Membrana Celular Dra. Flora Arana Facultad de Medicina CUM, USAC / 2016

Las célula está rodeada por una membrana, que se ha denominado PLASMALEMA. La membrana delimita el espacio físico, es decir, el territorio de la célula. La membrana también controla el contenido químico de la célula.

Define Limites Organización Transporte Receptores señales externas Mecanismos contacto

Generar señales para modificar el metabolismo. Transducción de energía. Interacciones celulares. Adherir células para formar tejidos.

Todo intercambio de materia entre el interior de la célula y su ambiente externo está controlado por procesos bioquímicos que ocurren en la membrana. Cuando la membrana pierde esta capacidad para controlar el intercambio, la célula muere.

Mosaico fluido 1972 Singer y Nicholson: Membrana como mosaico de proteínas incluidas o mas o menos unidas de forma discontinua a la capa lipídica. Estas no son fijas, se mueven

El modelo de la estructura molecular de la membrana se denomina modelo de mosaico fluido. Los lípidos forman una doble capa, en las que las moléculas están orientadas con los grupos polares hacia el exterior de la célula y hacia el interior, mientras que las proteínas se disponen de una manera irregular y asimétrica entre ellos. Estos componentes no están estructurados de una manera rígida y estable, sino que la membrana presenta un elevado grado de fluidez debido a la movilidad de sus componentes.

"Las interacciones proteína-proteína, lípido-proteína y lípido-lípido contribuyen a la estructura dinámica de las membranas“ "Son importantes dos clases de interaccciones no covalentes: las interacciones hidrofóbicas y las hidrofílicas, la estructura estable puede existir en el estado de energía libre mínimo si tanto las interacciones hidrofóbicas como hidrofílicas son llevadas al máximo".

COMPOSICIÓN DE LA MEMBRANA

Las membranas están compuestas de: Moléculas lipídicas Moléculas protéicas Moléculas de carbohidratos, en la forma de glucoporteínas y glucolípidos, que pueden considerarse del 0.5 al 10 % del material de la membrana. La cantidad de lípidos y proteínas varía considerablemente entre las diferentes membranas, la relación peso proteína a lípido oscila de 1:4 a 4:1. Tanto los lípidos como las proteínas son moléculas ANFIPÁTICAS.

Las dos monocapas se encuentran alineadas en una orientación «cola a cola», dando un estructura de bicapa que tienen: UN INTERIORNO POLAR DOS SUPERFICIES POLARES Con un grosor=35 a 40 A ó 3.5 a 4 nm Los fosfolípidos son la clase mayoritaria de lípidos de las membranas.

La forma de representar un fosfolípido es con un circulo la cabeza, que es un grupo fosfato cargado negativamente y por ende polar e hidrofílico. Y con dos colas que corresponden a las cadenas hidrocarbonadas, apolares e hidrofóbicas de los ácidos grasos que esterifican al glicerol.

Las membranas contienen varios tipos de lípidos, todos anfipáticos. La mayor parte de los lípidos contienen un grupo fosfato, (excepto el colesterol) y el glicolípido, y un esqueleto de glicerol (diglicéridos) por lo que se les denomina FOSFOGLICÉRIDOS los cuales contienen una cadena insaturada y una saturada.

Lípidos que componen las membranas                                      ácido fosfatídico, fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilglicerol, fosfatidilserina, cardiolipina, esfingomielina, glucolípidos y colesterol. Las membranas plasmáticas de la mayor parte de las células vegetales y de todas las células bacterianas carecen de colesterol.

El colesterol Se encuentra embebido en el área hidrofóbica de la misma, su presencia contribuye a la estabilidad de la membrana al interaccionar con las "colas" de la bicapa lipídica y contribuye a su fluidez evitando que las "colas" se "empaqueten" y vuelvan mas rígida la membrana (este efecto se observa sobre todo a baja temperatura).                                     

Funciones de las Proteínas Las proteínas son las encargadas de la mayor parte de las funciones biológicas que desempeñan las membranas.

