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Membrana Plasmática
La membrana plasmática define la extensión de la célula y mantiene las
diferencias esenciales entre el contenido de ésta y su entorno.
•No es una barrera pasiva
•Es un filtro altamente selectivo que mantiene la desigual concentración de iones y moléculas orgánicas a ambos lados de ella.
•Permite que los nutrientes penetren y los productos residuales salgan de la célula.
Membrana Plasmática
Es una bicapa lipídica que incluye proteínas
La bicapa lipídica constituye la estructura básica de la membrana y actúa de barrera relativamente impermeable al flujo de la mayoría de las moléculas hidrosolubles.
El modelo de mosaico fluido es, en biología, un modelo de la estructurade la membrana plasmática propuesto en 1972 por S. J. Singer y G. Nicolson gracias a los avances en microscopía electrónica y al desarrollo detécnicas de criofractura.
Según el modelo del mosaico fluído, las proteínas (integrales o periféricas) serían como "icebergs" que navegarían en un mar de lípidos (fluído lipídico).
Componentes básicos de las membranas
Lípidos
•Las moléculas lipídicas son insolubles en agua, pero se disuelven fácilmente
en solventes orgánicos.
•Constituyen aproximadamente un 50% de la masa de la mayoría de membranas
plasmáticas de las células animales.
ProteínasMedian las funciones de la membrana.
•Transporte
•Reacciones enzimáticas
•Eslabones estructurales entre el citoesqueleto y la matriz extracelular
•Receptores
Glúcidos: Glicolípidos y Glicoproteínas
En la membrana plasmática de todas las células eucariontes, muchas proteínas y algunos lípidos de la superficie celular tienen cadenas de polisacáridos y oligosacáridos unidas covalentemente a ellas.
Estructura general de los fosfolípidos:
O
PO O-
O
CH2CHCH2
Grupo Hidrofílico
(polar)
Colas Hidrofóbicas(no polar)
Doble enlace cis
O
PO O-
O
CH2CHCH2
Cadenas hidrocarbonadas Saturadas rectas
Cadenas hidrocarbonadas Insaturadas con dobles enlaces cis
Componentes bioquímicos de las membranas1. Lípidos
A. Fosfolípidos
Grupo de cabeza polar
Existen 3 tipos principales de lípidos en las membranas celulares
Componentes bioquímicos de las membranas
1. LípidosA. Fosfolípidos
Los principales fosfolípidos de la membrana de eritrocitos humanos:
•Fosfatidiletanolamina•Fosfatidilserina•Fosfatidilcolina•Esfingomielina
La bicapa lipídiaca de la membrana plasmática es asimétrica
Fosfatidiletanolamina Fosfatidilserina
FosfatidilcolinaEsfingomielinaEspacio Extracelular
Citosol
Componentes bioquímicos de las membranas
1. Lípidos:B. Glucolípidos
•Lípidos que contienen oligosacáridos
•Se encuentran únicamente en la mitad exterior de la bicapa
•Suelen constituir el 5% de las moléculas lipídicas de la monocapa exterior.
Espacio Extracelular
Citosol
Componentes bioquímicos de las membranas
1. Lípidos:C. Colesterol
Cabeza polar
Estructura rígidadel anillo esteroide
Cola hidrocarbonada
no polar Posición del colesterol en la
bicapa
Cabeza polar
Región rígida de colesterol
Región más fluída
¿De qué depende la fluidez de la membrana?
La fluidez de las bicapas lipídicas depende de (i) su composición lipídica y (ii) de la temperatura
(i) Temperatura
La presencia de colesterol disminuye la fluidez haciendo que las cadenas hidrocarbonadas de los fosfolípidos se junten, compacten y cristalicen (mayor rigidez).
(ii) Composición Lipídica
Los dobles enlaces cis de las cadenas hidrocarbonadas insaturadas aumentan la fluidez de la bicapa fosfolipídica, al hacer que el empaquetamiento de las cadenas sea más difícil. La mayor longitud de las cadenas hidrocarbonadas disminuyen la fluidez de membrana.
Viscoso Líquido
LíquidoViscoso
Calor
Transición de fase
2. Proteínas y glicoproteínas
La cantidad y el tipo de proteínas de una membrana reflejan su función.
Aunque la estructura básica de las membranas biológicas está determinada por la bicapa lipídica, la mayor parte de sus funciones están desempeñadas por proteínas.
Componentes básicos de las membranas
Metodológicamente se definieron dos clases de proteínas de membrana:1) Periféricas: Se disocian de la MP con tratamientos con agentes polares (no destruyen la MP) porque están unidas a la bicapa lipídica mediante uniones débiles.
2) Integrales: Se disocian de la MP mediante tratamientos que rompen la bicapa fosfolipídica porque están unidas a esta por uniones fuertes hidrofóbicas o covalentes.Incluye proteínas de transmembrana y proteínas unidas a una de las dos capas fosfolipídicas por uniones covalentes.
Componentes bioquímicos de las membranas
3. Glúcidos: Glicolípidos
Glicoproteínas
En la membrana plasmática de todas las células eucariontes, muchas proteínas y algunos lípidos de la superficie celular tienen cadenas de polisacáridos y oligosacáridos unidas covalentemente a ellas.
Glucocálix:
Describe la zona periférica, rica en carbohidratos de la superficie de la mayoría de las células eucariotas.
