La membrana plasmática y otros orgánulos membranosos (I) La célula: origen, organización y estructura 2º de Bachillerato 2do Trimestre (2017) Profesora: Tania Amilburu

Temario 1.- Membrana 2.- Características 3.- Composición 4.- Modelo del mosaico fluido 5.- Transporte 6.- Conexiones celulares

MEMBRANA CELULAR Esta estructura envuelve a la célula , constituye el límite de ella tiene un grosor aproximado de 0.0075 a 0.01 µm Unidad de membrana

Características de la membrana Es una membrana fluida: debido al movimiento de las moléculas de fosfolípidos. Su composición es asimétrica: debido a la composición lipídica de las dos mitades, la cual es diferente. La capa externa está formada principalmente por el fosfolípido fosfatidilcolina, mientras que en la capa interna encontramos fosfatidilserina y fosfatidiletanolamina. A esta asimetría también contribuyen las proteínas y los carbohidratos. Presenta permeabilidad selectiva: debido a que controla el paso de sustancias a través de ella. Esta selectividad, depende de la naturaleza de las moléculas que intenten pasar a través de ella.

ASIMETRÍA: La composición de lípidos y proteínas es diferente en las dos caras de la membrana: es asimétrica

Composición química COMPOSICIÓN MEMBRANA CELULAR PROTEÍNAS 60% Integrales Periféricas Anclaje LÍPIDOS 40% Fosfolípidos Colesterol HIDRATOS DE CARBONO (Glicocálix) Clicolípidos Glicoproteínas

Lípidos de membrana En la membrana encontramos : Fosfolípidos Colesterol - Tienen carácter anfipático - Se ubican formando una bicapa lipídica - Se relacionan directamente con la fluidez v/s rigidez - Dan asimetría a la membrana

Movimientos de los lipidos De rotación: giro en torno a su eje . De 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. Es el movimiento menos frecuente, por ser energéticamente más desfavorable. De flexión: son los movimientos producidos por las colas hidrófobas de los fosfolípidos. https://www.youtube.com/watch?v=Nz6TfM_h4Rc (0:14)

Fluidez de la membrana Depende de factores como : La temperatura, la fluidez aumenta al aumentar la temperatura. La naturaleza de los lípidos, la presencia de lípidos insaturados y de cadena corta favorecen el aumento de fluidez. La presencia de colesterol endurece las membranas, reduciendo su fluidez y permeabilidad.

Proteínas de membrana Son el componente mas numeroso. Desempeñan funciones especificas. Tienen movilidad en la bicapa. Se clasifican en: - Proteínas integrales: Están unidas a los lípidos íntimamente, suelen atravesar la bicapa lípidica una o varias veces, por esta razón se les llama proteínas de transmembrana. - Proteínas periféricas: Se localizan a un lado u otro de la bicapa lipídica y están unidas débilmente a las cabezas polares de los lípidos de la membrana u a otras proteínas integrales por enlaces de hidrógeno

Funciones de las proteínas de membrana Transportadores Fijación unión Receptores Enzimas

Hidratos de carbono de membrana Se sitúan en la superficie externa de la membrana. Son oligosacáridos unidos a los lípidos (glucolípidos), o a las proteinas (glucoproteinas). Contribuyen a la asimetría de la membrana. Constituyen la cubierta celular o glucocálix, a la que se atribuyen funciones fundamentales.

Funciones del glucocalix Proteger la superficie celular contra la interacción de otras proteínas extrañas o lesiones físicas o químicas. Papel en el reconocimiento celular, y en los procesos de rechazos de injertos y trasplantes. Confiere viscosidad a las superficies celulares, permitiendo el deslizamiento de células en movimiento, como , por ejemplo, las sanguíneas. Presenta propiedades inmunitarias, por ejemplo los glúcidos del glucocálix de los glóbulos rojos representan los antígenos propios de los grupos sanguíneos del sistema sanguíneo ABO.

MODELO DEL MOSAICO FLUIDO Singer y Nicholson (1972). Bicapa lipídica: red cementante. Proteínas embebidas. Lípidos y proteínas en mosaico. Estructura asimétricas. Modelo más completo existente hasta la fecha pero con limitaciones.

