MEMBRANA CELULAR O PLASMÁTICA

“La frontera de la vida”

Estructura de la Membrana Celular

• El grosor de la membrana es de 7.5 a 10 nanómetros (nm).

• No es visible en el microscopio de luz.

• La membrana se compone, casi completamente, de lípidos y proteínas, adicionalmente presenta colesterol y azúcares.

Mitocondria

Membrana plasmática

Núcleo

Membrana plasmática

• Los fosfolípidos son el principal componente estructural de todas las membranas celulares.

• Cabeza polar hidrofílica: (glicerol + fosfato + colina, o serina, etc. depende del tipo)

• Dos colas no polares: (dos ácidos grasos) que son hidrofóbicas o anfipáticas.

Lípidos de Membrana

Cabeza

Símbolo

Colas

Fosfolípidos

Cabezas

hidrofílicas

Colas

hidrofóbicas

Líquido intersticial

Exterior de la Célula

Citoplasma

Interior de la Célula

– Las cabezas hidrofílicas se ubican hacia afuera y sus colas hidrofóbicas se ubican hacia adentro de la célula.

– En agua, los fospolípidos forman espontáneamente una bicapa o lámina doble muy estable

Lípidos de Membrana

• Esteroides como el Colesterol (célula animal) y los Fitoesteroles (célula vegetal) cumplen un papel importante regulando la resistencia y la fluidez de las membranas.

• Existen dos tipos generales de proteínas de membrana:

- Proteínas integrales o transmembrana: penetran completamente la bicapa fosfolipídica y tienen regiones hidrofóbicas.

- Proteínas periféricas: no atraviesan toda la bicapa fosfolipídica y carecen de regiones hidrofóbicas (presentan regiones polares o cargadas). Están asociadas a proteínas integrales y a lípidos.

- Proteínas de membrana: permiten el movimiento de materiales a través de la membrana y la recepción de señales químicas desde el ambiente externo de la célula.

Proteínas de Membrana

Proteínas de Membrana

Función de las Proteínas de Membrana

• Transporte

• Permiten y regulan el paso de sustancias que por su tamaño o por su carga no atraviesan por difusión la membrana plasmática.

• Transportadores pasivos: canales iónicos

• Proteínas facilitadoras.

Función de las Proteínas de Membrana

• Comunicación

• Célula – medio extracelular: reciben estímulos eléctricos o químicos (ej. hormonas).

• Célula – célula: reciben y envían estímulos químicos y eléctricos entre las células.

UNION

Estrecha

Desmosomas

Membrana

plasmática

adyacente

Matriz

extracelular

UNION

Comunicante

Función de las Proteínas de Membrana

• Reconocimiento

• Algunas Glucoproteínas (proteína + carbohidrato), hacen específicas las células para un tejido, órgano y hasta para un organismo.

• Carbohidratos como glucosa o galactosa se fijan a proteínas o a fosfolípidos, por fuera de la membrana plasmática, formando glucoproteínas o bien glucolípidos.

• Son importantes para el reconocimiento de moléculas específicas.

• Ayudan a mantener unidas las células vecinas.

Carbohidratos de Membrana

Teoría del Mosaico Fluido

• Movimiento de los fosfolípidos:

• Flip - Flop: pueden saltar de una monocapa a la otra; se produce poco por que requiere gran gasto de energía.

• Difusión lateral: cambian de lugar con fosfolípidos vecinos, dentro de la misma monocapa unas 107 veces por segundo.

• Rotación: giran sobre su eje longitudinal con rapidez.

• Flexión: Separación y aproximación de los extremos de las colas, por flexión de las cadenas carbonadas de los ácidos grasos.

Funciones de la Membrana Plasmática

• Protegen la célula o a la organelas del medio externo.

• Mantienen una forma estable de la célula u organela.

• Regulan el transporte de sustancias y energía hacia adentro o hacia afuera de la célula u orgánulo

• Permite la comunicación entre las células adyacentes.

• Permiten el reconocimiento celular.

• Permiten la motilidad de algunas células u orgánulos

Permeabilidad Selectiva

• Capacidad de la membrana de incorporar las sustancias necesarias para la célula y descartar los desechos celulares.

– Impide que algunas sustancias, como las proteínas y los lípidos, entren a la célula.

– Permite el paso de azúcares simples, oxígeno, agua y bióxido de carbono.

• La Permeabilidad a través de la membrana depende de factores:

– Solubilidad en los lípidos: Sustancias liposolubles (ej. moléculas hidrófobas, no polares) penetran con facilidad la bicapa de fosfolípidos. Por otro lado el agua no pasa con facilidad.

– Tamaño: Muchas moléculas de gran tamaño (glucosa, proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos) no pasan a través de la bicapa de fosfolípidos

– Carga: Moléculas cargadas y los iones (k+, Mg+2, Ca+3, Cl-) no pueden pasar, en condiciones normales, a través de la membrana.

Mecanismos de Transporte de Membrana

Transporte Pasivo

• No requiere el consumo de energía (ATP).

• El movimiento ocurre por diferencias en la concentración y en las cargas eléctricas de las sustancias en ambos lados de la membrana.

• Tenemos los siguientes mecanismos:

– Difusión simple

– Ósmosis

– Difusión facilitada

EQUILIBRIO

Moléculas

de colorante Membrana

EQUILIBRIO

Difusión Simple

• El movimiento de moléculas se da a través de la membrana de fosfolípidos, de un gradiente de alta concentración a baja concentración.

