Biology: Life on Earth (Audesirk)

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1 Biology: Life on Earth (Audesirk)
Membrana celular Biology: Life on Earth (Audesirk) Cell Membranes

2 Modelo estructura membrana
Chapter 4 Según Davson-Danielli Emparedado de fosfolípidos entre dos capas de proteína b) Singer y Nicolson (1972) Mosaico fluido

3 CARACTERÍSTICAS Chapter 4
Rodea a toda la célula y mantiene su integridad. Está compuesta por dos sustancias orgánicas: proteínas y lípidos, específicamente fosfolípidos. Los fosfolípidos están dispuestos formando una doble capa, donde se encuentran sumergidas las proteínas.

4 CARACTERÍSTICAS Es una estructura dinámica.
Chapter 4 Es una estructura dinámica. Es una membrana semipermeable o selectiva, esto indica que sólo pasan algunas sustancias (moléculas) a través de ella. Tiene la capacidad de modificarse y en este proceso forma poros y canales.

5 Funciones FUNCIONES Chapter 4 Regula el paso de sustancias hacia el interior de la célula y viceversa. Esto quiere decir que incorpora nutrientes al interior de la célula y permite el paso de desechos hacia el exterior. Como estructura dinámica, permite el paso de ciertas sustancias e impide el paso de otras. Aísla y protege a la célula del ambiente externo

6 Biology: Life on Earth (Audesirk)
Fosfolípidos Cambia de Triglicérido a Fosfolípido Grupo Polar Glicerol Acido graso Ac.graso Glicerol Un triglicérido es una molécula de glicerol unida a tres ácidos grasos. Los triglicéridos pertenecen a la familia de las grasas y aceites. Los ácidos grasos pueden ser del mismo tipo o diferentes. Los distintos ácidos grasos pueden tener diferente número de átomos de carbono en su cadena. Algunos ácidos grasos tienen dobles enlaces, se les denomina insaturados. Aquellos sin dobles enlaces se denominan saturados. Los fosfolípidos son similares a los triglicéridos, excepto que sólo hay dos colas de ácido graso unidas a la columna vertebral de glicerol. Los fosfolípidos son abundantes en las membranas biológicas. La constitución de bicapa de lípidos es característica de la membrana plasmática y de la membrana de los organelos. Cell Membranes

7 Modelo de Membrana Mosaico Fluido
Biology: Life on Earth (Audesirk) Modelo de Membrana Mosaico Fluido Oligosacáridos Superficie exterior Proteínas Muchas de estas moléculas de proteínas (de color azul) flotan en la membrana como icebergs en el océano polar. Las proteínas cumplen diversas funciones: Proteínas de transporte: regulan el movimiento de las moléculas solubles en agua a través de la membrana plasmática. Proteínas de canal: forman poros o canales que dan la oportunidad de que moléculas pequeñas solubles en agua penetren la membrana. Proteínas portadoras: Tienen sitios de unión que pueden sujetar moléculas específicas por un lado de la membrana. Luego la proteína de transporte cambia de forma, en algunos casos consumiento energía celular, y pasa la molécula al otro lado de la membrana. Proteínas Receptoras: Activan respuestas celulares cuando se unen a ellas moléculas específicas del fluído extracelular, como hormonas o nutrientes. Proteínas de Reconocimiento: Sirven como etiquetas de identificación y como sitios de unión a la superficie celular. Muchas son glucoproteínas. Colesterol Citoplasma Cell Membranes

8 Procesos de Transporte
Biology: Life on Earth (Audesirk) Procesos de Transporte Como pasa la materia a través de la membrana celular. Transporte Pasivo Sigue la gradiente de concentración No requiere energía Transporte facilitado Requiere transportadores This refers to the types of processes used by cells to get materials in and out across the cell membrane. The membrane is said to be “semi-permeable.” This means that it will allow spontaneous passage of some materials but others must use special processes to get across. A concentration gradient is a difference in the number of molecules or ions of a given substance in two adjoining regions. Molecules constantly collide and tend to move according to existing concentration gradients. The net movement of like molecules down a concentration gradient (high to low) is simple diffusion. Gradients in temperature, electric charge, and pressure, can influence movements. Passive transport: Follows a concentration gradient Passive in the sense that the process does not require energy. It just happens naturally. Diffusion is passive transport. Due to the random movement of molecules in liquids & gases (Brownian motion). A concentrated material will tend to become more uniformly dispersed in the space made available to it. Water can diffuse across the cell membrane unassisted. Facilitated transport: Also follows a concentration gradient, but requires gateway to get through. In this case, the particular materials would not spontaneously cross the pure phospholipid membrane, even if encouraged by a concentration gradient. A facilitator molecule is produced in the membrane that serves as a gateway for the material. The material can now cross through the gateway spontaneously whenever a concentration gradient exists. Active transport: Flow up-hill against a concentration gradient; requires energy expenditure to keep going. The required energy is almost always provided directly by ATP. The ATP donates a phosphate to a specific gateway molecule which then “pumps” the desired molecule across the membrane, even if it goes against a concentration gradient. The ATP energy is used to drive the pump. Cell Membranes

