Tamaño celular: ¿por qué las células son pequeñas y sus funciones?

TAMAÑO CELULAR

¿Porque son pequeñas las células? El ÁREA SUPERFICIAL DE UNA CÉLULA debe ser SUFICIENTEMENTE GRANDE CON RESPECTO A SU VOLUMEN como PARA PERMITIR EL ADECUADO INTERCAMBIO DE MATERIALES CON EL ENTORNO. ADEMÁS .... Si el volumen celular es lo suficientemente pequeño las moléculas que participan del metabolismo pueden llegar de una parte a otra de la célula en un tiempo menor.El área superficial de una célula debe ser suficientemente grande con respecto a su volumen como para permitir el adecuado intercambio de materiales con el entorno: ¡SUCEDE EN CÉLULAS PEQUEÑAS!

Relaciones entre el área superficial y el volumen

r r r distancia al centro (r) 1.0 2.0 4.0 área superficia (4Tr2) 12.6 50.3 201.1 volumen (4/3 xr3) 4.2 33.5 268.1 área/volumen 3.0 1.5 0.75 A medida que aumenta el tamaño de la esfera, su volumen se incrementa mucho más que su área superficial. Así, una célula esférica grande tiene un área superficial relativamente menor por la cual obtener nutrimentos y eliminar los desechos. Como resultado, las células aproximadamente esféricas son muy pequeñas.

Forma celular

Diferentes formas celulares

Redondeada Elíptica Fusiforme Estrellada Prismática Aplanada

LÍMITES CELULARES

MEMBRANA, PRESENTE EN TODAS LAS CÉLULAS

PERO .... LAS MEMBRANAS NO SON SIMPLES BARRERAS . Na+ 1 Barrera de permeabilidad y límite 2 Organización y localización de la función U Núcleo Na+ K+ 3 Procesos de transporte 5 Comunicación intercelular Nutrientes 4 Detección de señales Extraído de "El mundo de la célula", Wayne M. Becker Lewis J. Kleinsmith, Jeff Hardin

Funciones de las membranas

Las membranas no son simples barreras sino que: Definen la extensión de la célula y establecen sus límites (individualidad). _ Forman barreras selectivamente permeables, _ regulando el intercambio de sustancias entre el exterior y el interior celular. Controlan la interacción entre células o con la matriz extracelular. _ Intervienen en las respuestas a señales externas - a través de los receptores. Le confieren a las células identidad a través de los glucolípidos o glucoproteínas. _

COMPOSICIÓN DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS

Todas las membranas biológicas de los seres vivos, tanto la membrana plasmática, como las de las organelas, están formadas por: · Lípidos o Proteínas o Glúcidos (Hidratos de Carbono)

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA MEMBRANA CELULAR

COMPOSICIÓN MEMBRANA CELULAR PROTEÍNAS 60% LÍPIDOS 40% HIDRATOS DE CARBONO (Glicocálix) Integrales Periféricas Anclaje Fosfolípidos Colesterol Clicolípidos Glicoproteínas

ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA

Modelo de mosaico fluido

Región hidrófila de la proteína Región hidrófoba de la proteína Bicapa de fosfolípidos Proteína periférica Proteína integral (transmembrana) Modelo de mosaico fluido. Según este modelo, una membrana celular es una bicapa de lípidos fluida y proteínas asociadas, que cambian constantemente el"patrón de mosaico".

MET de la membrana plasmática de un eritrocito de mamíferos

Interior de la célula Membrana plasmática O mikron/Photo Researchers, Inc. + Exterior de la célula 0.1 pm La membrana plasmática separa el citosol (región más oscura) del ambiente externo (región más clara). Las cabezas hidrófilas de los fosfolípidos son las lineas oscuras paralelas, y las colas hidrófobas son la zona clara entre ellos.