Está formado por las cadenas laterales de oligosacáridos de las glucoproteínas y de los glucolípidos unidos a la membrana, aunque también puede corresponder a glucoproteínas y glucolípidos secretados y luego adsorbidos por la célula.
Lipid raft o balzas lipídicas
• Lipid rafts son ensamblados dinámicos de colesterol, esfingolípidos y proteínas de membrana dispersas dentro de la membrana plamática.
• Los rafts son plataformas especializadas en transducción de señales, endocitosis y segregación de proteínas.
• Caveolae es un tipo especializado de lipid raft que contiene a la proteína caveolina y que se caracteriza por invaginaciones morfológicamente definidas de la superficie celular.
• Proteínas enriquecidas en lípid rafts:
1. Proteínas ancladas a la cara externa de la membrana plasmática (MP) a través de un glicosilfosfatidil-inositol (ancladas a GPI).
2. Enzimas y proteínas adaptadoras doblemente aciladas
(Ej: FRS2, Src-Kinasa, etc) y unidas a la cara interna de la MP.
3. Proteínas transmembrana.
Lipid raftMP
IN
OUT
Caveola
MPIN
OUT
+ Resistentes al tratamiento en frío con detergentes
no iónicos (Tritón X-100)
Lipid Raft
Lipid Raft
Sphingolipid Cholesterol GangliosidePhosphatidylcholine
Phosphatidylethanolamine
Saturatedphospholipids
Phosphatidylinositol
Unsaturatedphospholipids
GPI-linked protein
Src-family kinaseCitosol
MP
Medio Extracelular
Lipid Rafts
Src-family kinase
GPI-linked protein
Permeabilidad a través de la membrana Permeabilidad relativa de una bicapa lipídica frente a diferentes clases de
moléculas.
*Los gases y las moléculas hidrofóbicas difunden rápidamente a través de las bicapas.
* Las moléculas pequeñas no polares se disuelven fácilmente en las bicapas lipídicas y por lo tanto difunden con rapidez a través de ellas.
* Las moléculas polares sin carga si su tamaño es suficientemente reducido también difunden rápidamente a través de la bicapa.
Gases:CO2
O2
MoléculasHidrofobicas,Ej: Benceno
Pequeñas moléculas polares, ej:
H2O
Etanol
Moléculas PolaresGrandes, ej:Glucosa
MoléculasCargadas,Ej: iones
Citosol
Espacio extracelular
Las moléculas que atraviesan la bicapa lipídica a favor de su gradiente de concentración, atraviesan la membrana por difusión simple
Transporte de moléculas a través de la membrana
Uniporte Simporte Antiporte
Uniporte
Co-transporteSimporte: En el mismo sentido
Antiporte: En sentido opuesto
Transporte a través de
proteínas
Las moléculas que no atraviesan la mebrana por difusión simple, puedenhacerlo mediante proteínas de transmembrana mediante un proceso de difusión facilitada. Cada una de estas proteínas es responsable de la De una molécula o de un grupo de ellas.
Transporte de moléculas a través de la membrana
Transportadores (Carrier proteins): Se unen específicamente a la molécula que debe ser transportada y a través de una serie de cambios conformacionales la transfieren a través de la membrana.
Canales (Channel proteins): No necesitan unirse a la molécula que debe ser transportada. Forman poros a lo largo de la bicapa lipídica que cuando están abiertos permiten el pasaje de solutos específicos, usualmente iones inorgánicos de tamaño y carga apropiada,. En gral este tipo de transporte es más rápido que el mediado por las proteínas Transportadoras o Carrier proteins.
Proteínas de transporte
Transportadores (Carrier proteins)
Canales (Channel proteins)
Transporte Pasivo
-Si la molécula transportada carece de carga, sólo su diferencia de concentración a los dos lados de la membrana (gradiente de concentración) determina la dirección del transporte pasivo (energéticamente favorable).
-Si el soluto lleva una carga neta, su transporte está determinado tanto por su gradiente de concentración como por el gradiente eléctrico total a través de la membrana (potencial de membrana). Ambos gradientes juntos constituyen el gradiente electroquímico (energéticamente favorable).
El transporte llevado a cabo por los Transportadores o Carrier proteins puede ser
activo o pasivo.
El transporte llevado a cabo por de los Canales es siempre pasivo.
Transporte ActivoA diferencia del transporte pasivo que se produce de manera espontánea por ser energéticamente favorable El transporte activo está acoplado a una fuente de energía porque es energéticamente desfavorable por producirse en contra del gradiente de concrentración o electroquímico.
1) Transporte Activo dirigido por hidrólisis de ATPLas bombas y los transportadores ABC (con ATP-binding cassettes) son ejemplos de proteínas transportadoras que impulsan activamente el movimiento de solutos en contra de su gradiente de concentración o electroquímico mediante la hidrólisis de ATP. Ej: Transporte activo de H+, Bomba de H+
Bomba de H+ en Lisosomas. Utiliza la energía de hidrólisis
del ATP para bombear H+ hacia el interior del lisosoma,
manteniendo así el pH lisosomal cercano a 5.
pH: 5.0Hidrolasas Acidas
NucleasasProteasas
GlycosidasasLipasas
FosfatasasSulfatasas, etc
H+
pH: 7.2
ATP ADP
Bomba de H+