Tema 2: Continuación. Membrana citoplasmática.

Biología Celular y Molecular

Objetivo:Estructura, composición química y funciones de la membrana

citoplasmática.

UNIDAD NO. 2. LA CÉLULA COMO UNIDAD DE ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LOS ORGANISMOS.

MEMBRANA CITOPLASMÁTICA

MEMBRANA CELULAREs un filtro altamente selectivo (es semipermeable)

Los componentes más importantes son: lípidos, proteínas y glúcidos.

Limita el medio intracelular del medio extracelular permitiendo no sólo el intercambio de sustancias, energía e información entre ambos medios, sino también manteniendo la identidad celular.

¿Qué es la membrana celular?

PERSPECTIVA HISTÓRICAMediados del s. XIX:Se logra ver la pared celularConsideraron que todas las células tenían pared celular.No se observaba la membrana.

1860s: Leydig, de Bary y Schultz: Las paredes celulares no son esenciales para todas las células.Células “sin piel”.Teoría: Protoplasma es insoluble en agua y por lo tanto las células no requieren “piel”.

Nathanael Pringsheim (1823-1894).En 1854, nota que las célulasepidérmicas de las plantas sealejaban de la pared celular cuandoeran expuestas a solucioneshipertónicas

Hugo de Vries (1848-1935).En 1884, señala que la membrana esresponsable del comportamiento osmóticode las plantas.Plantea: la membrana debe ser el límite deltono plástido.

Walther Hermann Nernst (1864-1941). Premio Nobel de Química 1920. En 1888: Teoría de los potenciales eléctricos basada en la difusión de iones en soluciones. Fundamento del modelo de flujo de iones a través de membranas biológicas en electrofisiología.

PERSPECTIVA HISTÓRICA

Ernest Overton (1895-1899)Existe una diferencia entre la pared celular y la membrana de la célula.La membrana está compuesta por lípidos: (colesterol, ésteres de colesterol, lecitina y triglicéridos).Intercambio de Na+ externos por K+ internos. Propone un transporte activo(cuesta arriba) que requiere energía metabólica.Irving Langmuir (1881-1957). 1932. Premio Nobel de Química. Descubrió las películas monomoleculares de lípidos con la orientación molecular específica en las superficies.En 1925: Gorter E. y Grendel F., a partir de experiencias con lípidos extraídos de glóbulos rojos hemolizados sobre una superficie acuosa proponen como estructura de la membrana una doble capa de lípidos.En 1935, Danielli y Davson estudiaron bicapas lipídicas de triglicéridos sobre una superficie de agua. Ellos encontraron un arreglo de las cabezas polares hacia el exterior. Proponen una bicapa lipídica que excluye a las proteínas transmembrana.En 1959, J. D. Robertson emplea M.E. y muestra una membrana de tres capas:Dos capas externas oscuras: proteínas. Una capa central clara: cadenas hidrocarbonadas de lípidos. No observa espacios para poros. Modelo de la unidad

PERSPECTIVA HISTÓRICA

MODELO DE MOSAICO FLUIDO

La integración de los datos químicos,físico-químicos y las diversas técnicasde microscopía llevó al actual modelode " Mosaico Fluido" (Singer S.J., andNicolson, G.L. 1972).Según este modelo, las membranasconstan de una bicapa lipídica (unadoble capa de lípidos con los gruposhidrófobos al centro y los hidrofílicoshacia la parte externa), en la cual estáninmersas diversas proteínas.La bicapa lipídica ha sido establecidacomo la base universal de la estructurade la membrana celular.

Las características de lasmembranas biológicas sepueden resumir en lassiguientes:a.- Composición y Estructuraformada por una bicapa defosfolípidos con proteínasincluidas en la matriz.b.- Fluidez.c.- Asimetría.d.- Permeabilidad selectiva.e.- Diferencia de potencialeléctrico ente susbordes interno y externo.

CARACTERÍSTICAS DE LAS MEMBRANAS CELULARES

LÍPIDOS DE MEMBRANAExisten tres tipos de lípidos demembrana: fosfolípidos, colesteroly glucolípidos.

Los fosfolípidos son moléculasantipáticas que representa el 50 %del componente lipídico.

Existen cuatro tipos principales defosfolípidos:fosfatidilcolina,fosfatidilserina,Fosfatidiletanolaminaesfingomielina.

La bicapa de fosfolípidos funciona principalmente comoarmazón estructural de la membrana.

Es una barrera que impide el pasaje de sustancias hidrosolublesa través de la misma; esto ultimo es debido al carácterfuertemente hidrofóbico de la matriz de la membrana.

