Transporte de Partículas a

través de la Membrana

Membrana Plasmática

• La membrana plasmática que rodea a todas

las células las separa físicamente del

ambiente externo y las define como entidad

separada, además de ayudar a mantener un separada, además de ayudar a mantener un

ambiente interno favorable para la vida al

regular el paso de materiales hacia dentro y

fuera de la célula. Muchos biólogos

consideran que la aparición de

membranas fue un paso importante en el

orígen de la vida.

Membrana Plasmática cont.

• Los estudios a nivel de biología celular

han demostrado que las membranas

son estructuras dinámicas y complejas, son estructuras dinámicas y complejas,

hechas de proteínas y lípidos en

contínuo movimiento.

Membrana Plasmática cont.

• Las membranas incluyen entre sus

funciones; además de aislar y proteger

la célula, el participar en reacciones la célula, el participar en reacciones

químicas, transmitir señales e

información entre el exterior e interior

celular y actuar como parte

indispensable de sistemas de

transferencia y almacenaje de energía.

Membrana Plasmática cont.

• Entre las proteínas presentes en las

membranas tenemos enzímas,

proteínas de transporte de materiales e proteínas de transporte de materiales e

información y otras con funciones

estructurales de unir células para

formar tejidos.

Fosfolípidos en la Membrana

• Los fosfolípidos son el factor primordial

en determinar las propiedades físicas

de las membranas biológicas. Esto se de las membranas biológicas. Esto se

debe a su característica de formar

estructuras con dos estratos “bicapas”.

En un extremo la parte hidrofóbica de

una grasa neutra y en otro la polaridad

hidrofílica de un grupo fosfato. A este

tipo de molécula se le llama anfipática.

Fosfolípidos en la Membrana

cont.• Las propiedades anfipáticas de los

fosfolípidos pueden atribuirse a dos factores

principales:

• Presencia de dos regiones de marcada • Presencia de dos regiones de marcada

diferencia con respecto al agua: hidrofóbica e

hidrofílica

• Forma cilíndrica de la estructura molecular

del lípido facilita asumir la forma de bicapa al

entrar en contacto con el agua.

Fosfolípidos en la membrana

Modelo del Mosaico Fluido

• Propuesto en 1972 por Singer y Nicholson. Propone una membrana consistente en una bicapa fluida de moléculas de lípidos con las proteínas moléculas de lípidos con las proteínas insertadas de forma similar a las piezas de un mosaico. El patrón del mosaico no es estático pues las proteínas cambian de posición contínuamente moviéndose como témpanos de hielo en un mar de fosfolípidos.

Modelo del Mosaico Fluido

cont.

• Este modelo ha dado gran impulso a la

investigación, ha sido probado en

repetidas ocasiones y permite hacer repetidas ocasiones y permite hacer

predicciones sobre las propiedades de

muchos tipos de membranas.

¿Puede usted identificar las partes representadas en la imagen?

Otras propiedades de las

Membranas

• Las bicapas lipídicas tienden a resistir

la formación de extremos libres, lo cual

facilita el autosellado; en la mayoría de

las condiciones, se redondean y forman las condiciones, se redondean y forman

vesículas cerradas de manera

espontánea. Esto permite el

funcionamiento de procesos que

mueven materiales en el interior de la

célula o de adentro hacia afuera y

viceversa.

Proteínas en la Membrana

• Se ha descubierto que las proteínas de la membrana funcionan de diversas maneras entre las que podemos señalar: puntos de anclaje para elementos del citoesqueleto, forman elementos del citoesqueleto, forman conductos o canales que permiten el paso selectivo de iones o moléculas, bombean solutos a través de la membrana, catalizan reacciones que ocurren en el interior o sobre la membrana.

Proteínas en la Membrana

cont.

• participan en el reconocimiento celular,

(sistema de defensa y comunicación

celular), ayudan a transmitir información celular), ayudan a transmitir información

llevada por otras moléculas como las

hormonas.

