Biología Celular: Anatomía, funciones y procesos celulares

Biología Celular: Anatomía y Funciones

BIOLOGÍA: MÓDULO I 0 (2ª parte) Biología Celular: Anatomía célular Funciones y procesos celularesEstructura de los contenidos Biología Celular Composición química Estructura celular Funciónes y procesos celulares citoplasma nucleo membrana División celular Comunicación celular Transporte Metabolismo Expresión génica Adhesion celular Recepción de señales respiración celular fotosíntesis Replicación Transcripción Traducción

Objetivos de Aprendizaje en Biología Celular

• Estudiar la estructura y funciones de la membrana celular.
• Conocer los tipos de adhesión celular.
• Entender los diferentes tipos de transporte celular.
• Osmosis
• Transporte pasivo (difusión simple y difusión facilitada)
• Transporte activo (primario y secundario)
• Mediado por vesículas
• Entender los diferentes pasos de la comunicación celular.
• Transmisión-recepción de señales
• Transducción
• Respuesta celular

Estructura y Función de las Membranas

Funciones de la Membrana Celular

• Estructura que delimita la célula separandola del medio externo.
• Las membranas dividen la celula eucariota en compartimentos (orgánulos)
• Permite a las células mantener el ambiente interno constante (homeostasis).
• La membrana actua como barrera semipermeable que permite el paso selectivo de moléculas, tanto hacia dentro como fuera de la celula, manteniendo el medio intracelular estable y diferenciado de su entorno. (Transporte celular)
• La membrana participa en procesos de reconocimiento celular y permiten la interacción entre celulas vecinas (Comunicación celular).
• Regula la inteaccion entre la célula, su medio externo y las celulas vecinas.
• Función estructural, permitiendo la unión entre células.
• Sirven como superficie para reacciones químicas

Composición y Estructura de las Membranas

Las membranas son dinámicas y están en constante formación, transformación, fusión, y rotura. Los fragmentos de la membrana se mueven, en forma de vesículas, desde el retículo endoplasmático (ER) hasta al aparato de Golgi, y desde el aparato de Golgi hasta la membrana plasmática. Nucleus Inside of cell Rough endoplasmic reticulum cis region Lysosome Golgi apparatus trans region Smooth endoplasmic reticulum Endocytosis Exocytosis Plasma membrane Outside of cell LIFE 8e, Figure 5.5 LIFE: THE SCIENCE OF BIOLOGY, Eighth Edition @ 2007 Sinauer Associates, Inc. and W. H. Freeman & Co.

Modelo de Mosaico Fluido

• La membrana esta constituida por una doble capa de lípidos, principalmente fosfolipidos, que tiene asociadas proteinas mediante enlaces no covalentes otorgando gran fluidez a la membrana.
• Las proteinas regulan la mayoría de procesos que tienen lugar en la membrana
• El centro de la bicapa es hidrofobo, mientras que las superfcies son hidrófilas.
• Otro lípido, colesterol, se fija a los fosfolipidos, inmovilizandolos (25%).
• Disminuye la fluidez y da estabilidad.

Bicapa lipídica Fosfolípido (Fosfatidilcolina) Cabeza hidrofilica Cola hidrofóbica CH3 0 - H3C- Nº -CH2-CH2-O-P -O-CH2 CH o OHHHH I I-U- H-C-H I-C-H I-C-H I H HHH Cabe O HHHH I I H H H H H H H2 C-O-C -C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-H Esqueleto HHHHHHHH HHHHHHHH de Glicerol Cadenas de Acidos Grasos Bicapa Lipidica illic, Cabeza Hidrofobica -C-C-C-C-C-C-H HHHHH I-O-I I-U-I HHHHHH Cabeza grupo Polar Fosfato HC-O-C -C-C-C-C-C-C- *Modelo propuesto por Singer y Nicholson en 1972.

Dinámicas en la Membrana

• La membrana no es una estructura rigida, sino altamente dinámica:
• Los lipidos pueden moverse lateralmente, rotar sobre si mismos, cambiar de capa
• Se fusionan con otras membranas provenientes de los organelos celulares.
• Forman vesiculas en cuyo interior se situan macromolecules.
• Pueden cambiar su forma para adaptarse a condiciones del medio.

MOVIMIENTO DE FOSFOLÍPIDOS ROTACIÓN TRASLACIÓN FLIPFLOP FLEXION

Video: Membrana

Membrana Plasmática

• Esta constituida por
• lipidos,
• proteinas
• carbohidratos (pocos) glicolipido glicoproteina Hidroifilica superficie externa de la membrana Hidrofóbca bicapa de fosfolípidos Hidroifilica proteínas superficie Interna de la membrana Célula colesterol filamentos del citoesqueleto

Proteínas de Membrana

• Las membranas plasmáticas tienen 1 molécula de proteína por cada 25 molécules de lípidos. Esta relación varía según la función de la célula.
• Una cuarta parte de los genes de codificación de proteínas en el genoma eucariota codifican proteínas de membrana.
• Proteínas periféricas: No penetran en la bicapa. UNIDAS A LOS LÍPIDOS ADHERIDAS A PROTEÍNAS NH2 CITOSOL COOH
• Proteínas integrales: Penetran la bicapa (un final hidrófilo sobresale) TRANSMEMBRANA ASOCIADAS CON LA MONOCAPA S
• Dominios hidrófilos (agua)
• Dominios hidrofóbicos (ácidos grasos del interior de la bicapa lipídica)