9 Chapter 4 Transporte pasivo Difusión facilitada Osmosis Difusión simple Moléculas solubles en agua (iones), aá, y monosacáridos A través de proteínas de canal (poros), y proteínas portadoras. * Transporte de Agua, a través de una membrana de permeabilidad diferencial. agua, gases disueltos moléculas solubles en lípidos

10 Biology: Life on Earth (Audesirk)
Difusión Las moléculas vibran constantemente Tanto en los gases como en los líquidos se mueven en direcciones aleatorias Las mezclas tienden a ser uniformes Se mueven de alta a baja concentración En gradiente de concentración No requiere energía. All molecules are constantly vibrating. Those in solids vibrate, but are stuck in their positions relative to one another. Those in gas and liquid move randomly while vibrating, and so are always changing places with one another. Mixtures tend to become uniform because of this moving around and changing places. The direction of movement is from high concentration to low. In other words, the molecules move “down” a concentration gradient. Diffusion doesn’t require energy Cell Membranes

11 Difusión de un Colorante en Agua
Biology: Life on Earth (Audesirk) Difusión de un Colorante en Agua Dispersión Uniforme Dispersión Shows successive stages in the dispersal of red dye molecules after being dropped into water. Tiempo 0 Tiempo 1 Tiempo 2 Alta Gradiente de Concentración Menor Gradiente de Concentración No hay Gradiente de Concentración Cell Membranes

12 (fluido extracelular )
Difusión simple (fluido extracelular ) H2O, O2, CO2, y moléculas pequeñas Algunas moléculas difunden libremente (citoplasma)

13 Difusión Facilitada: Transportadores
Biology: Life on Earth (Audesirk) Difusión Facilitada: Transportadores (Exterior celular) Molécula en Tránsito Canal de difusión Note that the molecules to be transported (little balls) are in higher concentration outside the cell than inside the cell. The molecules are of a type that cannot get to the inside of the cell by going directly through the membrane. The protein channel provides a passage way for the molecules to follow the concentration gradient. Gradiente de difusión Proteína portadora con sitio de unión para la molécula La proteína portadora cambia de forma, transportando la molécula al otro lado de la membrana La molécula entra en el sitio de unión La proteína portadora recupera su forma original (Interior celular) Cell Membranes

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Osmosis Difusión de agua a través de una membrana Caso especial de difusión Ej.: Agua pura en un lado; solución de azúcar en el otro Las moléculas de azúcar no pueden atravesarla El agua pasa rápidamente hacia el azúcar Movimiento del agua hacia el azúcar El agua sigue la gradiente de concentración Osmosis is the passive movement of water across a differentially permeable membrane in response to solute concentration gradients, pressure gradients, or both. Special case of diffusion. Involves the diffusion of water across a membrane that has solutions of differing concentration on opposite sides of the membrane. The water moves more abundantly toward the side with the highest concentration of dissolved materials. The concentration of water is obviously lower on the side with the highest concentration of dissolved materials. So the water is simply diffusing from a higher concentration of water to a lower concentration of water. Example: Pure water on one side; sugar solution on other (ƒ5-5). Sugar molecules can’t cross, but crowd membrane pores on syrupy side. Water crosses faster toward sugar. Net movement of water ====> sugar solution There is a net increase in volume on the side that has the higher concentration of sugar. The side of the membrane with the lower concentration of sugar experiences a loss of volume. This persistent movement can result in a build up of pressure known as osmotic pressure. Cell Membranes

15 Biology: Life on Earth (Audesirk)
Factores Osmóticos Comparando la célula con su medio: Si el medio es : Hipotónico: “Hipo-” significa medio de “MENOR concentración” que la célula La célula gana agua Hipertónico: “Hiper-” significa medio de “MAYOR concentración” que la célula La célula pierde agua Isotónico: “Iso-” significa medio de “IGUAL concentración” que la célula No hay cambio en el volumen celular These three terms refer to the concentration of dissolved materials in a cell’s environment compared to the concentration within the cell. Hypotonic environment: Cell gains water from surrounding environment. “Hypo-” means “below” (below the concentration in the cell). Hypertonic environment: Cell looses water to surrounding environment. “Hyper-” means “above” (above the concentration in the cell). Isotonic environment: No change in cell volume. Iso-” means “same as.” Cell Membranes

