Clase 5

Estructura de la Membrana CelularEstructura de la Membrana Celular

• El grosor de la membrana es de 7.5 a 10 nanómetros (nm).El grosor de la membrana es de 7.5 a 10 nanómetros (nm).

• No es visible en el microscopio de luz.No es visible en el microscopio de luz.

• La membrana se compone, casi completamente, de La membrana se compone, casi completamente, de lípidoslípidos y y proteínasproteínas,, adicionalmente presenta adicionalmente presenta colesterolcolesterol y y azúcaresazúcares..

MitocondriaMembrana plasmática

NúcleoMembrana plasmática

OligosacáridosOligosacáridos

CitoplasmaCitoplasmaCitoplasmaCitoplasma

Proteínas Proteínas

ColesterolColesterol

Superficie

exterior

Modelo de MembranaMosaico Fluido

estructura general fosfolípido

Detalles de un fosfolípido

Zona hidrofílica

Zona hidrofóbica

Si se mezclan fosfolipidos con agua, éstos forman estructuras de doble capa. La parte hidrofílica se orienta hacia el agua.

La parte hidrofóbica, mirara hacia adentro tocándose las colas, unas con otras.

¿Por qué los fosfolípidos forman capas de

moléculas?

Lípidos de MembranaLípidos de Membrana• Esteroides como el Esteroides como el Colesterol Colesterol (célula (célula

animal) y los animal) y los FitoesterolesFitoesteroles (célula vegetal) (célula vegetal) cumplen un papel importante regulando la cumplen un papel importante regulando la resistencia resistencia y la y la fluidezfluidez de las membranas.de las membranas.

Las Proteínas

• Entre los fosfolípidos, se encuentran flotando diferentes clases de proteínas.

• Generalmente estas son proteínas globulares.

• Ellas no están unidas en ningún patrón fijo, pero cambio flotan alrededor de la capa de fosfolípidos.

• Existen dos tipos generales de proteínas de membrana:

- Proteínas integrales o transmembrana: penetran completamente la bicapa fosfolipídica y tienen regiones hidrofóbicas.

- Proteínas periféricas: no atraviesan toda la bicapa fosfolipídica y carecen de regiones hidrofóbicas (presentan regiones polares o cargadas). Están asociadas a proteínas integrales y a lípidos.

Las proteínas de membrana permiten el movimiento de materiales a través de la membrana y la recepción de señales químicas desde el ambiente externo de la célula.

Proteínas de Membrana

Proteínas de Membrana

Función de las Proteínas de Membrana• Transporte • Permiten y regulan el paso de sustancias que por su tamaño o

por su carga no atraviesan libremente la membrana plasmática.• Transportadores pasivos: canales iónicos• Proteínas facilitadoras.

Función de las Proteínas de Membrana

• Comunicación

• Célula – medio extracelular: reciben estímulos eléctricos o químicos (ej. hormonas).

• Célula – célula: reciben y envían estímulos químicos y eléctricos entre las células.

UNION Estrecha

Desmosomas

Membrana plasmática adyacente

Matriz extracelular

UNIONComunicante

Función de las Proteínas de Membrana• Reconocimiento• Algunas Glucoproteínas (proteína + carbohidrato),

hacen específicas las células para un tejido, órgano y hasta para un organismo.

Proteínas de transporte

Proteínas que forman canales.

Proteínas del transporte tipo “carrier”

PROTEÍNA DE RECONOCIMIENTO

• CarbohidratosCarbohidratos como como glucosaglucosa o o galactosagalactosa se fijan a proteínas o se fijan a proteínas o a fosfolípidos, por fuera de la membrana plasmática, formando a fosfolípidos, por fuera de la membrana plasmática, formando glucoproteínas o bien glucolípidos.glucoproteínas o bien glucolípidos.

• Son importantes para el reconocimiento de moléculas Son importantes para el reconocimiento de moléculas específicas.específicas.

• Ayudan a mantener unidas las células vecinas.Ayudan a mantener unidas las células vecinas.

Carbohidratos de Membrana

Teoría del Mosaico Fluido• Movimiento de los fosfolípidos:• Flip - Flop: pueden saltar de una

monocapa a la otra; se produce poco por que requiere gran gasto de energía.

• Difusión lateral: cambian de lugar con fosfolípidos vecinos, dentro de la misma monocapa unas 107 veces por segundo.

• Rotación: giran sobre su eje longitudinal con rapidez.

• Flexión: Separación y aproximación de los extremos de las colas, por flexión de las cadenas carbonadas de los ácidos grasos.