Funciones de membrana Confiere a la célula su individualidad al separarla de su entorno. Constituye una barrera con permeabilidad muy selectiva, controlando el intercambio de sustancias Controla el flujo de información entre las células y su entorno Proporciona el medio apropiado para el funcionamiento de las proteínas de membrana.

MEMBRANA PLASMÁTICA CITOPLASMA Glicoproteína Proteína periférica Proteína integral (receptor) (reconocimiento) (canal) (adhesión) Proteína transporte facilitado Colesterol Filamentos proteicos Fosfolípido CITOPLASMA MEMBRANA PLASMÁTICA

Transporte a través de la membrana

Existen muchas sustancias que pueden atravesar sin dificultad la membrana. En cambio, a otras, no les es fácil traspasar esta barrera, ya sea por su carga eléctrica , por su tamaño o por su concentración. Se dice entonces que la membrana es semipermeable.

MECANISMO DE TRANSPORTE Transporte de moléculas de bajo peso molecular T. pasivo T. activo Difusión simple Difusión facilitada Bomba sodio-potasio Transporte de moléculas de elevada masa molecular Exocitosis Endocitosis Fagocitosis Pinocitosis Mediada por receptor

Transporte de moléculas de bajo peso molecular Pasivo Aquel que se da a favor de gradiente de concentración. No requiere gasto energético. Existen lo siguientes mecanismos: Difusión simple Difusión facilitada Activo Aquel que se da en contra del gradiente de concentración. Requiere gasto de energía. Bombas ATP-asa ÓSMOSIS DIÁLISIS

Gradiente de concentración Se refiere a la diferencia en la concentración de una sustancia dentro y fuera de la célula.

ÓSMOSIS y DIÁLISIS De la + diluida a la + concentrada. Solo pasa agua. De la + concentrada a la + diluida. Pasa el agua y moléculas de soluto de bajo peso molecular.

Difusión simple Se define como "desplazamiento de partículas desde una zona de mayor concentración a otra de menor concentración". El CO2 y el O2 pasan a través de casi todas las membranas por difusión. Otras moléculas que ingresan a la célula por difusión simple son la urea, el etanol y las hormonas asteroideas.

O2 CO2 Exterior de la Célula Menor concentración Mayor concentración Citoplasma Exterior de la Célula O2 CO2 Mayor concentración Menor concentración

Difusión facilitada Se define como “ el paso se sustancias a favor del gradiente de concentración utilizando una proteína transportadora y sin gasto de energía”. Las proteínas de transporte son de dos tipos: las transportadoras y las de canal. Las proteínas transportadoras (permeasas o carrier) a unen a la molécula que van a transportar y sufren un cambio estructural que permite el paso de la sustancia hacia el otro lado de la membrana. Por este medio pasan los iones, los carbohidratos y los aminoácidos. Las proteínas de canal: son una especie de canales, cuando están abiertos permiten el paso de cierto tipo de sustancias, generalmente iones inorgánicos

Resumen de transporte pasivo

TRANSPORTE ACTIVO Las células utilizan energía (ATP) durante el transporte. Se realiza en contra gradiente químico y eléctrico (electroquímico) La sustancia transportada se une a la proteína transportadora y es liberada en el interior de la célula sin sufrir modificación.

Bombas ATP- asa Uno de los más importantes: Bomba de Na+/K+ Durante este proceso, el sodio es bombeado hacia el exterior de la célula, mientras que el potasio es bombeado hacia el interior de la misma. En el exterior de la célula existe una mayor concentración de sodio que en su interior, por lo tanto, el sodio es expulsado de la célula contra un gradiente de concentración. En el caso del potasio, su concentración externa es menor que en el interior sin embargo, la célula bombea potasio hacia el interior.

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 de macromoléculas Para introducir o secretar macromoléculas a través de su membrana, la célula emplea dos procesos: la endocitosis y la exocitosis. Se basan en la formación de vesículas membranosas.

