Membranas Biológicas

Blgo. Ms. C. Jorge Luis Plasencia Cuba•Doctorando en Ciencias Biológicas•Maestrista en Fisiología y Biofísica •Máster en Farmacología Molecular

UNIVERSIDAD CESAR VALLEJOUNIVERSIDAD CESAR VALLEJO

SECCIÓN I. BASES CELULARES Y MOLECULARES DEL SISTEMA CARDIOVASULAR

Capítulo 2. MEMBRANAS BIOLÓGCAS Y TRANSPORTE CELULAR

FIGURA 2-1 Diagrama que ilustra una célula hipotética como se observaría con microscopia de luz. Se realizó una ampliación de los organelos Individuales para una revisión más cercana. (Adaptada de Bloom and Fawcett. Reproducida con autorización de Junqueira LC, Carneiro J, Kelley RO: Basic Histology, 9th ed. McGraw-Hill, 1998.)

SECCIÓN I. BASES CELULARES Y MOLECULARES DEL SISTEMA CARDIOVASCULAR

Capítulo 2. MEMBRANAS BIOLÓGICAS

FIGURA 2-2 Organización de la bicapa de fosfolípidos y de lasproteínas relacionadas en una membrana biológica. Cada molécula de fosfolípidos tiene dos cadenas de ácidos grasos (líneas onduladas) unidas a un fosfato (círculos claros). Las proteínas se muestran como glóbulos coloreados irregulares. Muchas son proteínas integrales, las cuales se extienden hacia la membrana pero se unen proteínas periféricas al interior o al exterior de la membrana (no se muestran). Con fines de claridad, se omitió la representa-ción de las proteínas específicas unidas y del colesterol. (Reproducida con autorización de Widmaier EP, Raff H, Strang K: Vander’s Human Physiology: The Mechanisms of Body Function, 11th ed. McGraw-Hill, 2008.)

Capítulo 2. UNIONES INTERCELULARES

FIGURA 2-8 Uniones intracelulares en la mucosa del intestinodelgado. Se muestran las uniones estrechas (zónula de oclusión), uniones adherentes, desmosomas, uniones intercelulares comunicantes y hemidesmosomas en sus posiciones relativas en una célula epitelialpolarizada.

Capítulo 2. UNIONES COMUNICANTES

FIGURA 2-9 Uniones intercelulares comunicantes que vinculan al citoplasma de dos células. A) se muestra una placa de uniones intercelulares comunicantes o varias uniones intercomunicantes individuales que forman poros entre las células, lo cual permite la transferencia de moléculas pequeñas. En el recuadro, se observa una micrografía electrónica de hígado de rata (N. Gilula). B) Ilustración topográfica de las conexonas individuales y las correspondientes seis unidades de proteína conexina que atraviesan la membrana. Obsérvese que cada conexina cruza la membrana en cuatro ocasiones. (Reproducida con autorización de Kandel ER, Schwartz JH, Jessell TM [editors]: Principles of Neural Science, 4th ed. McGraw-Hill, 2000.)

MEMBRANAS BIOLÓGICASMEMBRANAS BIOLÓGICAS

COMPONENTES: LÍPIDOSCOMPONENTES: LÍPIDOS

COMPONENTES: PROTEÍNASCOMPONENTES: PROTEÍNAS

Figura 4.17 Una proteína integral en su sitio dentro de la membrana plasmática. Se determinó la estructura terciaria del centro de reacción fotosintética de una bacteria mediante cristalografía por rayos X. La proteína contiene tres polipéptidos distintos que cruzan la membrana, mostrados en amarillo, azul claro y azul oscuro. Es evidente la naturaleza helicoidal de cada uno de los segmentos transmembrana. (Tomada de G. Feher, J. P. Allen, M. Y. Okamura y D. C. Rees, reimpresa con autorización de Nature 339:113, 1989; copyright 1989, Macmillan Publishers Ltd.)

