Física y Química Biológica Licenciatura en Enfermería LA CELULA

Distintas células del organismo

CORTE DE UNA CELULA

CELULA VEGETAL

“Modelo de mosaico fluído” de Singer y Nicholson Membranas celulares “Modelo de mosaico fluído” de Singer y Nicholson De acuerdo a este modelo la membrana es una solución bidimensional de lípidos en el cual se encuentran sumergidas las proteínas globulares que se mueven en el plano de la membrana.

El marco estructural básico de las membranas biológicas está conformado por lípidos, siendo los componentes mayoritarios los lípidos anfolíticos o ANFIPATICOS conocidos con el nombre de fosfolípidos, moléculas que presentan una cabeza polar y una cola no polar formada por 2 ácidos grasos de cadena larga.

La principal fuerza impulsora para la formación de la membrana es el conocido "efecto hidrofóbico", junto con las interacciones apolares entre las cadenas acil lipídicas de los fosfolípidos (de Van der Waals) y las interacciones de naturaleza electrostática entre las cabezas polares (puentes de hidrógeno, entre otras).

HIDRATOS DE CARBONO Los carbohidratos de las membranas se encuentran asociados a proteínas (glicoproteínas) y lípidos (glicolípidos). Sin embargo, se encuentran principalmente en la cara exoplásmica de la membrana plasmática Son sintetizados en la cara endoplásmica del retículo endoplasmático y del aparato de Golgi. Los carbohidratos de membrana pueden tener la función de reconocimiento celular.

PROTEINAS Las membranas plasmáticas presentan tres tipos de proteínas: Proteínas integrales Estas proteínas integrales o particuladas, presentan un componente hidrofóbico que les permite integrarse fácilmente a las membranas, pueden atravesar los dos hojaldres, un hojaldre o colocarse entre los hojaldres Proteínas periféricas Las proteínas periféricas son hidrofílicas y están ancladas a la membrana por un componente hidrofóbico. Proteínas estructurales. Las proteínas estructurales son del tipo integral pero están unidas al citoesqueleto de la célula, limitando su movilización de acuerdo al modelo del mosaico fluido.

La mayoría de las proteínas integrales presentan una de dos configuraciones básicas: a. una hélice alfa b. una estructura globular terciaria, formada por segmentos repetidos de hélice alfa que se disponen en zig-zag a través de la membrana.

Funciones de las proteínas Algunas proteínas son enzimas y regulan reacciones químicas particulares; otras son receptores, implicados en el reconocimiento y unión de moléculas señalizadores, tales como las hormonas; y aun otras son proteínas de transporte, que desempeñan papeles críticos en el movimiento de sustancias a través de la membrana.

CARACTERÍSTICAS DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS Las moléculas que constituyen las membranas se encuentran libres entre sí pudiendo desplazarse en el seno de ella, girar o incluso rotar, aunque esto último más raramente. La membrana mantiene su estructura por uniones muy débiles: Fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas. Esto confiere su característica de fluidez. Todos estos movimientos se realizan sin consumo de energía. Los lípidos pueden presentar una menor o mayor movilidad en función de factores internos y externos internos: cantidad de colesterol o de ácidos grasos insaturados. externos: temperatura o composición de moléculas en el exterior. Una mayor cantidad de ácidos grasos insaturados o de cadena corta hace que la membrana sea más fluida y sus componentes tengan una mayor movilidad; una mayor temperatura hace también que la membrana sea más fluida. El colesterol endurece la membrana y le da una mayor estabilidad.

CARACTERÍSTICAS DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS Otra característica de las membranas biológicas es su asimetría, debida a la presencia de proteínas distintas en ambas caras. Por lo tanto, las dos caras de la membrana realizarán funciones diferentes. Estas diferencias son de gran importancia a la hora de interpretar correctamente las funciones de las estructuras constituidas por membrana.

Funciones de la membrana Protegen la célula Regulan el transporte hacia adentro o hacia afuera de la célula Permiten una fijación selectiva a determinadas entidades químicas a través de receptores lo que se traduce finalmente en la transducción de una señal Permiten el reconocimiento celular Suministran puntos de anclaje para filamentos citoesqueléticos dando forma a la célula. Permiten la compartimentación de dominios subcelulares donde pueden tener lugar reacciones enzimáticas de una forma estable Regulan la fusión con otras membranas Permiten el paso de moléculas a través de canales Permite la motilidad de algunas células

Transporte de membrana Difusión simple Canales Difusión Facilitada Pasaje pasivo Transportadores A favor del gradiente de concentración No necesita energía Osmosis Filtración/ Dialisis Pasaje activo Bomba Sodio/Potasio En contra del gradiente de concentración Necesita energía ATP

Difusión simple

Difusión facilitada Por canales

Difusión facilitada Por transportadores

Osmosis El movimiento del agua a través de la membrana semipermeable genera un presión hidrostática llamada presión osmótica. La presión osmótica es la presión necesaria para prevenir el movimiento neto del agua a través de una membrana semipermeable que separa dos soluciones de diferentes concentraciones.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRESIÓN OSMÓTICA La presión osmótica depende de los siguientes factores: - Concentración molal (moles de soluto por kilogramo de disolvente); pues a mayor concentración molal, mayor cantidad de partículas de soluto. - Ionización. Las sustancias iónicas, a igual concentración, ejercerán una presión osmótica mayor que las sustancias no polares; dado que al disociarse producen un mayor número de partículas. - Masa molecular. A igualdad de masa total, los compuestos de menor masa molecular ejercen una presión osmótica mayor que los de mayor masa molecular, pues tendrán un mayor número de partículas. Así, en 180 g de glucosa, Mm=180, (1mol) hay 6,023*1023 moléculas, mientras que en 180 g de sacarosa, Mm=342, (0,53 moles) sólo habrá 3,192*1023 moléculas. - Cantidad de solutos. La presión osmótica de una disolución con varios solutos es el resultado de las presiones osmóticas ejercidas por cada uno de ellos. - Temperatura. A mayor temperatura, mayor presión; por ser mayor la energía de las partículas.

Filtración/ Dialisis

distribución homogénea del soluto En la diálisis el solvente y las partículas pequeñas (de bajo peso molecular) atraviesan la membrana, a favor del gradiente de concentración, las de mayor tamaño no la pueden atravesar. distribución homogénea del soluto en un solvente, a favor del gradiente de concentración Cuando una membrana semipermeable (no permeable al soluto) separa dos soluciones de concentración diferente se produce el pasaje de solvente desde la solución más diluída hacia la más concentrada

Pasaje activo Bomba Sodio-Potasio Proteína de membrana (ATPasa) Gasto de energía: ATP Contra gradiente de concentración Saca 3 iones sodio al exterior celular Ingresa 2 iones potasio al citoplasma Como consecuencia de su funcionamiento se crea un potencial eléctrico a través de la membrana Y diferentes concentraciones entre LIC y LEC

El medio iónico intracelular es diferente en composición al medio intercelular (líquido intersticial). El medio intracelular es más rico en iones potasio, mientras que el líquido intersticial es más rico en iones sodio. Liquido intersticial mEq/l Liquido intracelular Cationes Na+ 145 12 K+ 4 155 Aniones Cl - 120 3.8 HCO3 - 27 8 A- y otras 7 Potencial - 60 mv Concentración iónica y potencial estable en células musculares (según Woodburry, modificado)

Pasaje de moléculas asociadas a la bomba de Na-K