Funciones de la Membrana Plasmática

• Protegen la célula o a los organelos del medio externo.• Mantienen una forma estable de la célula u organelo.• Regulan el transporte de sustancias y energía hacia

adentro o hacia afuera de la célula u orgánulo • Permite la comunicación entre las células adyacentes.• Permiten el reconocimiento celular. • Permiten la motilidad de algunas células u orgánulos

Permeabilidad Selectiva• Capacidad de la membrana de incorporar las sustancias necesarias

para la célula y descartar los desechos celulares.– Impide que algunas sustancias, como las proteínas y los lípidos, entren a

la célula.– Permite el paso de azúcares simples, oxígeno, agua y dióxido de carbono.

• La Permeabilidad a través de la membrana depende de factores:– Solubilidad en los lípidosSolubilidad en los lípidos: Sustancias liposolubles (ej. moléculas

hidrófobas, no polares) penetran con facilidad la bicapa de fosfolípidos. Por otro lado el agua no pasa con facilidad.

– Tamaño:Tamaño: Muchas moléculas de gran tamaño (glucosa, proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos) no pasan a través de la bicapa de fosfolípidos

– Carga:Carga: Moléculas cargadas y los iones (k+, Mg+2, Ca+3, Cl-) no pueden pasar, en condiciones normales, a través de la membrana.

TIPOS DE TRANSPORTES POR LA M.P.

PASIVO ACTIVO

Difusión simple

osmosisdifusión facilitada

UniporteCotransporte

TRANSPORTE DE MATERIALES A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS PLASMATICAS

Los mecanismos que permiten a las sustancias cruzar las membranas plasmáticas son esenciales para la vida y la comunicación de las células. Para ello, la célula dispone de dos procesos: 

Transporte pasivoTransporte pasivo: cuando no se requiere energía para que la sustancia cruce la membrana plasmática. 

Transporte activoTransporte activo: cuando la célula utiliza ATP como fuente de energía para hacer atravesar la membrana a una sustancia en particular. Ocurre contra el gradiente de concentración o en contra de un gradiente eléctrico de presión (gradiente electroquímico), es decir, es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado.

1.- Transporte pasivo

Los mecanismos de transporte pasivo son:

a) Difusión simple,b) Difusión facilitada.  c) Osmosis.

El término “difusión” hace relación a: El movimiento de una sustancia de un área de mayor concentración a una de menor concentración. Este proceso tiene lugar hasta que la concentración se iguala en todas las partes.

Difusión de un Colorante en Agua

AltaGradiente

de Concentración

MenorGradiente de

Concentración

No hayGradiente de

Concentración

Tiempo 0Tiempo 0 Tiempo 1Tiempo 1 Tiempo 2Tiempo 2

DispersiónDispersiónUniformeUniformeDispersiónDispersión

a) Difusión simple: La difusión simple es el movimiento de átomos, moléculas de una región de mayor concentración a una de menor concentración sin requerir gasto de energía ni la participación de proteínas.

Algunas sustancias como el oxígeno, dióxido de carbono, esteroides, vitaminas liposolubles, urea, glicerina, alcoholes de pequeño peso molecular atraviesan la membrana celular por difusión, es decir, la capa de fosfolípidos. 

(fluido extracelular )

(citoplasma)

Algunas moléculasAlgunas moléculasdifunden librementedifunden librementeAlgunas moléculasAlgunas moléculasdifunden librementedifunden libremente

b) Difusión facilitada: Es el movimiento de moléculas más grandes que no pueden pasar a través de la bicapa lipídica y necesita ayuda de una proteína u otros mecanismos para pasar al otro lado.

La difusión facilitada es mucho más rápida que la difusión es mucho más rápida que la difusión simplesimple y depende: 

a)del gradiente de concentración de la sustancia a ambos lados de la membrana.b)del número de proteínas transportadoras existentes en la membrana y   c)de la rapidez con que estas proteínas hacen su trabajo.

Difusión facilitada

Ejemplo: La glucosa ingresa a la célula en cuatro etapas: 1)se une al transportador en la cara externa de la membrana; 2)el transportador cambia de conformación y la glucosa y su sitio de unión quedan localizados en la cara interna de la membrana; 3)el transportador libera la glucosa al citoplasma, y 4)el transportador libre cambia nuevamente de conformación, expone el sitio de unión a la glucosa en la cara externa y retorna a su estado inicial

ACUAPORINAS.

Son proteínas que evolucionaron para poder transportar rápidamente el agua a través de las membranas biológicas. Las acuaporinas se encuentran en todas las formas de vida, como: eubacterias, hongos, plantas y filum animal.

