamilia de las inmunoglobulinas y cadherinas. Las cadherinas unen los citoesqueletos de las clulas adyacentes en las uniones clula a clula estables. 39. Tipos de Uniones celulares Uniones oclusivas Uniones de anclaje Uniones comunicantes 40. Uniones oclusivas Previenen la difusin de molculas entre clulas adyacentes. Previenen la migracin lateral de las protenas especializadas de membrana. Estn bien desarrolladas en el epitelio que reviste al intestino delgado. Previenen la retrodifusin de la sustancia transportada. 41. Uniones de anclaje Unen el citoesqueleto de unas clulas con otras y con los tejidos subyacentes Dan estabilidad mecnica a los grupos de clulas epiteliales consiguiendo que funcionen como una unidad cohesiva. 42. Uniones de anclaje La red de actina interacciona con dos tipos distintos de unin: Las uniones adherentes Los contactos focales 43. Uniones de anclaje La red de filamentos intermedios interacciona con dos tipos de uniones: Los desmosomas que conectan la red de filamentos intermedios de las clulas adyacentes Los hemidesmosomas conectan la red de filamentos intermedios con la matriz extracelular 44. Complejo de unin: Unin oclusiva Unin adherente Desmosoma 45. Uniones comunicantes Permiten la difusin selectiva de molculas entre clulas adyacentes y facilitan la comunicacin directa clula con clula. Son numerosas durante la embriognesis. Son importantes en las clulas del msculo cardaco y liso 46. Especializaciones de la superficie de la clula epitelial Aumentar la superficie: Microvellosidades, Pliegues basolaterales y placas de membrana. Mover sustancias por la superficie: cilios 47. Microvellosidades Proyecciones en forma de dedo de la superficie apical de la clula . Mas desarrollados en las clulas de absorcin: clulas de los tbulos renales, epitelio del intestino delgado. Los estereocilios son formas extremadamente alargadas de microvellosidades: clulas epiteliales del epiddimo. 48. MICROVELLOSIDADES 49. Cilios Son proyecciones mviles superficiales de las clulas que participan en el transporte Son particularmente evidentes en: El epitelio que reviste el Tracto Respiratorio El epitelio que tapiza la Trompa de Falopio 50. MOLCULAS DE SEALIZACIN Neurotransmisores (sealizacin sinptica) Hormonas (secrecin endocrina) Mediadores qumicos locales (secrecin paracrina) Sealizacin autocrina: clulas responden a sustancias que ellas mismas liberan 51. Las molculas de sealizacin (hormona, feromona o neurotransmisor) actan como ligandos La unin de un ligando a su receptor causa un cambio conformacional en el receptor que inicia una secuencia de reacciones llevando a una respuesta celular especfica 52. Las molculas de sealizacin se comportan de modo diferente de acuerdo a: Solubilidad: hidrfobas o hidrfilas Localizacin del Receptor: intracitoplasmtico o de la superficie celular 53. MOLCULAS DE SEALIZACIN HIDRFILAS. RECEPTORES DE SUPERFICIE Receptores asociados a canales. Receptores ligados a protena G Activacin de una enzima ligada a la membrana plasmtica Activacin de un canal inico ( Ca++ ) Receptores catalticos ligados a enzimas 54. MOLCULAS DE SEALIZACIN HIDRFOBAS RECEPTORES INTRACITOPLASMTICOS Hormonas esteroideas (cortisol, progesterona, estradiol y testosterona) Hormonas tiroideas La vitamina D Los retinoides El NO y el CO 55. PREGUNTAS 1. La membrana plasmtica es visible al microscopio de luz? 2. Qu cientficos concluyeron que la membrana es una capa lipdica bimolecular? 3. Qu propusieron Danielli y Davson acerca del modelo de de estructura de la membrana plasmtica? 4. Robertson observ que la membrana plasmtica presentaba una estructura .. 5. A qu se conoce como Unidad de Membrana? Y a qu Asimetra de membrana? 6. El modelo del mosaico fluido de membrana fue propuesto por .. 7. Seale los componentes de la membrana plasmtica 8. Cuales son las funciones del glucoclix? 56. 9. Cmo se renueva la membrana plasmtica? 10. Seale los mecanismos de transporte de molculas pequeas a travs de la membrana plasmtica (intercambio de la clula con el medio externo) 11. Qu son microvellosidades? 12. La incorporacin de molculas de gran tamao al interior de la clula se conoce como y el proceso inverso es la .. 13. Las molculas de sealizacin pueden clasificarse as: .. 14. Qu son los receptores de superficie? 15. Clasificacin de las uniones celulares. 57. Bibliografa: La Clula, Geoffrey M. Cooper Biologa Celular, Paniagua, R. Biologa Celular y Molecular, Karp, G. Biologa Celular y Molecular, Lodish Histologa Humana, Stevens, A.