La presencia de ácidos grasos insaturados aumenta la fluidez dela membrana.

El colesterol limita el movimiento de los fosfolípidos adyacentesy permite que la membrana sea menos fluida y mecánicamentemás estable.

LÍPIDOS DE MEMBRANA

GLUCOLÍPIDOS DE MEMBRANA

Los glucolípidos se localizan sólo en la caraexterna de la membrana celular.Sirven como señales de reconocimiento para lainteracción entre las células.Por ejemplo, el glúcido de algunos glucolípidoscambia cuando una célula se vuelve cancerosa.Este cambio puede permitir que muchosleucocitos se dirijan a las células cancerosaspara exterminarlas.

FLUIDEZPropiedad que se refiere a la viscosidad de unlíquido.En condiciones fisiológicas, las bicapas lipídicas dela membrana celular se mantienen en estadolíquido, necesario para que no se interrumpa lafunción celular (transporte de sustancias yactividades enzimáticas).La fluidez de la membrana depende de lacomposición de ác. grasos, el contenido decolesterol y la temperatura.

COLESTEROL Y FLUIDEZEl colesterol actúa como unamortiguador de la fluidez.

Es un constituyente fundamentalen las membranas celulares.

Formado por una cabeza polar, unnúcleo esteroideo, el cual se disponeparalelo a las cadenas de ácidosgrasos de los fosfolípidos de lamembrana y una colahidrocarbonada.

Al disminuir la movilidad de estosprimeros grupos hidrocarbonados delas cadenas de fosfolípidos elcolesterol hace que, en esta región lamembrana sea menos deformable ydisminuye la permeabilidad de labicapa a las moléculas de agua.

PROTEÍNAS EN LAS MEMBRANASLa cantidad y tipos de proteínas en las membranas es altamente variable:a)En la membrana mielina de los axones neuronales, menos del 25% de la masacorresponde a proteínas.b)En la membrana internas de la mitocondria y cloroplastos, el contenido de proteínascorresponde al 75%.c)En la membrana plasmática, el contenido corresponde al 50% de la masa (las de lípidosson más numerosas debido al pequeño tamaño que poseen, por eso se toma dereferencia la masa y no la cantidad de moléculas).

CLASIFICACIÓN DE PROTEÍNAS DE MEMBRANA

Según se grado de asociación con la membrana, se distinguen dos tipos deproteínas:

Integrales o Intrínsecas: Presentan regiones hidrófobas, por las que se puedenasociar al interior de la membrana y regiones hidrófilas que se sitúan hacia elexterior, por consiguiente, son anfipáticas. Solo se pueden separar de la bicapa siesta es destruida (por ejemplo con un detergente neutro). Algunas de éstas,presentan carbohidratos unidos a ellas covalentemente (glucoproteínas).

Periféricas o Extrínsecas: No presentan regiones hidrófobas, así pues, no puedenentrar al interior de la membrana. Están en las caras de esta . Se separan y unen aesta con facilidad por enlaces de tipo iónico.

Cinco maneras de asociación de las proteínas de membrana con la bicapalipídica: 1)α hélice única, 2) α hélices múltiple, 3) Proteína covalentemente unida a la bicapa por una cadena de ácido graso, 4) Proteína unida a la bicapa, vía oligosacárido, por ácido graso,5) Proteína unida a la membrana por interacciones no covalentes a otra proteína de membrana.

PROTEÍNAS EN LAS MEMBRANAS

FUNCIONES DE PROTEÍNAS EN LAS MEMBRANAS CELULARES

Las proteínas de membrana cumplen variasfunciones como:

-Enzimas (aceleran una reacción química).

-Proteínas que participan enla unión entre células (unión intercelular queal final forma tejidos).

-Receptores (captan mensajeros químicos delexterior y desencadenan una respuestaintercelular que puedeser contracción, movimiento, creaciónde enzimas, etc.).

-Transportadores, canales y bombas(encargados de permitir el ingreso y la salidade sustancias a la célula).

FUNCIONES DE LA MEMBRANA CELULAR Forma, sostén y mantenimiento de la integridad celular. Expulsión de los desechos del metabolismo del interior de la célula y

adquisición de nutrientes del medico extracelular .

Participa activamente en el transporte de sustancias entre las células

Es un sensor de señales externas, permitiendo a la célula cambiar en respuesta a estímulos ambientales.

Participa en mecanismos de transducción de señales .

Participa en la adhesión celular.

Participa en el reconocimiento celular.