La membrana plasmática y el transporte molecular en Cem Hipatia

La membrana plasmática y el transporte

Laura Brox Aragón CEM HIPATIA - 2° BACHILLERATO (LOWLOE)BLOQUE III. BIOLOGIA CELULAR

• Tema 3.1. La célula, estructura y observación
• Tema 3.2. La membrana plasmática y el transporte
• Tema 3.3. El núcleo y la reproducción celular

TEMA 3.2. LA MEMBRANA PLASMÁTICA Y EL TRANSPORTE

Punto de partida

LAS MEMBRANAS CELULARES forman

Membrana plasmática Orgánulos celulares tiene estas caracteristicas que son

Composición Estructura Funciones Diferenciaciones

RER formada por de son como

Uniones comunicantes

REL . Uniones estrechas . Uniones adherentes

Aparato de Golgi o desmosomas

Mosaico fluido

Puente con el medio extracelular

Mitocondrias

Lipidos

Lisosomas, peroxisomas y vacuolas

• Fosfolipidos como . Esfingolipidos · Esteroles

Transporte Proteinas puede ser

• Intrinsecas o integrales

Activo que se clasifican en

• Extrinsecas o periféricas

Pasivo

Glúcidos que forman el

Glicolipidos

Glicocalix compuesto por

Glicoproteinas

Plastos

Reconocimiento

La célula como sistema de membranas

La compartimentación de la célula

£ La célula procariota posee un único compartimento, el citosol, limitado por na membrana celular. En el transcurso de la evolución, una invaginación de la membrana celular habría desencadenado una compartimentación superior de la célula ancestral (LUCA), dando lugar a una gran célula eucariota. Esta se caracteriza por la presencia de un verdadero núcleo y unos orgánulos limitados por membranas intracelulares.

Este conjunto de membranas limitantes del núcleo y de los orgánulos explica la compartimentación total de la célula, que permite la especialización funcional de los orgánulos. Es más, la asociación de los diferentes compartimentos es imprescindible para el funcionamiento integrado de toda la célula. En ellos se realizan simultáneamente variados y complejos procesos metabólicos mediante reacciones bioquímicas, que no podrían llevarse a cabo en el mismo espacio por ser incompatibles entre sí.

Sistemas internos de membrana

Formados por el retículo endoplasmático (liso y rugoso), que es la continuación de la envoltura nuclear, y el aparato de Golgi.

Orgánulos membranosos

Como el núcleo, las mitocondrias, los plastos (exclusivos de los vegetales), los peroxisomas, los lisosomas y las vacuolas.

La compartimentación de la célula precursora de la eucariota supuso un importe paso evolutivo. Teniendo en cuenta que cualquier célula eucariota tiene un tamaño entre 1000 y 10000 veces superior al de la célula procariota, la única forma de conseguir el aumento de tamaño pudo ser mediante el desarrollo de sistemas de membranas internos. La evolución de estos sistemas de membrana se logró de dos maneras diferentes.

• A partir de invaginaciones de la membrana celular. Así se podría justificar la existencia de la compleja red de comunicaciones que hay entre componentes del entramado de endomembranas con los orgánulos y el exterior.
• A partir de relaciones de simbiosis entre las primitivas células eucarióticas y las bacterias que fueron endocitadas. Estos explicaría el hecho de que las mitocondrias y los cloroplastos tengan doble membrana y un genoma propio. Esta simbiosis es la base que sirvió a Lynn Margulis para enunciar la teoría endosimbiótica.

Núcleo Mitocondria

Procariota fotosintético

Mitocondria Cloroplasato

Procariota ancestral

Nucleoide Ribosomas

Ribosomas

Eucariota primitiva (urcariota)

Célula eucariota animal (2000-3000 Ma)

Célula eucariota vegetal (1200-2000 Ma)

La membrana plasmática

Composición química de la membrana

La membrana plasmática, citoplasmática o plasmalema representa el límite entre el medio extracelular y el intracelular. Debido a su grosos, unos 75 Å (7,5nm) de grosor que delimita la célula y la separa del medio extracelular. No es observable al microscopio óptico, pero sí con el microscopio electrónico de transmisión. El análisis de la membrana indica que está formada por proteínas y lípidos.

Según el modelo del mosaico fluido propuesto por Singer y Nicholson en 1972, la membrana plasmática está constituida por una doble capa de lípidos a la cual se asocian moléculas proteicas, que se pueden situar en ambas cara de la superficie o estar total o parcialmente englobadas en la membrana. El modelo propone que todas las moléculas pueden intercambiar su posición con cualquier otra de la membrana.

Formada por moléculas anfipáticas, situadas en un medio polar como el agua, hace que los radicales hidrófobos (lipófilos) se enfrenten entre sí (interior de la doble capa lipídica), mientras que los radicales polares se orientarán hacia el interior o exterior celular. Esto origina el autoacoplamiento de la membrana.

Los tres componentes principales son:

Fosfolípidos y glucolípidos: tienen tendencia a girar sobre sí mismo, y a desplazarse lateralmente por su monocapa (A); ocasionalmente, también pueden cambiar de capa lipídica (B). Esta movilidad de las moléculas origina una fluidez de membrana que le permite adaptarse a las condiciones variables del medio.

B A

Los ácidos grasos saturados

Incrementan la viscosidad

Glucolipidos

Colesterol

Los ácidos grasos Insaturados

aumentan la fluidez

Fosfolípidos

Colesterol (animales) o esteroles (otros tipos celulares): se localiza en los espacios que originan los ángulos de los ácidos grasos insaturados, de forma que disminuye la fluidez excesiva de la monocapa y mantiene la estabilidad de la bicapa. También impide que los lípidos de la membrana se unan entre sí, hecho que produciría la ruptura de la bicapa por cristalización.

