Membrana Celular

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Membranas Celulares Composición y estructura de la Membrana Funciones

Composición y Estructura de la Membrana Dinámica Lípidos, proteínas y carbohidratos Es una bicapa dinámica que: Es el límite entre las células y el espacio exterior Regula el movimiento de moléculas al exterior e interior celular Estas labores se dan gracias a diversas moléculas: lípidos, proteínas carbohidratos.

Figure 5.1 The Fluid Mosaic Model Glicoproteínas Glicolípidos La porción lipídica: Componente esencial, barrera para las moléculas solubles en agua El diseño se conoce como el modelo del mosaico fluido Las proteínas de membrana están embebidas dentro de la bicapa lipídica y “flotan” en ella. Qué proteínas? Depende de la membrana Los carbohidratos se unen a proteínas y a lípidos sobre la membrana, generalmente en la superficie externa Carbohidratos importantes en el reconocimiento y adhesión celular

Mosaico Fluido Modelo del mosaico fluido de la membrana: http://www.youtube.com/watch?v=LKN5sq5dtW4 Flexibilidad de la membrana: http://www.dnatube.com/video/68/Membrane-fluidity

Composición y Estructura de la Membrana LOS LÍPIDOS La mayoría de la moléculas lipídicas en las membranas biológicas son fosfolípidos (hidrofílico/fóbico) Los fosfolipidos se organizan en bicapas.

Repeat Fig 3.20A here Figure 3.20 Phospholipids (A) La colina es una sal de amonio, un nutriente esencial, generalmente agrupada con las vitaminas del grupo B

Fáciles de hacer en el laboratorio – proceso espontáneo Figura 5.2 Una Bicapa Lipídica Separa Dos Regiones Acuosas La bicapa es la conformación con menor energía en la que los fosfolípidos se organizan en una solución acuosa Es ventajoso que sea un proceso espontáneo: por esto se pueden fusionar y gemar vesículas en la célula Fáciles de hacer en el laboratorio – proceso espontáneo

Composición y Estructura de la Membrana Membranas en general son similares, varía su composición específica Acidos grasos: Longitud de la cadena y grado de insaturación Esteroles (Colesterol): importantes para la integridad de la membrana en eucariotas Esto afecta la fluidez. Aumenta con: Acidos grasos cortos, insaturados y menos colesterol Mayor temperatura (las membranas de los organismos que viven a bajas temp tienen más ácidos grasos insaturados y de cadena corta). Lipid raft

Composición y Estructura de la Membrana Lipid rafts: Segundo 22

Composición y Estructura de la Membrana PROTEINAS: en todas las membranas biológicas. ~25 fosfolípidos:1 proteína Dependiendo de la función de la membrana, la relación proteína-fosfolipidos varía. regiones hidrofílicas e hidrofóbicas. La asociación de proteínas y lípidos no es covalente – libertad de movimiento en el mosaico fluido – experimentos de fusión de células Cuando se fusionan dos células al poco tiempo la mayoría de proteínas se distribuye uniformemente en toda la membrana resultante – no todas

Proteínas integrales de membrana Transmembranal PROTEINAS ASOCIADAS A MEMBRANA Las Proteínas Integrales de Membrana tienen regiones hidrofóbicas de aminoácidos que penetran o atraviesan completamente la bicapa lipidica. Las proteínas Transmembranales tienen una orientación específica, mostrando diferentes “caras” a ambos lados de la membrana. Las proteinas periféricas de membrana carecen de regiones hidrofóbicas y no están contenidas en la bicapa lipidica. Proteína periféricas

Dos caras diferentes. La proteína es diferente en los dos lados Figura 5.4 Proteínas Integrales de Membranas Dos caras diferentes. La proteína es diferente en los dos lados

Composición y Estructura de la Membrana Las proteínas se mueven libremente en la membrana fluída No todas, hay excepciones: Las ancladas a citoesqueleto Las que están en los “rafts” (lipd rafts) : Regiones semisólidas de la membrana – Tienen composición diferente de lípidos (ej. Ácidos grasos muy largos) Entonces ciertas áreas de la membrana se pueden especializar

Las membranas son dinámicas Las membranas siempre están transformándose, fusionándose con otras o separándose. Síntesis en REL Se mueven por toda la célula

Las membranas son dinámicas Diferente composición lípídica y de proteínas

Reconocimiento Celular Y Adhesión Células de organismos multicelulares pueden organizarse en grupos debido a dos procesos: Reconocimiento celular Adhesión celular ocurren debido al reconocimiento de proteinas y carbohidratos en la membrana plasmática.

