membrana celular
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historia,transporte, funcion,composicion y estructuraTRANSCRIPT
Universidad de San Martín de Porres
Facultad de Medicina Humana
Biología Celular y Molecular
Membrana Celular
TransporteHélmer H. Lezama, MSc.
1H. Lezama
1. Perspectiva histórica.
2. Composición, estructura y
función.
3. Transporte.
2H. Lezama
Perspectiva
histórica
3H. Lezama
Robert Hooke (1635-1703)
1665: descubre la célula:
“celdas”
Antony van Leeuwenhoek
(1632-1723)
Descubre bacterias,
protistas, espermatozoides,
glóbulos rojos, etc.
1676: primera observación
de una bacteria por el
hombre.
4H. Lezama
Mediados del s. XIX: Se logra ver la pared
celular.
Consideraron que todas las células tenían pared celular.
No se veía 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”.
5H. Lezama
Nathanael Pringsheim(1823-1894). En 1854, nota que las
células epidérmicas de las plantas se alejaban de la pared celular cuando eran expuestas a soluciones hipertónicas.
Hugo de Vries
(1848-1935). En 1884, señala que la
membrana es responsable del comportamiento osmótico de las plantas.
Plantea: la membrana debe ser el límite del tonoplástido.
6H. Lezama
Walther Hermann Nernst (1864-1941). Premio Nobel de
Química 1920
En 1888: Teoría de los potenciales eléctricosbasada en la difusión de iones en soluciones.
Fundamento del modelo de flujo de iones a través de membranas biológicas en electrofisiología.
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.
7H. Lezama
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.
8H. Lezama
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.
9H. Lezama
10H. Lezama
En 1952, G. Palade.
Observa con microscopía electrónica
membranas de mitocondrias.
11H. Lezama
En 1959, J. D. Robertson.
Emplea M.E.
Muestra una membrana de tres capas: Dos capas externas oscuras: proteínas.
Una capa central clara: cadenas hidrocarbonadas de lípidos.
Todas las membranas examinadas mostraban la misma estructura.
No observa espacios para poros.
“Modelo de la unidad de membrana”.
Visión simplificada.
12H. Lezama
Membrana celular
Membrana celular
Espacio
Intercelular
13H. Lezama
En 1966, Lenard y Singer:
Notan que más del 30% de las proteínas de
membrana tienen una estructura secundaria en alfa
hélice: Proteínas más esféricas.
¿Cómo las proteínas no plegadas exponían sus
regiones no polares (aminoácidos hidrofóbicos)
en un medio acuoso?.
Singer estudió bicapas fosfolipídicas por criofractura y
encontró que podían formar superficies aplanadas
sobre agua y no requerían una cubierta proteica.
14H. Lezama
1. Los lípidos y proteínas integrales están
dispuestos en una especie de organización
en mosaico.
2. Las membranas biológicas son estructuras
casi fluidas, donde los lípidos y proteínas
integrales pueden movilizarse.
3. Los componentes son mantenidos en sus
lugares mediante interacción no covalente.
S. J. Singer y C. L. Nicolson, 1972
Singer, S.J, and Nicolson C.L. (1972) Science, 175:720
Modelo de mosaico fluido
15H. Lezama
16H. Lezama
M.E. Técnica de criofractura
17H. Lezama
Glicolípido
18H. Lezama
Composición,
estructura y
función.
19H. Lezama
Membrana celular
Todas las células tienen membrana celular.
Determina el límite entre la célula y el medio
externo.
Es una barrera selectiva para moléculas,
determinando la composición del citoplasma.
20H. Lezama
Se dedujo la estructura de la membrana a
partir de las imágenes de microscopía
electrónica y análisis de composición.
Las membranas celulares constituyen un
complejo lipoproteico.
21H. Lezama
5 a 10 m
Membrana
plasmática
Citoplasma
Extracelular
El espesor es
semejante en
células
procariotas y
eucariotas
22H. Lezama
Las células están separadas del ambiente
externo por una estructura denominada
MEMBRANA CELULAR.
Tiene 5 a 10 m de espesor.
1 m = 0.000000001 m = 10-9 m
Sinonimia: MEMBRANA PLASMATICA.
23H. Lezama
La célula eucariote
tiene un sistema de
endomembranas
24H. Lezama
Las membranas son vitales:
Separan a la célula del medio exterior.
Separan compartimentos dentro de la célula para
proteger importantes eventos y procesos en las
diferentes regiones y organelas de la célula.
La estructura es común para todas las
membranas celulares.
Membrana celular
Composición, estructura y función
25H. Lezama
26H. Lezama
La membrana plasmática, está compuesta
por:
Proteínas
Lípidos
Carbohidratos
Membrana celular
Composición, estructura y función
27H. Lezama
Membrana celular
Lípidos de membrana
Los lípidos de
membrana son:
1. Fosfolípidos
2. Glicolípidos.
3. Colesterol
28H. Lezama
29H. Lezama
Membrana celular
Lípidos de membrana
Los lípidos de membrana son:
1. Fosfolípidos
2. Glicolípidos.
3. Colesterol
Los fosfolípidos de membrana son:
Fosfatidilcolina
Fosfatidiletanolamina
Fosfatidilserina
Fosfatidilinositol
Esfingomielinas
Los principales glicolípidos son:
Cerebrósidos.