Permeabilidad Selectiva

• El paso de un material a través de una

membrana está determinado por una

serie de factores como el tamaño de la serie de factores como el tamaño de la

partícula, su carga y la composición o

tipo de membrana. Si un material cruza

la membrana, decimos que ésta es

permeable a dicho material, en el caso

contrario, decimos que es impermeable.

Permeabilidad Selectiva cont.

• Una membrana con permeabilidad

selectiva (o semipermeable) permite el

paso de solo ciertas sustancias. En paso de solo ciertas sustancias. En

general, las membranas biológicas son

más permeables a moléculas pequeñas

y a sustancias liposolubles capaces de

cruzar el interior hidrofobo de la bicapa.

Permeabilidad Selectiva cont.

• Aunque las moléculas de agua no son

liposolubles, pueden cruzar las

membranas por su pequeño tamaño, el

cual les permite pasar por los huecos cual les permite pasar por los huecos

que se forman cuando la cadena de

ácido graso se desplaza de forma

momentánea. Otros materiales que

pasan con facilidad son: gases como

oxígeno, dióxido de carbono y

nitrógeno.

Permeabilidad Selectiva cont.

• Moléculas polares pequeñas como el

glicerol, y sustancias no polares de

mayor tamaño (hidrofóbas), como mayor tamaño (hidrofóbas), como

algunos hidrocarburos tambien son

favorecidas al cruzar membranas.

Algunas moléculas polares de mayor

tamaño como la glucosa, así como

iones de cualquier tamaño cruzan la

bicapa con lentitud.

Mecanismos pasivos: Difusión

• Proceso físico basado en el movimiento

al azar de las partículas. Cuando las

partículas no están distribuidas de partículas no están distribuidas de

manera uniforme, podemos tener

regiones con alta concentración y baja

concentración. A esta diferencia de

concentración de una sustancia entre

un lugar y otro se le denomina un

gradiente de concentración.

Difusión cont.

• En el fenómeno de difusión, el movimiento

aleatorio de partículas da por resultado su

movimiento neto de la región de alta

concentración a la de baja concentración. La concentración a la de baja concentración. La

difusión puede ocurrir con rapidez en

distancias muy cortas. La velocidad de

difusión depende del movimiento de las

partículas, lo que a su vez está condicionado

por su tamaño y forma, sus cargas eléctricas,

y la temperatura.

Difusión cont.

• Al aumentar la temperatura, las partículas se

mueven con más rapidez aumentando la

velocidad de difusión. Las partículas de

sustancias distintas en una mezcla se sustancias distintas en una mezcla se

difunden de forma independiente una de otra.

Finalmente cuando no hay movimiento neto

de partículas en el sistema se dice que el

mismo está en equilibrio y las partículas se

han distribuido de manera uniforme.

Mecanismos pasivos:

Osmosis• Osmosis implica el movimiento de moléculas de solvente (agua) a través de una membrana semipermeable. Las moléculas de agua pueden cruzar dicha moléculas de agua pueden cruzar dicha membrana libremente en ambas direcciones, pero al igual que en todos los tipos de difusión, el movimiento neto es de una región de mayor concentración a una de menor concentración.

Osmosis cont.

• Se define la presión osmótica de una solución como la tendencia del agua a moverse hacia dicha solución como resultado de la osmosis. A nivel celular resultado de la osmosis. A nivel celular cuando una célula se coloca en un medio con una presión osmótica similar al del interior de la célula, se dice que la misma está en un medio isotónico o isoosmótico (igual presión).

Osmosis cont.

• Una solución con 0.9% de cloruro de sodio se considera una solución fisiológica salina normal. Si el líquido que circunda a la célula posee una que circunda a la célula posee una concentración de sustancias disueltas mayor que la correspondiente al interior de la célula, se dice que tiene presión osmótica mayor que ésta y que es hipertónico o hiperosmótico respecto a la misma.