Las acuaporinas son muy selectivas para transportar el agua, incluso rechazan los iones hidronio (H3O+). Algunos miembros de la superfamilia de las acuaporinas son permeables a una variedad de solutos neutros pequeños como el glicerol o urea

El transporte del agua o glicerol, a través de las acuaporinas, se lleva a cabo por difusión, la cual se facilita mediante gradientes osmóticos o de concentración

Difusión Facilitada: Transportadores

Proteína portadoracon sitio de uniónpara la molécula

La molécula entra en el sitio de unión

La proteína portadora cambia de forma, transportando lamolécula al otro lado de la

membrana

La proteína portadora recupera su forma original

(Interior celular)(Interior celular)(Interior celular)(Interior celular)

(Exterior(Exteriorcelular)celular)

(Exterior(Exteriorcelular)celular)

Canal deCanal dedifusióndifusiónCanal deCanal dedifusióndifusión

Gra

dien

te d

e di

fusi

ón

Molécula enMolécula enTránsitoTránsito

Molécula enMolécula enTránsitoTránsito

TRANSPORTE FACILITADO• Se realiza con proteínas transportadoras o “carrier” o por

canales proteicos.

• El carrier tiene un sitio activo al que se le une la molécula transportada.

• El “carrier”, se satura.

• No gasta energía: ocurre a favor de la gradiente de concentración.

• Ocurre para moléculas complejas polares o hidrofílicas: glucosa, amino ácidos,etc.

Factores que afectan la tasa de difusiónLa magnitud del gradiente de concentración: A mayor gradiente, difusión más rápida.

Tamaño de la molécula: Moléculas pequeñas, difusión más rápida.

Temperatura: A mayor temperatura, difusión más rápida.

¿Qué crees que ocurrirá con el nivel de la solución en el tubo? ¿Por qué?

CONCLUSIÓN EXPERIMENTO

• Se produce una difusión de agua desde el vaso al tubo por el mayor potencial hídrico que hay en el vaso.

• Este fenómeno se llama osmosis.• Osmosis: difusión de agua de una

solución de alto potencial hídrico (hipotónica) hacia una solución de bajo potencial hídrico (hipertónica) a través de una membrana semipermeable.

C) Osmosis u Ósmosis: Tipo especial de transporte pasivo en el cual sólo las moléculas de agua son transportadas a través de la membrana. El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentración (de H2O) a uno de menor.

Movimiento de moléculas y el medio ambiente:Soluto: Molécula que se disuelve en una solución. Solvente: Sustancia capaz de disolver las moléculas de soluto (generalmente agua).Medio hipertónico: Mayor cantidad de moléculas de soluto fuera de la célula que dentro. Medio hipotónico: Menor cantidad de moléculas de soluto fuera de la célula que dentro. Medio isotónico: igual cantidad de moléculas de soluto fuera y dentro de la célula

Factores Osmóticos

Comparando la célula con su medio:

• Si el medio es:

Hipotónico: “Hipo-” significa medio de menor concentración ” que la célula La célula gana agua

Hipertónico: “Hiper-” significa medio de “> concentración” que la célula La célula pierde agua

Isotónico: “Iso-” significa medio de “= concentración” que la célula No hay cambio en el volumen celular

Solución Isotónica Solución Isotónica

Efectos de la Osmosis

Tanta agua entra como sale de las células

Movimiento neto deagua hacia fuera Movimiento neto de

agua hacia adentro

Células crenadas

Células hinchadas

Solución HipertónicaSolución Hipertónica Solución HipotónicaSolución Hipotónica

Células normales

HIPERTONICO: Plasmólisis de células vegetalesLas células vegetales están rodeadas por una pared rígida. Cuando las células vegetales son expuestas a medios hipertónicos, el agua sale de la célula, y la célula se encoge, alejándose de la pared celular, dando como resultado a la plasmólisis. La célula plasmolizada está deshidratada y pierde la mayoría de sus funciones fisiológicas. Si las células son regresadas a su estado isotónico o hipotónico, el agua vuelve a entrar a la célula y se restaura su funcionamiento normal.

HIPERTONICO: Crenación de células animalesLas células animales carecen de paredes rígidas. Cuando son expuestas a medios hipertónicos, el agua sale de la célula y la célula se contrae o encoge. Las células quedan deshidratadas y pierden la mayoría de sus funciones fisiológicas. Si las células son regresadas a su estado isotónico o hipotónico, el agua vuelve a entrar a la célula y se restaura su funcionamiento normal.