Reconocimiento Celular Y Adhesión Entre células en un tejido se forman uniones especializadas. En animales existen tres tipos de uniones: Uniones estrechas Desmosomas Uniones huecas (gap).

Figur 5.6 Uniones especializadas

Figura 5.6 Uniones especializadas: Uniones estrechas Uniones estrechas son estructuras especializadas en la membrana plasmática que unen células epiteliales adyacentes. Uniones de proteínas específicas Dos funciones principalmente: Previenen el movimiento de sustancias a través del espacio intercelular – debe pasar a través de la célula Definen regiones en la membrana de la célula Previene el paso de sustancias a través del espacio intercelular. Sustancia deben atravesar las células

Figura 5.6 Uniones especializadas: desmosomas Desmosomas tiene placas densas que están unidas a fibras citoplasmáticas y a proteinas celulares de adhesión. Filamentos intermedios Adhesión y comunicación entre dos células Dan resistencia mecánica a epitelio video Desmosomas actúan como puntos de soldadura en células adyacentes, uniéndolas. Pero permiten el paso de sustancias entre células (diferentes de uniones estrechas!!) Pero permiten el paso de sustancias entre células (diferentes de uniones estrechas!!)

Uniones huecas canales proteicos especializados llamados conexones. Figura 5.6 Uniones especializadas: Uniones gap Uniones huecas Uniones Huecas (gap) son conexiones que facilitan la comunicación entre células. Son hechas de canales proteicos especializados llamados conexones. Atraviesan las membranas plasmáticas de dos células adyacentes Canal de comunicación canales proteicos especializados llamados conexones.

Procesos del Transporte en Membranas Las membranas biológicas son selectivamente permeables. Dos tipos de transporte: Transporte pasivo: espontáneo, no requiere energía  a favor de un gradiente de concentración Transporte activo: No espontáneo, sí requiere energía Pasivo: la anergía requerida sale de la diferencia enconcentraciones de la sustancia a transportar a los dos lados de la membrana

Procesos Pasivos del Transporte en Membranas PROCESOS PASIVOS DE TRANSPORTE Diferentes formas espontáneas (no requieren energía) de pasar moléculas de un lado al otro Difusión simple Difusión facilitada *Difusión: Proceso de movimiento de moléculas al azar hacia un estado de equilibrio (Ej. Tinta) = a pesar de ser al azar, el movimiento neto es direccional: las moléculas pasan de un lugar en donde están en alta concentración a un lugar en donde están en baja concentración

Figura 5.7 Difusión lleva a la Distribución Uniforme de Solutos

Procesos Pasivos del Transporte en Membranas Difusión: Qué determina tasas de difusión en una solución? (sin membrana) Temperatura Tamaño de la molécula Gradiente de concentración Dentro de las células las distancias son cortas: moléculas relativamente pequeñas se difunden en milisegundos Entre células? = Si hay membrana? Es permeable a algunas moléculas y otras no….. Impermeable: no se difunden a través Permeable: se difunden hasta que concentraciones iguales a los dos lados = equilibrio A mayor gradiente de concentración, más rápida la difusión Moléculas pequeñas pueden moverse a través de la bicapa lipidica por difusión simple. Quiénes pasan por difusión simple? Si la molécula es muy soluble en lípidos, su difusión será más rápida. Una excepción a ésto es el agua, la cual puede pasar a través de la bicapa más rápido de lo que su solubilidad en lípidos predeciría. No pasan fácilmente a través de la bicapa: Moléculas polares y cargadas como Aminoácidos Azúcares Iones

Si dos soluciones están separadas por una membrana que permite el paso de agua pero no de solutos, el agua pasará del lugar donde hay más concentración de agua (menor concentración de soluto) a donde hay menor concentración de agua (mayor concentración de soluto) Osmosis es la difusión de agua a través de las membranas. Osmosis es un proceso completamente pasivo y no requiere energía metabólica. El agua pasará de una región donde esté en “alta” concentración (baja concentración de solutos) a una región donde su concentración sea “baja” (alta concentración de solutos). Osmosis depende del número de moléculasde soluto a lado y lado, no del tipo de moléculas = Osmosis

