Membranas celulares: organización, composición y funciones en biología

Introducción a las membranas celulares

Tema 2: Las membranas celulares
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Cardenal Herrera
Tema importante.
Posibles 5 preguntas de examen.

Organización y composición de las membranas

1. Teorías sobre la organización de la membrana
   plasmática
2. Composición y propiedades de las membranas
   celulares
   2.1. Lípidos
   2.2. Proteínas
3. Generalidades sobre las funciones de la membrana
   plasmática

Alexandra Bizy, PhD
alexandra.bizy@uchceu.esCEU
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Las membranas: roles y estructura

Roles fundamentales de las membranas celulares

Las membranas celulares se refieren a todas las membranas dentro una célula, incluida la membrana
plasmática (o membrana celular) que rodea la célula y las membranas que forman los orgánulos.

CELUCA EUCARIOTA ANIMAL
Nuclear envelope
Rough endoplasmic
reticulum
Nuclear pore
Free ribosomes
Chromatin
Microtubule
Nucleolus
Animal
Centrosome
Nucleus
6
Plant
Cortex
Lysosome
organulo
Microvillus
AS
Mold
Coated pit
Peroxisome
Microtubule
Mitochondrion
Actin filaments
Golgi apparatus
Bacteria
Plasma membrane
Early endosome
Yeast
Archaea
A
B
Composición celular básica (tomado de Cell Biology, 2017, 3rd edition)
Protist
Centrioles
0
Nuclear laminaCEU
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Introducción. Las membranas
Las membranas celulares realizan dos roles
principales que son fundamentales para la
multicelularidad y función celular:

1. Permiten que las células se aíslen del medio
   ambiente, dándoles control sobre las
   condiciones intracelulares
   espacio intercelular
   membrana celular
   membrana celular
   Avembrana
   plasmática
   aisla lo celulo de su entorno = barrera física
   evita que cualquier sustancia entre o salsa sin control
   Foto: 11:30
2. Las membranas ayudan a las células a organizar las
   vías intracelulares en compartimentos subcelulares
   discretos, incluyendo orgánulos.
   demas células permite la formación de organulos

La separación de la célula con su entorno por la membrana requiere que existen mecanismos
específicos para transferir moléculas a través las membranas.CEU
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La membrana plasmática: definición y funciones

Introducción. La membrana plasmática
membrana plasmatica-D Hidrofóbica -o no le gusta el agua
Hidrofílica-A le gusta el agu
IMPORTANTE
¿Qué es la membrana plasmática?
Es una bicapa lipidica que delimita toda la célula y la aisla del medio ambiente.
- barrera que separa la celula del entorno.
- Doble capa de lípidos.
V
Protección de la célula (=barrera)
Intercambio de información
Fenómenos de reconocimiento
Movimiento celular
Composición
favorable
a
unas
reacciones que no se podrían hacer en
medio acuoso
000
Carbohydrate
chains
proteinas
Phospholipid
bilayer
800
Glycoproteins
Lipid-anchored
membrane
protein
U
Hydrophobic
region
Plasma
membrane
Hydrophilic
region
Lípidos
Integral
membrane
protein
Peripheral
membrane
protein
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Teorías sobre la organización de la membrana plasmática

Las membranas celulares
Introducción

1. Teorías sobre la organización de la membrana
   plasmática
2. Composición y propiedades de las membranas
   celulares
   2.1. Lípidos
   2.2. Proteínas
3. Generalidades sobre las funciones de la membrana
   plasmáticaTeoria de evolución de la membrana plasmatica

Evolución de los modelos de membrana

-1880
Nonpolar
Polar
(a) Lipid nature
of membrane
Lipid
Overton
1. Teorías sobre la organización de la
membrana plasmática
1900
(b) Lipid
monolayer
Langmuir
(c) Lipid
bilayer
1920
Gorter and
Grendel
(d) Lipid bilayer
plus protein
sheets
Davson and
Danielli
-1940
sproteínas
depositadas
(e) Unit
membrane
Robertson
1960
(f) Fluid mosaic
model
Singer and
Nicolson
SIMPORTANTE
Unwin and
Henderson
-1980
(g) Membrane
protein
structure
Alpha
helix
IMPORTANTE
2000
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15 um
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Visualización de membranas con microscopio electrónico