Estructura detallada de la membrana plasmática

Cadenas de carbohidratos Glicoproteína Cadena de carbohidratos Fluido extracelular Hidrófobo Hidrófilo Glicolípidos Colas hidrófobas Colesterol Hélice a Hidrófilo Proteínas integrales Proteína periférica Citosol

MODELO DEL MOSAICO FLUIDO

O Las membranas son "disoluciones bidimensionales de lípidos y proteínas", que se hallan dispuestos en mosaico. o Una de las principales características de las membranas biológicas es su ALTO GRADO DE FLUIDEZ. Esto implica que sus lípidos y proteínas pueden desplazarse. O Son como un mosaico fluido en el que la bicapa lipídica es la red cementante y las proteínas embebidas en ella (semejan adoquines), interaccionando unas con otras y con los lípidos. O Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución de los lípidos y fundamentalmente de LOS GLÚCIDOS, QUE SÓLO SE ENCUENTRAN EN LA CARA EXTERNA.

MODELO DE MOSAICO FLUIDO (Singer y Nicholson, 1972)

Singer y Nicholson lo propusieron en 1972 Bicapa fosfolipidica (5nm) Fosfolipido Proteína

MEMBRANA PLASMÁTICA: LÍPIDOS

· FOSFOLÍPIDOS o COLESTEROL Todos poseen una característica en común: SON MOLÉCULAS ANFIPÁTICAS. Esto significa que sus moléculas CONTIENEN UNA ZONA HIDROFILICA O POLAR Y UNA HIDROFÓBICA O NO POLAR. ESPACIO EXTRACELULAR fosfolípidos colesterol ஜீ MEMBRANA fosfolípidos fosfolípidos CITOSOL

LÍPIDOS DE MEMBRANA: FOSFOLÍPIDOS

· DETERMINAN LA ESTRUCTURA BÁSICA Y LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LAS MEMBRANAS. ·Debido a su carácter anfipático, los fosfolípidos, en un medio acuoso se organizan espontáneamente conformando la denominada bicapa lipídica. ·Las cabezas polares están orientadas hacia el medio acuoso (intra y extracelular) y las colas hidrofóbicas hacia el medio lipídico, es decir, al interior de la bicapa, constituyendo el interior de la membrana. .A su vez, estas bicapas tienden a cerrarse espontaneamente sobre sí mismas formando vesículas, es decir, compartimientos cerrados en toda su extensión tridimensional, similares a una esfera. Cabeza polar hidrofílica (grupo fosfato + R) H2O H2O colas hidrofóficas (ácidos grasos)

Estructuras que pueden formar los fosfolípidos

Cabeza polar (hidrofílica) Cola no polar (hidrofóbica) Colas Bicapa fosfolipidica Micela 1 Liposoma + Las cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos que forman parte los fosfolípidos (tambien denominadas "colas" o grupos acilo), pueden presentarse: saturados (sin dobles enlaces), monoinsaturados (con un único doble enlace) o poliinsaturados (más de un doble enlace)

FOSFOLÍPIDOS: Saturabilidad e Insaturabilidad de sus ácidos grasos

Fluido Viscoso (menos fluido) Colas hidrocarbonadas insaturadas Colas hidrocarbonadas saturadas La presencia de ACIDOS GRASOS INSATURADOS AUMENTA LA FLUIDEZ DE LA MEMBRANA, debido al "quiebre" de las colas a la altura de los dobles enlaces. Esto impide, o al menos dificulta, que las colas hidrocarbonadas se compacten, restringiendo así las interacciones entre ellas.

MOVIMIENTOS DE LOS LÍPIDOS

Movimiento lateral y flip-flop

Movimiento lateral (frecuente) Flip-flop (raro) .traslación (o difusión lateral) sobre el plano de la membrana. ·flip-flop: es el intercambio de fosfolípidos de una monocapa (o hemimembrana) a la otra; está sumamente restringido, debido a la dificultad que posee la cabeza polar para atravesar el medio hidrofóbico de la matriz de la membrana. De allí que no sea un movimiento que ocurra de manera espontánea sino que está mediado por enzimas denominadas flipasas.