A B C Plants Archaea Bacteria Hongos Figura 5.8 Osmosis Modifica la Forma de las Células A B C Soluciones Isotónicas tienen la misma concentración de solutos que la solución con la que se está comparando. Una solución hipertónica tiene una concentración total de solutos mayor que la solución con la que se está comparando. Una solución hipotónica tiene una concentración total de solutos menor que la de la solución con la que se está comparando. Pero en biología esta solución a comparar siempre es el interior de la célula Células animales se pueden lisar si se ponen en una solución hipotónica Células vegetales tienen pared celular que hace presión para que la célula no se estalle – presión de turgencia Plants Archaea Bacteria Hongos

Procesos Pasivos del Transporte en Membranas Sustancias polares y con carga no pueden atravesar la membrana por difusión. Una forma de atravesar la bicapa es por difusión facilitada (Ojo: Tampoco necesita energía!!!) Ésta depende de dos tipos de proteinas de membrana: Proteinas de canales Proteinas “cargadoras” (carriers). Que pasa con el agua?

Canales aa no-polares aa polares Figura 5.9 Proteina de canal se abre ante un estímulo Los aminoácidos no-polares (hidrofóbicos) están en la parte externa del canal, hacia las “colas” de ácidos grasos de las moléculas lipidicas. Proteínas de canales son proteinas integrales de membrana que tienen un poro formado por aminoácidos polares. aa polares aa no-polares

Aquaporinas El agua puede atravesar la membrana plasmática colándose cuando entran iones hidratados o moviéndose a través de canales de agua especiales llamados aquaporinas.

Procesos Pasivos del Transporte en Membranas Las proteinas de canal mejor estudiadas son los canales de iones. Los canales de iones casi siempre están cerrados – se pueden abrir como una compuerta por: estímulo por una señal (ligando) Estímulo por cambio de voltaje Cada uno es específico para un tipo de iones. La especificidad se da como resultado de una concordancia estrecha entre el ion y el tallo del canal, en el que los átomos de oxígeno estan localizados.

Canales iónicos Altamente específicos Figura 5.10 El Canal K+ Las proteinas de canal mejor estudiadas son los canales de iones. Los canales de iones casi siempre están cerrados – se pueden abrir como una compuerta por: estímulo por una señal (ligando) Estímulo por cambio de voltaje Cada uno es específico para un tipo de iones. La especificidad se da como resultado de una concordancia estrecha entre el ion y el tallo del canal, en el que los átomos de oxígeno estan localizados. Sodio no puede pasar por que es mas pequeño y esta siempre unido a moleculas de agua (potasio también, pero se despoja de ellas al interactuar con la entrada del canal) Qué tan rápido pasan los iones por estos canales? Depende de: Gradiente de concentración: concentración del ion en particular Gradiente electroquímico Aveces estos dos no están completamente de acuerdo: potencial de membrana Por ejemplo: Potasio tiende a estar más concentrado al interior por que hay mayor concentracion de Cl- y se trata de balancear las cargas…. Asi se abra un canal de potasio, no se equilibrará la concentracion del mismo adentro y afuera Altamente específicos

Saturación Figura 5.11 Proteina Cargadora: Difusión Facilitada Otro tipo de difusión facilitada es a través de proteinas cargadoras. Transportan moléculas polares (ej. Azúcares y aminoácidos) Estas proteinas permiten el proceso de difusión en ambas direcciones. El gradiente de concentración puede ser conservado si se metaboliza la sustancia transportada una vez esté en el interior celular (Ej. Cargador de glucosa). Las proteinas cargadoras se saturan cuando éstas están todas cargadas con sustancias por transportar – tasa de transporte ya no aumenta con aumento en concentración Saturación

en contra del gradiente de concentración: Transporte Activo Transporte Activo requiere energía, a diferencia del proceso de difusión. Es el que realmente permite que las células tengan ambientes internos y externos muy diferentes en contra del gradiente de concentración: De un lugar en donde están en menor concentración a un lugar en donde están en mayor concentración La “moneda” energética es el ATP.