• Cuando mayor es el gradiente de concentración, más rápida es la velocidad de difusión.

• Si no intervienen otros procesos, la difusión continuará hasta eliminar el gradiente de concentración.

• Moléculas solubles en lípidos como etanol, y moléculas pequeñas como H2O, CO2 y O2.

Citoplasma

Exterior de la Célula

O2

CO2 CO2

O2 O2

CO2

Mayor

concentración

Mayor

concentración

Menor

concentración

Menor

concentración

Osmosis

• En la osmosis, el agua viaja desde un área de baja concentración de soluto a un área de alta concentración del soluto

Solución

hipotónica

Molécula

de soluto

Solución hipotónica

Solución

hipertónica

Membrana

selectiva

permeable

Solución hipertónica

Membranaselectivapermeable

FLUJO DE AGUA

Moléc de soluto con moléculas de agua

Moléculas de agua

• Osmosis induce a las células a contraerse en soluciones hipertónicas e hincharse en soluciones hipotónicas

– El control del balance de agua entre células y su entorno osmorregulación, es esencial para los organismos

SOLUCION

ISOTONICA

SOLUCION

HIPOTONICASOLUCION

HIPERTONICA

(1) Normal

(4) Flacida

(2) Lisada

(5) Turgente

(3) Plasmolizada

(6) Plasmolizada

CELULA

ANIMAL

CELULA

VEGETAL

• Algunas moléculas por su tamaño o carga no difunden libremente a través de la membrana.

• Utilizan canales formados por proteínas de membrana (porinas) para moverse hacia adentro y afuera de la célula.

• Estos canales son usados para la glucosa y para iones pequeños y con carga tales como K+, Na+, Cl-.

Difusión Facilitada

• Las células utilizan energía (ATP) durante el transporte.

• La proteína transportadora bombea activamente un soluto determinado a través de una membrana en contra del gradiente de concentración del soluto.

Transporte Activo

Proteína de transporte

1

FLUID0

EXTRACELULAR

Primer

soluto

Primer soluto, en el

interior de la célula,

se une a la proteína

Proteína de transporte

fosforilada

2ATP transfiere un

fosfato a la

proteína

3Proteína libera el soluto

fuera fuera de la célula

4 Segundo soluto se

une a la proteína

Segundo

soluto

5 El fosfato se separa

de la proteína6

La proteína libera el

segundo soluto

Bomba de Sodio (Na) y Potasio (K)

• Es una proteína presente en todas las membranas plasmáticas de las células animales, cuyo objetivo es eliminar sodio de la célula e introducir potasio en el citoplasma.

Funciones de la Bomba de Sodio (Na) y Potasio (K)

• Mantenimiento de la osmolaridad y del volumen celular

• Mantiene un potencial eléctrico de membrana

• Favorece la trasmisión de impulsos nerviosos

• Mantenimiento de los gradientes de sodio y potasio

Transporte mediado por vesículas

Exocitosis y Endocitosis

• Requieren energía (ATP) para llevarse a cabo.

• Algunas sustancias más grandes como polisacáridos, proteínas y otras células cruzan las membranas plasmáticas mediante varios tipos de transporte grueso:

• Exocitosis

• Endocitosis:

– Fagocitosis

– Pinocitosis

– Endocitosis mediada por receptores

Exocitosis y Endocitosis

Exocitosis

• Una vesícula membranosa se desplaza hasta la membrana, se fusiona con la membrana y el contenido se vacía fuera de la célula.

Fluido celular externo

Citoplasma

Exocitosis

• Organismos unicelulares por ejemplo desechan sus residuos metabólicos mediante la formación de vesículas que expulsan al exterior

Tipos de Exocitosis

Secreción Constitutiva

Reponer membrana o proteínas

Secreción Reguladora

Secreción de enzimas u hormonas

Endocitosis

• Mediante la formación de vesículas o vacuolas a partir de la membrana plasmática la célula incorpora macromoléculas u otras partículas.

• Tipos: Fagocitosis, Pinocitosis y Endocitosis mediada por receptores.

Citoplasma

Líquido intersticial

Vesícula

Membrana Plasmática

Tipos de Endocitosis: Fagocitosis

• La membrana plasmática forma prolongaciones celulares que envuelven la partícula sólida, englobándola en una vacuola.

• Luego, uno o varios lisosomas se fusionan con la vacuola y vacían sus enzimas hidrolíticas en el interior de la vacuola.

Pseudópodo

Alimento a

ser ingerido

FAGOCITOSIS

Tipos de Endocitosis: Pinocitosis

• La membrana celular se invagina, formando una vesícula alrededor del líquido del medio externo que será incorporado a la célula.

• Luego se libera en el citoplasma.

Membrana celularPINOCITOSIS

Tipos de Endocitosis: mediada por receptor

• Las sustancias que serán transportadas al interior deben primero acoplarse a las moléculas receptoras específicas. concentrados en zonas particulares de la membrana (depresiones).

• Cuando los receptores están unidos con sus moléculas especificas, se ahuecan y se cierran formando una vesícula.

Material unido a las

proteínas receptoras

ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTORES

Membrana celular

CAVIDAD

citoplasm

a

Repaso