Las proteínas de membrana - sean de superficie o integrales- pueden dividirse en dos grandes categorías POR SU FUNCIÓN en la membrana: Proteínas estructurales: Son las que ayudan a mantener el ensamblaje completo a menudo las proteínas de este tipo tienen formas fibrosas alargadas y se ubican sobre la superficie lipídica hidrofílica actuando como un tipo de banda adhesiva molecular.

b) Proteínas dinámicas: Son las que realmente participan en los procesos celulares que ocurren a nivel de la membrana, por lo general se encuentran tres tipos: -De transporte (Pasaje de sustancias dentro y fuera de la célula) -Catalíticas (Como enzimas en las reacciones en las membranas) -Receptoras (Unen algunas sustancias específicas

Moleculas Proteincas Existen tres categorías generales de proteínas: PERIFERICAS ( o extrínsecas) INTEGRALES ( o intrínsecas) PROTEÍNAS ANCLADAS A LÍPIDOS Moleculas Proteincas

Periféricas: Carecen secuencias hidrofobicas, NO penetran bicapa, se ubican superficialmente la membrana, mediante interacciones no covalentes, extraídas fácilmente por cambio de pH. Espectrina, ankirina y banda 4.1 del Eritrocito para darle forma

Integrales: canales de paso, Son mantenidas firmemente en su lugar por interacciones no covalentes, hidrofóbicas o hidrofílicas (o ambas). Pueden clasificarse en: Monotópicas Solo se proyectan desde una superficie quedando el resto incluido dentro de la doble capa lipídica. Bitópicas: Abarcan todo el espesor de la membrana y sobresalen a en ambas superficies de la doble capa lipídica. Politópicas: Las que poseen más de un segmento dentro de la membrana.

Proteínas Ancladas a Lípidos: Localizadas fuera de la bicapa de lípidos pero unidas mediante enlaces covalentes a una molécula lipídica dentro de la bicapa. Muchas son fijadas por glicosilfosfatidilinolsitol (GPI) Son sintetizadas en RE como proteínas de trasmembrana de paso único

Expresión de tipos de proteínas La membrana celular expresa el mismo tipo de proteinas en todas las células?? NO, de acuerdo a la función Neuronas: más canales de Na+ Músculo liso: menos canales de Na+

CARBOHIDRATOS (OLIGOSACARIDOS) de la MEMBRANA CELULAR Se sitúan en una de las superficies de las células eucariotas por lo que contribuyen a la asimetría de la membrana. Glúcidos son oligosacáridos unidos a los lípidos (glucolípidos), o a las proteínas (glucoproteínas). La membrana plasmática está cubierta de glúcidos, representan el carné de identidad de las células, constituyen la cubierta celular o glucocálix.

Los carbohidratos… Se sitúan en la superficie externa de las células eucariotas por lo que contribuyen a la asimetría de la membrana (grupos sanguíneos ABO). Unidos mediante enlaces covalentes a lípidos (glucolípidos) y a proteínas (glucoproteínas Asn, Ser, Tre). Alejados del citosol 15 unidades de azúcar (ácido siálico) Esta cubierta de glúcidos representan el carne de identidad de las células, constituyen la cubierta celular o glucocálix, a la que se atribuyen funciones fundamentales

Funciones del glucocalix Protege la superficie de las células de posibles lesiones Confiere viscosidad a las superficies celulares, que permite el deslizamiento de células en movimiento (sanguíneas) Presenta propiedades inmunitarias, en los glóbulos rojos, representan los antígenos propios de los grupos sanguíneos del sistema sanguíneo ABO

Funciones de las moleculas de hidratos de carbono (glucocáliz): Están cargadas negativamente. Punto de anclaje con otras células Actúan como receptores de membrana, activando a los segundos mensajeros Participan en acciones inmunitarias

MOLÉCULAS DE CARBOHIDRATO -GLICOLIPIDOS Y GLICOPROTEINAS- Del porcentaje de carbohidratos que se encuentran en la membrana la mayoría se encuentra en forma de glicolípidos (fundamentalmente gangliósidos) y el resto se encuentra en proteínas para formar glicoproteínas.