Gangliósidos.
30H. Lezama
Composición de los lípidos de algunas
membranas biológicas
Lípido
Eritrocito
humano
Milelina
humana
Mitocondrias de
corazón de
ternera
E. Coli
Acido fosfatídico
Fosfatidilcolina
Fosfatidiletanolamina
Fosfatidilglicerol
Fosfatidilserina
Cardiolipina
Esfingomielina
Glucolípidos
Colesterol
1,5
19
18
0
8,5
-
17,5
10
25
0,5
10
20
0
8,5
-
8,5
26
26
-
39
27
0
0,5
22,5
-
-
3
-
-
65
18
0
12
-
-
-
Los valores expresados son porcentajes en peso de los lípidos totales.
Fuente: C. Tanford, The Hydrophobic Effect, p. 109, Wiley, 1980.31H. Lezama
32H. Lezama
Membrana celular
Distribución asimétrica de los componentes de
membrana
La bicapa de lípidos consta de dos
hojas distintas.
La capa externa consta de: Una concentración desproporcionadamente alta
de fosfatidilcolina ( y de esfingomielina).
Una baja concentración de
fosfatidiletanolamina y de
fosfatidilserina.
33H. Lezama
34H. Lezama
Membrana celular
Distribución asimétrica de los
componentes de membrana
La bicapa de lípidos en realidad es una
estructura compuesta de dos
monocapas:
Independientes.
Más o menos estables.
Con diferentes propiedades físicas y
químicas.
35H. Lezama
SM: Esfigomielina, PC: Fosfatidilcolina, PS: Fosfatidilserina, PE: Fosfatidiletanolamina,
PI: Fosfatidilinositol, Cl: colesterol
Membrana celular
Distribución asimétrica de los componentes de
membrana
36H. Lezama
1. Las membranas lipídicas
son sintetizadas en el
retículo endoplásmico
liso.
2. Mediante fusión de
vesiculas se incorporan
componentes a la
membrana.
3. Con la formación de
nuevas vesículas se pierde
material de membrana.
37H. Lezama
Los
TRANSLOCADORES
(“Flipasas”) mueven los
lípidos sintetizados
hacia el LADO LUMINAL
de la BICAPA LIPIDICA
(movimientos FLIP
FLOP).
LUMEN R.E.
Membrana celular
Distribución asimétrica de los
componentes de membrana
38H. Lezama
La composición lipídica de
la membrana es asimétrica
por los movimientos de
“flip flop”.
39H. Lezama
Fluidez de la membrana
Los lípidos y proteínas tiene libertad de movimiento lateral en la bicapa.
El movimiento de una bicapa a otra es muy limitado.
Los lípidos son fluidos a temperatura corporal.
Los ácidos grasos no saturados tiene un punto de fusión inferior a los ácidos grasos saturados.
40H. Lezama
Fluidez de la membrana
El colesterol: Tiende a aumentar la fluidez.
Evita temperaturas de transición bruscas.
Incrementa la estabilidad y disminuye la permeabilidad de la membrana.
41H. Lezama
Membrana celular
PROTEINAS DE MEMBRANA
Según el tipo de célula y organela una
membrana puede contener desde 12 a más
de 50 proteínas diferentes.
No están dispuestas al azar.
Se localizan y orientan en posiciones
particulares respecto a la bicapa.
42H. Lezama
Las hélices alfa constituyen
dominios transmembrana.43H. Lezama
44H. Lezama
Carbohidratos de membrana
Unidos a proteínas o lípidos mediante
enlaces covalentes.
Cumplen un rol importante como
receptores.
Sirven de barrera de protección (Ej. Lisosomas,
glicocálix de los enterocitos).
45H. Lezama
46H. Lezama
47H. Lezama
48H. Lezama
Grupo sanguíneo
ABO:
Son glicolípidos de
membrana los que
hacen la diferencia.
49H. Lezama
Funciones de la membrana
celular:
Compartimentalización.
Barreras selectivas permeables.
Transporte de solutos
Difusión simple.
Difusión facilitada.
Transporte activo.
50H. Lezama
Funciones de la membrana
celular:
Respuesta a señales externas: transducción
de señales.
Interacción celular.
Sitios para actividades bioquímicas.
Transducción de energía.
51H. Lezama
1. Transporte pasivo: ósmosis,
difusión simple y difusión facilitada.
2. Transporte activo: bomba iónica,
endocitosis y exocitosis.
3. Fagocitosis y pinocitosis.
Transporte celular:
52H. Lezama
Transporte pasivo:
ósmosis,
difusión simple y
difusión facilitada.
53H. Lezama
En la difusión simple:
No interviene ninguna proteína
transportadora.
La dirección del transporte es a
favor de la gradiente de
concentración.
Es un proceso no selectivo.
No se utiliza energía del ATP.