1. Teorías sobre la organización de la membrana plasmática
El gran poder de resolución del Microscopio Electrónico de Transmisión permite visualizar las
membranas celulares.
Célula animal
Célula vegetal
Chloroplast
Secretory
granules
Plasma
membrane
Plasma
membranes
Vacuole
Nuclear
envelope
Nuclear
envelope
Nucleus
Nucleus
Rough ER
Mitochondrion
Mitochondria
(a) Rat pancreas cells
5 um
(b) Plant leaf cell
5 um
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Limitaciones del modelo de Davson y Danielli

1. Teorías sobre la organización de la membrana plasmática
1880
Nonpolar
Polar
(a) Lipid nature
of membrane
Lipid
Overton
-1900
(b) Lipid
monolayer
Langmuir
00
(c) Lipid
bilayer
1920
Gorter and
Grendel
(d) Lipid bilayer
plus protein
sheets
Davson and
Danielli
1940
(e) Unit
membrane
Robertson
-1960
(f) Fluid mosaic
model
Singer and
Nicolson
Unwin and
Henderson
-1980
(g) Membrane
protein
structure
Alpha
helix
2000
no esta repartida
de manera
homogenea
Las proteínas no se
organizan de manera
simétrica
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Copyright 2009 Pearson Education, Inc.
NO ES EL MODELO ACTUAL
Limitaciones del modelo de Davson y Danielli > quedan dudas por
resolver ...

1. El grosor de la bicapa lipídica/proteínas- grosor aumentado
2. Los diferentes ratios proteínas/lípidos en las membranas,- demasiados
   proteinas de forma muy simétrica
   P. Examen
   Nacimiento del modelo de Singer y Nicolson
   = modelo de Mosaico Fluido NO ES EL MODELO
   ACTUAL

Modelo de Mosaico Fluido de Singer y Nicolson

1. Teorías sobre la organización de la membrana plasmática
P. examen.
Modelo de MOSAICO FLUIDO
-A porque se mueve por la
fluide7
lipid
bilayer
(5 nm)
(A)
lipid molecule
lípidos
(C) }
fluidez
protein molecule
proteinas
(B)
lipid
molecule
protein molecules
Figure 10-1 Molecular Biology of the Cell 5/e (@ Garland Science 2008)
- Proteínas globulares formando un mosaico discontinuo (pudiendo atravesar la
bicapa lipídica) reparto asimétrico de las proteinas es irregular
- Concepto de fluidez de membrana: movilidad lateral de lípidos y proteínas
porque los lípidos aportan Ecuidea y
Se mueven
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Anclaje y movimiento de proteínas de membrana

1. Teorías sobre la organización de la membrana plasmática
Cell 2
célula
25 nm
Cell
membrane
Reinterpretación de las imágenes del M.E.
Análisis estructural de las proteínas (Unwin y Henderson, 1975)
Intercellular
space
Cell
membrane
célula
Cell 1
segmentos hidrofilicos
son hidrolíticos, les gusta
el agua.
3000
200
Glycoproteins
Lipid-anchored
membrane
protein
S
Dentro men. plasmática
segmentos le proteine
son hidrofóbicos, no les
gusta el agua y
Hydrophobic
region
-Plasma
membrane
si la grasa
Hydrophilic
region
Integral
membrane
protein
Peripheral
membrane
protein
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Las proteínas de membrana están ancladas a
la parte interior hidrofóbica de la membrana
por unos
segmentos
transmembrana
hidrofóbicos. Sin embargo, los segmentos
hidrofílicos de las proteínas se extienden
dentro y fuera de la célula.
N.B. A pesar de este anclaje las proteínas se
mueven de manera regulada.
Espacio intercelular
Carbohydrate
chains
Phospholipid
bilayer

Revisión continua del modelo de mosaico fluido

1. Teorías sobre la organización de la membrana plasmática
Modelo inicial
b
Modelo revisado
El modelo de mosaico fluido de Singer y Nicolson está en
continua revisión !!!
(NO ES EL ULTIMO MODELO) siguen investigando
El modelo revisado es un modelo aún "más mosaico" con más
proteínas.
acuaporina
fosfolípidos
Inside cell
Outside cell
En el modelo revisado, los fosfolípidos y las proteínas (ej. acuaporina)
contactan de forma íntima y ordenada (también dinámica)
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Fluidez de la membrana: concepto y factores