Funciones del glucocalix Interviene en los fenómenos de reconocimiento celular, importantes durante el desarrollo embrionario. En los procesos de adhesión entre óvulo y espermatozoide

Depende de: Fluidez de membrana Estado físico, líquido, viscosidad variable (temperatura y grado de insaturación) Temperatura de transición: gel Ensamblado de membrana Colesterol Movimientos de membrana

La fluidez depende sobre todo de la longitud y del nivel de insaturación de los fosfolípidos. Cuánto más cortos y más insaturados son los lípidos de membrana, más esta última es fluida. Las cadenas largas muestran una mayor asociación entre sí. El grado de saturación de los fosfolípidos también infiere en la fluidez. Las membranas con lípidos poco insaturados son muy rígidas, ya que las cadenas hidrocarbonadas interaccionan fuertemente entre ellas. Del mismo modo, los dobles enlaces rebajan el empaquetamiento de los lípidos gracias a su “doblez”.

La fluidez de una membrana también depende de la temperatura del medio La fluidez de una membrana también depende de la temperatura del medio. Una bicapa puede pasar de forma líquida y viscosa a una forma más ordenada y cristalina, perdiendo sus propiedades de movimiento. Una membrana entra en transición de fase cuando la temperatura supera la temperatura de transición. Ademas de la temperatura de transicion, si las colas son cortas e insaturadas, esta temperatura será más baja y será más difícil cristalizar la membrana. Este hecho se observa en las patas de los animales polares, que tienen membranas muy insaturadas para que no se congelen El colesterol aumenta la rigidez en la membrana y a la vez reduce la permeabilidad, pero es esencial en las membranas plasmáticas ya que imposibilita una fuerte interacción entre fosfolípidos, que podría causar una cristalización. Es pues un inhibidor, al mismo modo que las insaturaciones, de las transiciones de fase hacia la cristalización.

MOVIMIENTOS DE LOS LÍPIDOS DE MEMBRANA

MOVILIDAD DE LA MEMBRANA La matriz lipídica de la membrana tiene consistencia de aceite liviano, se ha demostrado que los lípidos y las proteínas se mueven lateralmente en esta capa fluída. El movimiento lateral o traslacional, en el plano de la membrana proporciona una vía por la que las proteínas de la membrana pueden interactuar entre sí y con los lípidos. La fluidez permite que haya interacciones dentro del plano de la membrana.

RESTRICCIONES DE LA MOVILIDAD Los microfilamentos y microtúbulos están ubicados por debajo de la superficie interior de la membrana plasmática, forman una red y se denominan CITOESQUELETO o TRAMA CITOESQUELETICA esto se cree, está asociado a proteínas ubicadas en la membrana, y se cree que los componentes del citoesqueleto son parte de un sistema de control que regula el movimiento de las proteínas de la membrana RESTRICCIONES DE LA MOVILIDAD

La movilidad de la membrana también puede ser restringida por materiales presentes en la superficie externa de la membrana, que contiene varias glucoproteínas y polisacáridos extracelulares –MATRIZ EXTRACELULAR- Que pueden impedir el movimiento de las proteínas integrales de la membrana al enredarse en el dominio extracelular de la proteína.

FUNCIONES DE LA MEMBRANA CELULAR Compartimentalización Regulación del movimiento de sustancias Transferencia de información Interacción intercelular Locus para funciones bioquímicas Transducción de energía o conversión de un tipo De energía a otro (mitocondria y cloroplastos) Fuerza mecánica Movimiento y secreción celular Como aislantes eléctricos Como sitios de anclaje para ribosomas Como conductores de impulsos nerviosos.

Entre sus funciones están: Barrera de permeabilidad selectiva permite la entrada o salida de moléculas de la célula o del organelo.