Los lípidos pueden realizar una serie de movimientos en la membrana:

La membrana plasmática no es una estructura estática, ya que los lípidos tienen posi- bilidad de movimiento, lo que les proporciona una cierta fluidez o viscosidad.

De rotación. Supone el giro de la molécula lipídica en torno a su eje mayor. Es el más frecuente, y el responsable, en gran medida, de los otros dos movimientos.

Rotación

Flip-flop

Flip-flop. Es el movimiento de la molécula lipídica de una monocapa a la otra gracias a enzimas llamadas flipasas. Es el movimiento menos frecuente, por usar mucha energía.

De difusión lateral. Las moléculas lipídicas pueden difundirse libremente de manera lateral dentro de la bicapa. Es muy frecuente.

Difusión lateralProteínas: se disponen de manera que los radicales polares quedan fuera de la membrana y los lipófilos establecen contacto con la parte lipófila de los lípidos de la membrana. Según su localización, pueden ser:

Proteínas intrínsecas o integrales

Proteínas intrínsecas

Representan entre el 50% y el 70% de todas las proteínas de membrana. Se encuentran fuertemente unidas a la bi- capa, atravesándola parcial o completamente y expo- niendo dominios a uno o a ambos lados de ella.

Proteínas extrínsecas o periféricas

Unidas a otras proteínas

Unidas a los lipidos

No atraviesan la bicapa y están situadas tanto en el exterior como en el interior. Se hallan unidas a los lípidos de la bica- pa mediante enlaces covalentes o a las proteínas intrínse- cas mediante enlaces de hidrógeno.

• Proteínas periféricas o extrínsecas: son proteínas solubles que están adosadas a la bicapa, con sectores polares que se unen a los radicales polares de los lípidos y de las proteínas integrales.
• Proteínas integrales o intrínsecas: sin las que están total o parcialmente englobadas en la bicapa. Estas proteínas presentan un sector lipófilo que se introduce en la bicapa.

Las proteínas integrales que atraviesan la bicapa y presentan sectores hacia el medio externo y hacia el medio interno se denominan proteínas transmembranales o transmembranosas.

Proteinas integrales

Proteinas transmembranalos

Glucoproteinas

Proteinas extrinsecas

Glúcidos. Están representados en su mayoría por oligosacáridos, unidos covalentemente a los dominios extracelulares de las proteínas y de los lípidos, formando glicoproteínas y glicolípidos.

ESTRUCTURA DEL GLICOCALIX

Cara externa

Oligosacáridos unidos a proteínas

8 cangod 800

Cara interna

Oligosacáridos unidos a lípidos

El glicocálix desarrolla funciones fundamentales:

• Protege la superficie de las células de posibles lesiones.
• Se relaciona con las moléculas de la matriz extracelular.
• Confiere viscosidad a las superficies celulares, permitiendo el deslizamiento de células en movimiento, como por ejemplo las sanguineas.
• Presenta propiedades inmunitarias, dado que los glúcidos constituyentes del glicocálix de los eritrocitos representan a los antígenos característicos de los grupos sanguíneos.
• Interviene en los fenómenos de reconocimiento celular, particularmente importantes durante el desarrollo embrionario.
• Contribuye al reconocimiento y la fijación de determinadas sustancias que la célula incorporara mediante fagocitosis o pinocitosis.

Estructura de la membrana

La estructura básica de la membrana plasmática es la misma para todas las células y todos los orgánulos y recibe el nombre de unidad de membrana o membrana unitaria. En la actualidad, el modelo de estructura más aceptado es el anterior mencionado, el modelo de mosaico fluido dado por Seymour J. Singer y Garth L. Nicholson (1972), que presenta las siguientes características:

Considera a la membrana como un mosaico fluido en el que la bicapa lipídica es la red cementante y las proteínas están embebidas en ella, interaccionando unas con otras, y a si vez, con los lípidos. Tanto las proteínas como los lípidos pueden desplazarse lateralmente.

Los lípidos y las proteínas integrales se hallan dispuestos en mosaico.

Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución de todos sus componentes químicos: lípidos, proteínas y glúcidos.

Pese a ser el modelo más completo existente hasta la fecha, la realidad es que presenta algunas limitaciones, dado que la libre difusión de lípidos y proteínas en el plano de la membrana no se puede llevar a cabo en todos los casos.

Glicoproteinas

Glicolipidos

Proteínas intrínsecas

Cara externa

Cara interna

Propiedades de la membrana plasmática

• Estructura dinámica: las moléculas de lípidos se pueden desplazar en sentido lateral y establecer enlaces lipófilos entre ellas, lo que permite que la membrana pueda autorrepararse si sufre una ruptura o fusionarse con cualquier otra membrana.
• Estructura asimétrica: el conjunto de las cadenas de oligosacáridos pertenecientes a los glucolípidos y las glicoproteínas de la membrana, el conocido como glucocálix, solo se encuentra en la cara externa de las células animales. Estos oligosacáridos realizan la función de reconocimiento de moléculas externas, es decir, sin receptores de membrana.

Algunos ejemplos de reconocimiento celular que se dan:

• En los procesos de fecundación, los espermatozoides reconocen los gametos femeninos.
• Las células inmunocompetentes, reconocen proteínas de membrana conocidas como antígenos. Proceso importante en las transfusiones de sangre.
• Los virus reconocen a sus células diana gracias a su capacidad para unirse a sus receptores de membrana.