Figura 4.18 Glucoforina A, una proteína integral con un solo dominio transmembrana. La hélice α única que pasa por la membrana consiste sobre todo en residuos hidrófobos (círculos de color naranja). Los cuatro residuos de aminoácidos con carga positiva del dominio citoplásmico de la proteína de membrana forman enlaces iónicos con los grupos cabeza lipídicos con carga negativa. Los carbohidratos están unidos con varios residuos de aminoácidos en la superficie externa de la proteína (mostrados en el inserto). Los 16 oligosacáridos, salvo uno, son pequeñas cadenas con enlaces O (la excepción es un oligosacárido más grande unido con el residuo de asparagina en la posición 26). Las moléculas de glucoforina se encuentran como homodímeros dentro de la membrana del eritrocito (fig. 4.32d). Las dos hélices cruzan una sobre otra en la región entre los residuos 79 y 83. Esta secuencia Gly-X-X-X-Gly se encuentra a menudo donde las hélices transmembrana se aproximan mucho.

Figura 4.43 Estados de conformación del conducto iónico K+ activado por voltaje. (a) Modelo tridimensional de un conducto iónico K+ eucariota. La desactivación del conducto ocurre cuando uno de los péptidos de desactivación, que cuelga de la porción citoplásmica del complejo, se adapta en la abertura citoplásmica del conducto. (b) Representación esquemática de una vista en un conducto iónico para K+, perpendicular a la membrana desde el lado citoplásmico, muestra el conducto en estado cerrado (reposo), abierto y desactivado. (b: reimpresa a partir de Neuron, vol. 20, C. M. Armstrong y B. Hille, Voltage- Gated Ion Channels and Electrical Excitability, p. 377; copyright 1988, con autorización de Elsevier Science.)

El hombre que sabe y sabe lo que sabe, es un sabio, ¡Síguelo!El hombre que no sabe y sabe que no sabe, es un ignorante, ¡Enséñale!El hombre que sabe y no sabe que sabe, está dormido, ¡Despiértalo!El hombre que no sabe y no sabe que no sabe, es un necio, ¡Huye de él!

Proverbio ÁrabeProverbio Árabe

Capítulo 2. TRANSPORTE

PERMEABILIDAD SELECTIVAPERMEABILIDAD SELECTIVA

DE MOLÉCULAS SIMPLESDE MOLÉCULAS SIMPLES

POTENCIAL ELECTRICO

POTENCIAL QUÍMICO

TRANSPORTE PASIVO

D. SIMPLED. SIMPLE

ÓSMOSISÓSMOSIS

D. FACILITADAD. FACILITADA

TRANSPORTE PASIVO

DIFUSIÓN SIMPLE

DIFUSIÓN A TRAVÉS DE CANAL DIFUSIÓN A TRAVÉS DE CANAL

DIFUSIÓN FACILITADA

DIFUSIÓN

CONCENTRACION Y TIPO DE SOLUCIONES

TRANSPORTE ACTIVOTRANSPORTE ACTIVO• En contra de gradiente de concentración

y/o eléctrico• SI hay gasto de energía (ATP)• SI hay interacción (Fijación específica) con

las proteínas de la membrana: BOMBA de Sodio / Potasio.

TRANSPORTE ACTIVOTRANSPORTE ACTIVO

TAMAÑO MOLECULAR

TRANSPORTE DE TRANSPORTE DE MACROMOLÉCULASMACROMOLÉCULAS

EXOCITOSIS ENDOCITOSIS

EXOCITOSISEXOCITOSIS

EXO-ENDOCITOSISEXO-ENDOCITOSIS

ENDOCITOSISENDOCITOSIS

ENDOCITOSIS MEDIADAENDOCITOSIS MEDIADA

ENDO-ENDO-FAGOFAGOCITOSISCITOSIS

Capítulo 2 TRANSPORTE.

FIGURA 2-12 Exocitosis y endocitosis. Obsérvese que en la exocitosis el lado citoplásmico de las dos membranas se fusiona, en tanto en la endocitosis se fusionan los lados no citoplásmicos.

FIGURA 2-13 Molécula de clatrina en la superficie de una vesícula endocítica. Obsérvese la forma característica trirradiada y el hecho de que en combinación con las otras moléculas de clatrina se forma una red de sostén para la vesícula.

FIGURA 2-14 Pinzamiento zonal de membrana para investigar el transporte. En un experimento de pinzamiento zonal de membrana, se coloca con gran cuidado una pequeña pipeta para hacer un sello con una porción de la membrana celular. Esta pipeta lleva un electrodo sumergido en una solución apropiada, la cual permite el registro de los cambios eléctricos a través de cualquier poro en la membrana (se muestra abajo). Se ilustra el método de “inversión”, por la orientación de la membrana con respecto al electrodo. Otras configuraciones incluyen la unión a la célula, a la totalidad de la célula y con placa separada. (Modificada de Ackerman MJ, Clapham DE: Ion channels: Basic science and clinical disease. N Engl J Med 1997;336:1575.)