54H. Lezama
Pequeñas moléculas hidrofóbicas:
O2 CO2 N2 benceno
Pequeñas moléculas polares no cargadas:
H2O etanol glicerol
Difusión
simple
55H. Lezama
Difusión facilitada
56H. Lezama
Difusión facilitada
La dirección del transporte es a favor de la gradiente electroquímica.
No utiliza energía del ATP.
Interviene una proteína de membrana:
1. Proteína transportadora (carriers).
2. Proteína canal: canales iónicos, aquaporinas, porinas.
Es un proceso selectivo.
57H. Lezama
Moléculas grandes
polares no
cargadas
Iones
Moléculas
pequeñas polares
no cargadas
Moléculas
pequeñas
hidrofóbicas
Bicapa
lipídica
sintética
Requieren
proteínas
transportadoras
58H. Lezama
El agua y la urea que pueden
difundir a través de las bicapas
fosfolipídicas puras aceleran su
transporte mediante proteínas
transportadoras.
59H. Lezama
Transportadores (carriers)
Uniporte Simporte Antiporte
Citosol
Líquido
extracelular
Transporte acoplado
Cotransporte
60H. Lezama
Difusión facilitada
2.Proteína canal• Canales iónicos
• Aquaporinas
• Porinas
61H. Lezama
CANALES IONICOS
El transporte es extremadamente rápido.
Más de un millón de iones por segundopuede fluir a través de ellos (107-108
iones/sg).
Es una velocidad de flujo aproximadamente 1000 veces mayor que una proteína transportadora (carrier).
Difusión facilitada
Proteínas canal
62H. Lezama
CANALES IONICOS Son altamente selectivos debido al estrecho
poro del canal que restringe el paso sólo a iones de carga y tamaño específico.
Se abren en respuesta a estímulos específicos.
No se encuentran permanentemente abiertos.
No utilizan energía del ATP.
Difusión facilitada
Proteínas canal
63H. Lezama
CANALES IONICOS1. REGULADOS POR LIGANDO: Se abren en respuesta a la unión con
neurotransmisores u otras moléculas señal.
2. REGULADOS POR VOLTAJE (Voltaje-gated ion channel):
Se abren en respuesta a variaciones en el potencial eléctrico a través de la membrana celular.
Difusión facilitada
Proteínas canal
64H. Lezama
65H. Lezama
66H. Lezama
Transporte activo:
bombas iónicas.
endocitosis.
exocitosis.
67H. Lezama
1. El flujo neto de las moléculas por difusión facilitada, por proteínas transportadoras y canales iónicos siempre es energéticamente favorable al gradiente electroquímico.
2. La célula requiere transportar moléculas contra gradiente para mantener su medio interno.
3. Utiliza la energía liberada por hidrólisis del ATP
acoplada a BOMBAS IONICAS.
TRANSPORTE ACTIVO
68H. Lezama
69H. Lezama
Bombas iónicas ATPasa de Na+/K+
Membrana celular.
ATPasa de Ca++
Membrana del retículo sarcoplásmático (músculo).
Membrana del retículo endoplásmático liso.
Membrana celular.
ATPasa de H+
Membrana lisosomal.
Endosomas.
Vacuolas vegetales.
TRANSPORTE ACTIVO
70H. Lezama
71H. Lezama
Endocitosis. El material que se va a introducir
es rodeado por una porción de membrana plasmática.
Esta porción luego se invagina para formar una vesícula que contiene el material ingerido.
Participa el citoesqueleto de la célula.
Hay gasto de ATP.
TRANSPORTE ACTIVO
72H. Lezama
Endocitosis- tipos:
1. Fagocitosis
2. Pinocitosis
3. Endocitosis mediada por receptor
TRANSPORTE ACTIVO
73H. Lezama
Rizo
MacropinosomaFagosoma
Receptosoma
Endocitosis
mediada por
receptor
Hoyo
cubierto
por
clatrina
PinocitosisFagocitosis
74H. Lezama
75H. Lezama
76H. Lezama
Endocitosis
Pinocitosis:
Las células pueden ingresar fluidos mediante este mecanismo.
Se forma una proyección de la membrana conocida como “rizo” incorporando un volumen de líquido extracelular.
La proyección de membrana se fusiona con la membrana celular.
TRANSPORTE ACTIVO
77H. Lezama
Endocitosis.
Pinocitosis:
Se forma la vesícula pinocítica.
Diámetro 0,15 - 5,0 m.
Es un proceso común entre las células eucariotes.
TRANSPORTE ACTIVO
78H. Lezama
TRANSPORTE ACTIVO
Endocitosis Mediada por receptor
79H. Lezama
Exocitosis
Mecanismo opuesto a la endocitosis.
Una vesícula exocítica se fusiona con la membrana celular.
Se libera el contenido al extracelular.
La membrana de la vesícula es incorporada a la membrana celular.
Participa en este proceso el citoesqueleto.
Se requiere energía del ATP.
TRANSPORTE ACTIVO
80H. Lezama
81H. Lezama
Transcitosis:Una molécula puede ser
transportada a través de
una célula sin sufrir
mayores modificaciones y
liberada al extracelular.
TRANSPORTE ACTIVO
82H. Lezama
Transporte a través de membrana celular
83H. Lezama