SIMPORTE ANTIPORTE UNIPORTE Figura 5.12 Ttres Tipos de Proteínas de Transporte Activo SIMPORTE ANTIPORTE UNIPORTE Exiten tres tipos de sistemas de proteinas involucrados en el transporte activo: Uniporte mueven un solo tipo de soluto en una sola dirección (Ej. iones de calcio). Simporte mueve dos solutos en la misma dirección (ej. Aminoácidos + Ca en intestino). Antiporte mueve dos solutos en direcciones opuestas, un soluto hacia el interior celular y el otro hacia el exterior celular (Ej. Bomba Na K  Na fuera, K dentro).

Transporte Activo Transporte activo primario: Usa ATP directamente Sólo cationes, como el sodio, el potasio o el calcio, pueden ser transportados usando este sistema.

Glicoproteína en todas las células animales Figura 5.13 Trasnporte Activo Primario: La bomba sodio-potasio Glicoproteína en todas las células animales 1molec ATPADP, 3 iones Na hacia fuera, 2 K hacia adentro. ¿Uniporte, Simporte o Antiporte? Antiporte

Transporte Activo Transporte Activo Secundario es un sistema que utiliza como fuente de energía gradientes ya establecidos por un Transporte primario. Usa ATP de forma indirecta: Las moléculas de ATP son consumidas para establecer un gradiente ionico. Este gradiente es luego usado para mover sustancias. Células intestinales:

¿Uniporte, Simporte o Antiporte? Simporte Figura 5.14 Transporte Activo Secundario ¿Uniporte, Simporte o Antiporte? Simporte Este simporte esta presente en el instetino delgado, traque, cerebro, corazon, testículos, y prostata. Transporta glucosa (es ‘arrastrada’) en contra su gradiente usando el gradiente electroquímico presente para los iones Na+ (bomba Na+, K+ + ATP). Los iones Na+ tienden a entrar a la célula, en favor del gradiente.

Transporte Activo Transporte Activo Secundario es un sistema que utiliza como fuente de energía gradientes ya establecidos por un Transporte primario. Usa ATP de forma indirecta: Las moléculas de ATP son consumidas para establecer un gradiente ionico. Este gradiente es luego usado para mover sustancias. Células intestinales: Mueve glucosa en contra del gradiente Sodio a favor de su gradiente de concentración (pero previa inversión de ATP para crear este gradiente). Lo pueden utilizar proteínas de simporte y antiporte

Otros tipos de transporte activo: Endocitosis y Exocitosis El grupo de procesos llamados endocitosis trae al interior celular (en eucariotes): Macromoléculas Partículas grandes Incluso otras células, Es otro tipo de transporte activo Existen tres tipos de endocitosis: fagocitosis, pinocitosis, y endocitosis mediada por receptores Invaginación de la membrana. Exocitosis: saca de la célula desechos y sustancias a ser secretadas

Figura 5.15 Endocitosis y Exocitosis

Endocitosis y Exocitosis Durante la fagocitosis VesÍculas son más grandes Células completas pueden ser engolfadas. Ejemplos: Protistas unicelulares Globulos blancos en humanos Vacuola de alimentación se fusiona con Lisosoma  digestión

Endocitosis y Exocitosis Pinocitosis, que significa “células bebiendo” (“cellular drinking)” Vesículas más pequeñas que en Fagocitosis Internaliza sustancias disueltas en fluídos En humanos, la capa delgada de células que separa los capilares sanguíneos de los tejidos circundantes, usa vesículas pinocíticas para obtener fluidos de la sangre.

Endocitosis y Exocitosis Endocitosis Mediada por Receptores es mucho más específica. Hay proteínas receptoras en parte externa de membrana Interactúan con lo que va a entrar invaginación de la membrana y endocitosis. Se forman vesículas recubiertas con las macromoléculas atrapadas en su interior Ej: Endocitosis de LDL

Figura 5.16 Formación de la vesícula Cubierta

Figura 5.16 Formación de la vesícula Cubierta

Endocitosis y Exocitosis Exocitosis: materiales empacados dentro de vesículas son secretados al exterior celular. Membranas de las vesículas se fusionan con la membrana plasmática Liberan contenido de la vesicula (desecho, hormonas, enzimas, etc) al ambiente.

Membranas: No son Sólo Barreras Otras funciones de la membrana…..

Más funciones de las Membranas

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