Endocitosis Mediante la formación de vesículas o vacuolas a partir de la membrana plasmática la célula incorpora macromoléculas u otras partículas. Se induce la formación de un sistema reticular de clatrina (proteína filamentosa), posteriormente un relieve membranoso, para formar la vesícula. Así, por ejemplo, se capta colesterol. Tipos: Fagocitosis, Pinocitosis y Endocitosis mediada por receptores. Citoplasma Líquido intersticial Vesícula Membrana Plasmática

Fagocitosis La membrana plasmática forma prolongaciones celulares (pseudópodos) que envuelven la partícula sólida, englobándola en una vesícula (fagosoma). Luego, uno o varios lisosomas se fusionan con la vacuola y vacían sus enzimas hidrolíticas en el interior de la vacuola. Pseudópodo Alimento que ha ser ingerido FAGOCITOSIS

Pinocitosis Membrana celular 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.

Endocitosis mediada por receptor Las sustancias que serán transportadas al interior deben primero acoplarse a las moléculas receptoras específicas (concentradas en zonas particulares de la membrana o 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 citoplasma

Endocitosis por receptor Resumen ENDOCITOSIS Pinocitosis Clatrina Vesícula pinocítica Endocitosis por receptor Clatrina ligando receptor Complejo receptor-ligando Vesícula endocítica Fagocitosis Clatrina Fagosoma

EXOCITOSIS: Mediante este proceso, las células vierten al exterior macromoléculas que producen en su interior: hormonas, enzimas, etc. En este caso, las vacuolas con las sustancias que se van a excretar se fusionan con la membrana celular desde el interior y expulsan el contenido. Se consiguen expulsar fuera residuos del metabolismo. Fluido celular externo Citoplasma

CONEXIONES CELULARES

Uniones intracelulares Son regiones especializadas de la membrana plasmática en las que se concentran proteínas transmembranas especiales, mediante las cuales se establecen conexiones entre dos células o entre una célula y la matriz extracelular. Aparecen en todos los tejidos, pero son abundantes en los epiteliales. Atendiendo a su extensión, se distinguen: Uniones tipo ZÓNULA Uniones tipo MÁCULA Por su función y estructura se clasifican en: Uniones estrechas o íntimas. Uniones adherentes o desmosomas Uniones comunicantes

Uniones estrechas Aparecen en la región lateral de células epiteliales que separan medios de composición diferentes (pared vasos, pared vejiga…). Por ejemplo: células endoteliales de los vasos sanguíneos, en los enterocitos y en los hepatocitos. Permiten cerrar el espacio intercelular (por tanto no dejan espacio) entre las células impidiendo el paso de moléculas entre ellas. Tipo Zónula. Se forman de proteínas transmembrana dispuestas en hilera que sueldan membranas.

Uniones adherentes Uniones de adherencia entre las células. Unen células pero no impiden el paso de sustancias.. Función: aumentan la resistencia de las células frente a tensiones mecánicas fuertes. Se encuentran, por tanto, en tejidos como el músculo cardíaco, el cuello del útero o el epitelio cutáneo. Presentan proteínas transmembrana (cadherina o integrina) y proteínas de unión entre las proteínas transmembrana y el citoesqueleto (microfilamento o filamentos intermedios)

Uniones comunicantes Uniones que no dejan espacio intercelular, pero si un pequeño espacio de comunicación entre citoplasmas. Función: establecer puntos de comunicación directa entre el citoplasma de células adyacentes. A través de ellos pasan iones y pequeñas moléculas. Dos tipos: Sinapsis químicas: entre dos neuronas → neurotransmisores. Uniones en hendidura o tipo gap: Las proteínas transmembrana llamadas conexinas forman canales denominados conexones, que las atraviesan.

Resumen uniones intracelulares Unión íntima Desmosoma Unión tipo GAP Canal Proteína transmembranosa Espacio intercelular Proteínas transmembranosas Proteínas transmembranosas Placa Filamentos de queratina

Resumen uniones intracelulares Unión íntima Desmosoma Unión tipo GAP Canal Proteína transmembranosa Canal Espacio intercelular Proteínas transmembranosas Proteínas transmembranosas Placa Filamentos de queratina Proteína transmembranosa

LA MEMBRANA PLASMÁTICA ESTRUCTURA FUNCIÓN Lípidos Proteínas Integrales Periféricas Glucoproteínas Glucolípidos Estructural Conexiones celulares Señalización celular Glucocalix LA MEMBRANA PLASMÁTICA Pequeñas moléculas Uniones ocluyentes Desmosomas Uniones de hendidura Fosfolípidos Colesterol Macromoléculas ACTIVO PASIVO ENDOCITOSIS EXOCITOSIS Transporte