Rotación y flexión de lípidos

rotación 3/ flexión difusión lateral .rotación (sobre su propio eje): sobre la misma hemimembrana de la bicapa lipídica. .flexión: son los movimientos producidos por las colas hidrofobas de los fosfolípidos.

LÍPIDOS DE MEMBRANA: COLESTEROL

O El colesterol es un esteroide que se encuentra en un alto porcentaje en la membrana plasmática de las células animales. O Al ser también una molécula anfipática, presenta una orientación similar a la de los fosfolípidos: el grupo hidroxilo (polar) se orienta hacia el exterior de la bicapa y el sector hidrofóbico hacia el interior de la misma. colesterol La parte polar (h) del lipido anfipático se dispone hacia el medio acuoso y la apolar (I) hacia el interior de la membrana h fosfolipido

Funciones del colesterol

o Inmoviliza los primeros carbonos de las cadenas hidrocarbonadas. Esto hace a la membrana menos deformable y menos fluida, es decir, la estabiliza. Sin colesterol, la membrana necesitaría de una pared celular que le otorgue contención mecánica. O A altas temperaturas estabiliza las membranas restringiendo el movimiento. o Previene el compactamiento de las cadenas hidrocarbonadas a bajas temperaturas, ya que evita que las colas se junten, aumenten las interacciones débiles entre las mismas y se "cristalicen" (adopten una estructura muy compacta).

FLUIDEZ DE LA MEMBRANA

Factores que favorecen la viscosidad y la fluidez

Factores que favorecen la viscosidad Factores que favorecen la fluidez . Alto grado de saturación y mayor longitud de las colas hidrocarbonadas. · Menor temperatura del medio · Alto de grado de insaturación y menor longitud de las colas hidrocarbonadas. · Mayor temperatura del medio

Importancia biológica de la fluidez

· El transporte a través de las membranas. · La actividad enzimática.

ASIMETRÍA DE MEMBRANA

En ambas caras de la bicapa (también denominadas hemimembranas o monocapas) no se encuentran los mismos tipos de fosfolípidos. Si bien estos en su mayoría se sintetizan en la cara citosólica del retículo endoplasmático liso, luego, por medio de movimientos del tipo flip-flop (únicamente permitidos en el REL, gracias a la presencia de flipasas), se van ubicando del lado de la bicapa que les corresponda.

HIDRATOS DE CARBONO DE MEMBRANA

o Se sitúan EN LA SUPERFICIE EXTERNA DE LAS CÉLULAS. O Son en su mayoría, OLIGOSACÁRIDOS. O Unidos a los lípidos: glucolípidos. O Unidos a las proteínas: glucoproteínas. O Son importantes para mantener la adhesión entre las células y tejidos y pueden contribuir a la comunicación y reconocimiento entre células. Glucoproteína Hélice alfa de la proteína Glicolípido Oligosacárido Proteína globular Fosfolipido Segmento hidrófobo de la hélice alfa de la proteína Colesterol

GLUCOCALIX

Formado por OLIGOSACÁRIDOS unidos a lípidos y a proteínas

Los hidratos de carbono de los glucolípidos y las glucoproteínas, forman una estructura llamada GLUCOCALIX. El GLUCOCALIX: protege la superficie celular contra la interacción de otras proteínas extrañas o lesiones físicas o químicas; juega un papel en el RECONOCIMIENTO CELULAR, y en los procesos de rechazos de injertos y transplantes y tambien es particularmente importante durante el desarrollo embrionario; presenta propiedades inmunitarias, por ejemplo los glúcidos del glucocálix de los glóbulos rojos representan los antígenos propios de los grupos sanguíneos del sistema sanguineo ABO; interviene en los procesos de adhesión entre óvulo y espermatozoide. GLUCO O GLICOCÁLIX MICROVELLOSIDADES CÉLULAS Microfotografía electrónica de un glicocalix de epitelio intestinal