Osmosis cont.

• Dado que la solución hipertónica tiene

menor concentración efectiva de agua,

una célula colocada en ella se contrae una célula colocada en ella se contrae

al perder agua por osmosis. Si una

célula provista de pared es sumergida

en una solución hipertónica, pierde

agua, su contenido se contrae y la

membrana plasmática se separa de la

pared celular (plasmólisis).

Osmosis cont.

• Cuando el líquido circundante a la

célula tiene concentración de materiales

disueltos menor que la célula, también disueltos menor que la célula, también

posee presión osmótica menor y se

dice que es hipotónico o

hipoosmótico respecto de la célula.

Mecanismos Activos: Transporte

Activo

• En ocasiones, la célula necesita mover

materiales en contra del gradiente de

concentración. Este tipo de transporte concentración. Este tipo de transporte

debe ser acoplado a una fuente de

energía (ATP). Uno de los ejemplos

más comunes del mecanismo de

transporte activo es la bomba de sodio

y potasio el cual existe en casi todas

las células animales.

Transporte Activo cont.

• El trabajo es realizado por proteínas

especiales llamadas transmembranosas

que utilizan la energía almacenada en que utilizan la energía almacenada en

el ATP para expulsar del interior de la

célula 3 iones de sodio (Na+) e

introducir a la misma 2 iones de potasio

(K+).

Transporte Activo cont.

• El resultado es la creación de un

gradiente electroquímico que puede ser

utilizado para transportar otros utilizado para transportar otros

materiales hacia adentro o fuera de la

célula. Un mecanismo similar es el que

se utiliza para la transmisión de los

impulsos nerviosos.

Mecanismos Activos: Endocitosis

• En la endocitosis, la célula lleva

materiales a su interior. Son diversos,

los tipos de mecanismos endocitóticos

que operan en los sistemas biológicos: que operan en los sistemas biológicos:

fagocitosis, pinocitosis y endocitosis

mediada por receptores.

• Fagocitosis significa literalmente

“ingestión de células”, la célula engulle

partículas sólidas grandes, como

bacterias o alimentos.

Fagocitosis cont.

• Este mecanismo es utilizado por ciertos protistos y diversos tipos de glóbulos blancos en vertebrados para ingerir partículas, algunas de las cuales pueden ser bacterias algunas de las cuales pueden ser bacterias completas. El proceso consiste en que la membrana plasmática se pliega alrededor de la partícula a ser ingerida hasta formar una especie de saco alrededor. Una vez rodeada la partícula, ésta queda como una vacuola en el interior de la célula, la cual se fusiona con lisosomas para digerir el material.

Pinocitosis

• También llamada bebida “celular”.

Pliegues de la membrana plasmática

atrapan microgotas de líquido y se

desprenden en el citoplasma a manera desprenden en el citoplasma a manera

de diminutas vesículas. Luego, el

contenido líquido de éstas se transfiere

directamente al citosol y las vesículas

se vuelven más pequeñas al punto de

desaparecer.

Endocitosis mediada por

receptores

• En este proceso moléculas específicas

se combinan con proteínas receptoras

incluidas en la membrana plasmática. incluidas en la membrana plasmática.

Una molécula que se une de manera

específica a un receptor se denomina

ligando.

Endocitosis mediada por

receptores cont.

• Las proteínas en la membrana capturan

al ligando y lo retienen hasta que ocurre

la endocitosis. Las células animales la endocitosis. Las células animales

captan el colesterol sanguíneo (LDL)

mediante endocitosis mediada por

receptores

Mecanismos Activos:

Exocitosis

• En exocitosis, una célula expulsa

productos de desecho u secreciones

específicas, como las hormonas,

mediante la fusión de una vesícula con

la membrana plasmática. El proceso la membrana plasmática. El proceso

sigue un mecanismo similar a

endocitosis a la inversa. Este es

también el mecanismo primario por el

que crecen las membranas

plasmáticas.