16 Molécula de agua “libre”, cabe por el poro
Osmosis Molécula de agua “libre”, cabe por el poro Moléculas de agua “unidas” agolpadas en torno al azúcar: no caben por el poro

17 Molécula de agua “libre”, cabe por el poro
Osmosis Molécula de agua “libre”, cabe por el poro Moléculas de agua “unidas” agolpadas en torno al azúcar: no caben por el poro

18 Biology: Life on Earth (Audesirk)
Efectos de la Osmosis Células hinchadas Células crenadas Células normales Note that molecules of water are constantly moving in BOTH directions across the cell membrane. Water will move faster FROM a low concentration of WATER than it moves AWAY from it. Though water is moving in both directions, there is a net gain of water on the side that starts out with less water (more stuff dissolved in the water). Solución Hipertónica Solución Isotónica Solución Hipotónica Movimiento neto de agua hacia fuera Tanta agua entra como sale de las células Movimiento neto de agua hacia adentro Cell Membranes

19 Biology: Life on Earth (Audesirk)
Transporte Activo Requiere energía Ej: Bomba Sodio/Potasio La energía proviene del ATP Example of active transport: Sodium/Potassium pump The sodium/potassium pump is a mechanism in which both ions are pumped across the membrane against concentration gradients. It is perfected by nerve cells, which use the charges on these and other ions to maintain an electrical charge on nerve cells ready to carry an impulse. Requires energy from ATP Usually one ATP phosphate is expended per molecule of material transported across membrane. Involves flip/flop changes in membrane protein. Meaning that the molecule is stimulated to cyclically undergo physical changes in response to changing conditions. The changes in the molecule cause it to move molecule across the membrane, and are driven by phosphorylation by ATP. Cell Membranes

20 Transporte Activo

21 Pasos del Transporte Activo
Biology: Life on Earth (Audesirk) Pasos del Transporte Activo Molécula Transportada Exterior Célula 1 2 3 4 Note that the concentration of the molecules is higher outside the cell than inside, but that the molecules are moving out, against the gradient. This always requires energy, thus the term “active” transport. Interior Célula Resto Energía Proporcionada Energía Proporcionada Cell Membranes

22 Biology: Life on Earth (Audesirk)
Endo y Exocitosis Manera como la célula captura y expulsa sustancias. Proceso activo para moléculas o partículas demasiado grandes. Endocitosis – Captura Exocitosis – Expulsión Vesicles, small sacs made of membranes, can transport and store substances within the cytoplasm. Active processes for large groups of molecules. Endocytosis Encloses particles in small portions of plasma membrane to form vesicles that then move into the cytoplasm. Engulfment of surrounding fluid containing desired molecules. Exocytosis Moves substances from cytoplasm to plasma membrane during secretion. Expulsion of a group of waste products. Cell Membranes

23 Biology: Life on Earth (Audesirk)
Endocitosis Pinocitosis Endocitosis Mediada por receptores (fluido extracelular ) nutrientes receptores 1 3 1 (fluído extracelular) Here are some special adaptations of endocytosis. Pinocytosis is when a vesicle forms around and then surrounds and engulfs the liquid from outside the cell. Phagocytosis is when the vesicle forms around a solid particle like in slide 29. Receptor-mediated Endocytosis uses special receptor molecules that; Bind to specific molecules outside the cell Aggregate together as more and more of the receptors bind target molecules Cause the membrane to warp inwards where they aggregate Eventually pinch off to form a “coated” vesicle. 2 Vesícula que contiene fluido extracelular (citoplasma) 2 fosa recubierta 3 4 vesícula recubierta (citoplasma) célula partícula alimenticia partícula encerrada en una vacuola alimenticia pseudópodo Fagocitosis Cell Membranes

24 Endocitosis Mediada por Receptores I
Partículas extracelulares unidas a receptores a Fluído extracelular ) b Membrana plasmática recubrimiento proteico 0.1 Micras (citoplasma) fosa recubierta Comienza con una hendidura superficial en la membrana La fosa se ahonda La vesícula es recubierta con proteínas

25 Endocitosis mediada por Receptores II
vesícula recubierta d c 0.1 micras La fosa se hunde y estrangula Eventualmente llega a ser una vesícula recubierta

26 Biology: Life on Earth (Audesirk)
Exocitosis Material Secretado 3 Vesícula (Fluído extracelular) Membrana plasmática 2 This shows the steps in exocytosis. A vesicle on the inside of the cell contains a cell product destined for export. The membrane of the vesicle merges with the plasma membrane, and the contents of the vesicle are now outside the cell. 1 (citoplasma) Cell Membranes

27 Biology: Life on Earth (Audesirk)
Fin Biology: Life on Earth (Audesirk) Cell Membranes