Proteínas de la Membrana Celular

Se pueden clasifica en

• Proteinas periféricas: pueden estar unidas tanto a la superficie citoplasmatica como a la extracelular
• Proteinas integrales: Estan total o parcialmente embebidas en la bicapa lipidica.
• Proteinas transmembrana: Si la atraviesan completamente, presentando regiones hacia el medio intra y extracelular, que pueden tener propiedades diferentes .
• Carbohidratos que se unen a lipidos y proteinas dan lugar a glicolipidos y glicoproteinas.
• Forma una capa llamada sobre la membrana llamada glucocálix.
• Esta estructura participa en los procesos de:
• reconocimiento celular
• adhesión celular (glicoproteínas)

Glicoproteína Carboidrato Glicolipídeo Proteína globular Colesterol Proteína integral Proteína alfa-hélice Proteína de canal Proteína periférica

Balsas Lipídicas

LIPID RAFT glycosphingolipids cholesterol transmembrane proteins John Caneparo Zayra Delgado Ilenia Cazorla Evelyn Diaz Maria Datias

• Algunas proteínas de la membrana se pueden mover libremente dentro de la bicapa, mientras que otras están ancladas a una región específica (Balsa lipídica).
• Algunas pueden estar ancladas por elementos del citoesqueleto.

Funciones de las Proteínas de Membrana

• Las proteinas de la membrana plasmática actuan:
• Transportadores materia y de señales a traves de la membrana.
• Proteinas de unión entre dos celulas o entre el citoesqueleto y la matriz extracelular.
• Como receptores de señales extracelulares
• Como enzimas que catalizan reacciones asociadas a la membrana

Exterior celular Transporte Anclaje y conexión Receptores Enzimas Interior celular (citosol) Nucleus Inside of cell Rough endoplasmic reticulum cis region Lysosome Golgi apparatus trans region Smooth endoplasmic reticulum Endocytosis Exocytosis Plasma membrane Outside of cell LIFE 8e, Figure 5.5 LIFE: THE SCIENCE OF BIOLOGY, Eighth Edition @ 2007 Sinauer Associates, Inc. and W. H. Freeman & Co.

Adhesión Celular

Anclaje y Conexión Celular

Matriz Extracelular

• Puede tener diferentes consistencias:
• Líquida en la sangre formando parte del plasma sanguineo
• Rígida en los huesos debido a la acumulacion de fosfato de calcio
• Blanda en tejido conectivo (o conjuntivo)

Principales funciones:

• Proteger las células que rodea
• Mantener las células unidas y facilitar la formación de tejidos
• Proporcionar un sustrato para la migración celular
• Activar o inhibir procesos de señalización intracelular (reserva de hormonas que controlar la proliferación y diferenciación celular).
• Anomalías en la matriz:
• Pueden provocar malformaciones en el embrión.
• En el cáncer, la matriz extracelular juega un papel muy importante ya que es fuente de estímulos (inflamación, tóxicos, desnutrición ... ) que pueden permitir a la célula evadir el sistema inmune y generar metástasis

Composición de la Matriz Extracelular

Conjunto de proteinas y polisacaridos secretados por las celulas animales para mantener las celulas unidas en los tejidos y generando un ambiente intercelular que otorga protección y firmeza.

• Proteinas fibrosas:
• Colageno: proporciona resistencia, estructura y consistencia a la matriz
• Elastina: proporciona elasticidad a la matriz
• Proteoglícanos: forman un gel altamente hidratado, donde están los otros componentes de la matriz extracelular. resistencia ante compresion las celulas mueden moverse y migrar a través el gel permite filtración selectiva de moléculas
• Proteinas de adhesion:
• Fibronectina: facilita la adhesion entre células y células y fibras de colageno.
• Laminina

Complejo del proteoglicano Carbohidratos Proteína Fibra de colágeno Polisacárido Fibronectina Membrana plasmática Integrina Microfilamentos del citoesqueleto Integrinas: proteinas que participan en la interacción entre la matriz y el citoesqueleto

Interacción Matriz Celular-Citoesqueleto

• Integrinas son proteinas integrales de membrana que se fijan directamente a componentes de la matriz extracelular y del citoesqueleto.
• Hay dos tipos de unión:
• Hemidemosomas: la integrina interactúa con fibras de queratina del citoesqueleto y laminina de la matriz extracelular.
• Focales: la integrina interactúa con filamentos de actina del citoplasma y fibronectina de la matriz extracelular.

Medio intracelular Medio intracelular Integrinas Matriz extracelular Fibra de colágeno Proteinas de adhesión Proteoglucanos

Adhesión Celular General

El cuerpo humano contienen unos 60 billones de cèl·lules, dispuestas en diferentes tejidos como los músculos, la piel o los nervios. Tejido conectivo Tejido epitelial Tejido muscular Tejido nervioso Las células se organizan en grupos para dos procesos que implican a la membrna celular:

1. Reconocimiento celular: Una célula se une específicamente a otra célula de un determinado tipos.
2. Adhesión celular: La relación entre las dos células se "cimienta".

Tipos de Adhesión Celular

• En plantas y hongos:
• plasmodermos canales que atraviesan la membrana y la pared celular.

Célula 2 Desmotúbulo > Plasmodesmos Retículo endoplasmático Membrana plasmática - Paredes celulares Lámina media Célula 1

• En animales:
• Uniones estrechas (Thight junction): impiden el paso de sales y moléculas hidrosolubles a través de la matriz extracelular. Epitelios de cavidades como estomago.
• Uniones en hendidura (Gap junction): permite el intercambio de pequeñas moleculas e iones, a traves de la proteina conexina (2nm). En neuronas y músculos.
• Uniones de anclaje: unen el citoesqueleto de las celulas adyacentes a traves de desmosomas. Dejan espacio en la matriz extracelular entre células adyacentes. Piel, vasos sanguineos ...

Unión estrecha u ocluyente Desmosoma Membrana Unión en hendidura o comunicante Conexón-