FIGURA 2-15 Regulación de los conductos iónicos. Se muestran diferentes tipos de control para estos conductos. A) Los conductos controlados por ligando se abren en respuesta a la unión con un ligando. B) La fosforilación o desfosforilación de proteínas regula la abertura y el cierre de algunos conductos iónicos.

FIGURA 2-15 (continuación) Regulación de los conductos iónicos. C) Los cambios en el potencial de membrana alteran la abertura de los conductos. D) La distensión mecánica de la membrana produce abertura de los conductos. (Reproducida con autorización de Kandel ER, Schwartz JH, Jessell TM [editors]: Principles of Neural Science, 4th ed. McGraw-Hill, 2000.)

FIGURA 2-16 Diferentes modalidades en las cuales los conductos iónicos forman poros. Muchos conductos de iones potasio (K+) son de tetrámeros (A) y cada subunidad de proteína forma una porción del conducto. En los conductos catiónicos y aniónicos controlados por ligando (B), como el receptor de acetilcolina, cinco subunidades idénticas o muy similares forman el conducto. Los conductos de iones

cloro (Cl−) de la familia ClC son dímeros (C), con un poro intracelular en cada subunidad. Las acuaporinas forman los conductos de agua (D) y son tetrámeros con un conducto intracelular en cada subunidad.

(Reproducida con autorización de Jentsch TJ: Chloride channels are different. Nature 2002;415:276.)

FIGURA 2-17 Diagrama de las subunidades formadoras de porosde tres conductos iónicos. La subunidad α de los conductos de los iones sodio (Na+) y calcio (Ca2+) atraviesa la membrana en 24 ocasiones en cuatro repeticiones de seis unidades que abarcan la membrana. Cada repetición tiene un asa “P” entre las fracciones de membrana 5 y 6 y no atraviesan la membrana. Estas asas P al parecer forman el poro. Obsérvese que la fracción 4 de cada repetición está coloreada en rojo, lo cual representa la carga positiva neta.

FIGURA 2-17 (continuación) Diagrama de las subunidades formadoras de poros de tres conductos iónicos. El conducto de iones potasio (K+) tiene sólo una repetición de seis regiones y un asa P. Se

ensamblan cuatro subunidades K+ para obtener un conducto funcional de iones potasio. (Reproducida con autorización de Kandel ER, Schwartz JH, Jessell TM [editors]: Principles of Neural Science, 4th ed. McGraw-Hill, 2000.)

SECCIÓN I. BASES CELULARES Y MOLECULARES DEL SISTEM CARDIOVASCULAR

FIGURA 2-18 Trifosfatasa de adenosina de sodio-potasio (Na, K-ATPasa). La porción intracelular de la subunidad α tiene un sitio de unión para los iones sodio (Na+) (1), un sitio de fosforilación

(4) y un sitio de fijación de ATP (5). La porción extracelular tiene un sitio de unión de iones potasio (K+) (2) y un sitio de fijación de ouabaína (3). (Tomada de Horisberger JD et al: Structure–function

SECCIÓN I. BASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FISIOLOGÍA MÉDICA

Capítulo 2. TRASNPORTE

FIGURA 2-19 Diagrama de los principales efectos secundarios del transporte activo de iones sodio (Na+) y potasio (K+). La trifosfatasa de adenosina de sodio-potasio (Na, K-ATPasa) convierte la energía química de la hidrólisis del ATP en la conservación del gradiente hacia el interior de la célula de los iones sodio (Na+) y el gradiente hacia fuera de la célula para los iones potasio (K+). La energía de los gradientes se utiliza como contratransportador, cotransportador y para la preservación del potencial de membrana. Se muestran algunos ejemplos de cotransportadores y contratransportadores que emplean estos gradientes. (Reproducida con autorización de Skou JC: The Na–K pump. News Physiol Sci 1992;7:95.)

Capítulo 2. COMUNICACIÓN CELULAR

FIGURA 2-20 Comunicación intracelular por mediadores químicos. A, autocrina; P, paracrina.

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