HIPOTONICO: Turgencia en las plantasCuando las células vegetales se exponen a medios hipotónicos, el agua se precipita dentro de la célula, y la célula se hincha, pero no se rompe por la capa rígida de la pared. La presión de la célula empujando contra la pared es llamada presión de turgencia, y es el estado ideal para la mayor parte de los tejidos vegetales. Por ejemplo, si se coloca un tallo de apio o una hoja de lechuga marchito en un medio hipotónico de agua pura, a menudo reviven por inducción de turgencia en las células vegetales.

HIPOTONICO: Citólisis en animalesCuando se exponen a medios hipotónicos, el agua penetra dentro de la célula y la célula se infla. Eventualmente, si el agua no es quitada de la célula, la presión puede exceder la fuerza de tensión de la célula, y estalla o cae en lisis. Muchos protistas unicelulares que viven en agua dulce, tienen vacuolas contráctiles, que bombean fuera el agua, para poder mantener un equilibrio osmótico y evitar la lisis.

Comportamiento de la célula animal y la vegetal:

Célula animal Célula vegetal

CrenaciónCrenación: ocurre cuando la : ocurre cuando la célula está expuesta a un célula está expuesta a un ambiente ambiente hipertónicohipertónico y se y se arruga al perder agua.arruga al perder agua.

PlasmolisisPlasmolisis: ocurre cuando : ocurre cuando la célula está expuesta a un la célula está expuesta a un ambiente ambiente hipertónicohipertónico y y pierde agua. pierde agua.

Hemólisis (citólisis):Hemólisis (citólisis): ocurre ocurre cuando la célula está cuando la célula está expuesta a un ambiente expuesta a un ambiente hipotónicohipotónico y explota al y explota al llenarse de aguallenarse de agua

TurgenciaTurgencia: ocurre cuando la : ocurre cuando la célula está expuesta a un célula está expuesta a un ambienteambiente hipotónico hipotónico y esta y esta comienza a llenarse de comienza a llenarse de agua, pero no explota agua, pero no explota porque la pared celular la porque la pared celular la protege.protege.

TRANSPORTE ACTIVO

2.- TRANSPORTE ACTIVO

El transporte activo puede mover solutos dentro de la célula o fuera de ella, pero la energía es siempre usada para mover el soluto en contra del gradiente de concentración. Al igual que la difusión facilitada el transporte activo esta limitado por el numero de proteínas transportadoras presentes.

Pasos del Transporte Activo

Interior CélulaInterior Célula

Exterior CélulaExterior Célula

EnergíaProporcionada

EnergíaProporcionada

Resto EnergíaProporcionadaResto EnergíaProporcionada

MoléculaTransportada

MoléculaTransportada

1 2 3 4

TIPOS DE T. A.• Uniporte: Se mueve un soluto en

particular a través de la MP en una sola dirección.

• Simporte: se mueven dos solutos diferentes a través de la MP, simultáneamente en la misma dirección. Uno de los solutos impulsa el transporte del otro, por ej. El transporte del Na+ impulsa el transporte de la glucosa.

• Antiporte: Dos solutos se mueven a través de la MP, o bien simultáneamente o secuencialmente, pero en direcciones opuestas. como en el caso de la “bomba” sodio-potasio.

¿Qué CARACTERIZA AL TRANSPORTE ACTIVO?

• Se realiza por proteína carrier.• Se efectúa contra la gradiente de la

concentración de los solutos transportados.• Gasta energía (ATP).• Se transportan iones (partículas polares).• Es específico.• Presenta inhibición competitiva.• Ejemplo de TA. La bomba Na+/K+.

Endo y Exocitosis

• Manera como la célula captura y expulsa sustancias.

• Proceso activo para moléculas o partículas demasiado grandes.

Endocitosis – Captura

Exocitosis – Expulsión

ENDOCITOSIS Y EXOCITOSI

Endocitosis

(fluido extracelular )

Pinocitosis

Vesícula que contiene fluido extracelular

(citoplasma)1

2 33

célula

(fluído extracelular)

(citoplasma)

1

233 44

fosa recubierta

EndocitosisMediada por receptores

Fagocitosis

vesícularecubierta

nutrientesreceptores

partícula alimenticia

pseudópodopartícula encerrada enuna vacuola alimenticia

Exocitosis

(citoplasma)

1

VesículaVesícula

(Fluído extracelular)

Membrana plasmática

2

Material SecretadoMaterial Secretado

33

EN RESÚMEN: TRANSPORTE POR VESÍCULAS

fagocitosis pinocitosisMediado por receptores

ENDOCITOSIS EXOCITOSIS

sólido liquido