1. Teorías sobre la organización de la membrana plasmática
Pemanen
La fluidez, ¿qué es?
" La fluidez es la capacidad de una molécula que forma parte de una membrana para
desplazarse por ella. Las proteínas se mueven dentro de la membrana plasmática
· Las membranas son fluidas, prácticamente son láminas de grasa, donde las moléculas se
encuentran en un estado de líquido viscoso > las moléculas podrían difundir y desplazarse
por ella.
Ejemplo: los fosfoglicéridos se pueden desplazar
lateralmente entre las moléculas contiguas o según un
movimiento de "flip-flop", saltando a la monocapa
interna (aunque muy poco frecuente).
Movimientos laterales
Movimiento
flip-flop
pasar de
una capa
a otra
se desplazan lateral
La fluidez, ¿de qué depende?
Kte
· De la composición química de los componentes: el tipo de acido graso de los
fosfoglicéridos y la cantidad de colesterol modulan la fluidez de la membrana.
" De la asimetría de la membrana: la diferente composición entre monocapas puede
generar también diferencias en la fluidez de cada monocapa.
Existen restricciones a esta movilidad ...!!!
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Restricciones a la movilidad de la membrana

1. Teorías sobre la organización de la membrana plasmática
Matriz extracelular
3
Proteínas
anclada por
enlaces covalentes
espacio
intercelular
Proteínas transmembrana
proteines
Glúcidos
1
Balsa
de
lípidos
Balsas
de
lípidos
1
Glúcidos
Esfingolípidos
Cadenas
de
ácidos
grasos
Colesterol
Proteínas
transmembrna
4
Zona de
curvatura
Citoesqueleto
ayuda a
2
mantener la forma
de la célula y la membrana
Citoesqueleto
esqueleto de la célula
Zona de
con diferente
spesor
Restricción de movilidad:
1. Interacciones entre componentes de la membrana
2. Interacciones con el citoesqueleto
hsmembrana
3. Interacciones con la matriz extracelular
4. Zona de curvatura
entorno exterior de la célula
La membrana es una estructura compleja y heterogénea en su composición y propiedades.
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Matriz extracelular
no se melere
nunca
la membrana plasmática es fluida
por sus lípidos que son viscosos
que se mueven, pero la fluidez
esta restringida.
Glicerofosfolípidos
citoplasma
Proteína transmembrana
larga

Composición y propiedades de las membranas celulares

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Las membranas celulares
Introducción

1. Teorías sobre la organización de la membrana
   plasmática
2. Composición y propiedades de las membranas
   celulares
   2.1. Lípidos
   2.2. Proteínas
3. Generalidades sobre las funciones de la membrana
   plasmática

Lípidos: fosfoglicéridos, glucolípidos y colesterol

2. Composición y propiedades de las membranas celulares
NO
MUY
IMPORTANT
2.1. Lípidos
+ fluidez
4
7
Fosfoglicéridos
Componente principal de las membranas
Los grupos unidos al alcohol dan su nombre a
la molécula.
Ejemplo (derecha): fosfatidilcolina
Alcohol
Cabeza
hidrofílica
H-C1-C2 C3 H2
C
C1
CH2
CH2
CH2
1
CH2
CH2
CH2
Fatty acids
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH
CH2
Phosphatidylcholine
2 cadenas de ácidos grasos
La fluidez de la membrana depende del tipo
de acido graso que forma parte del
fosfoglicérido
Glucoseno
0
Glicolípidos
3 tipos
forma dominante: esfingolípidos
Ejemplo: esfingomielina
Sphingomyelin
Alcohol (choline or
ethanolamine)
Choline
O-P=O
H HỌ H
C-C-C-CH2
CH HHN O
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
Fatty acid
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
CH2
CH2
CH3
Sphingomyelin
glupoliquidos
fluidez
1
4
+
Colesterol
Intercalado entre los fosfoglicéridos
A HO
B
-CH3
-CH3
-CH-CH3
CH2
C
CH2
CH2
H3C-C-H
CH3
Modifica la fluidez de la membrana
w
2 -
nm
1
0
Figure 10
Molecular Biology of the Cell Sie (0 G
se intercala entre los
fosfolicaridos
polar
head
groups
cholesterol-
stiffened
region
CH2
CH2
CH2
hidrofóbicas
CH2
C
Sphingosine
Phosphate
Phosphate
O=P-O-
C3
HH
Glycerdit
-C2
Colas
CH2
more
fluid
region
CEU
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