Tema: Membrana estructural

Membranas celulares La célula debe mantener un

ambiente interno adecuado (homeostasis) para llevar a cabo el metabolismo.

Esto es posible porque las células están separadas del exterior por una membrana plasmática que las limita.

Las membranas internas también limitan a las estructuras subcelulares (organelas u orgánulos).

Las diferentes proteínas presentes en las membranas permiten a las diferentes células y orgánulos realizar distintas funciones.

Micrografía electrónica 250000 X

Funciones de las membranas Proteger y limitar a la célula y a sus organelas u orgánulos. Controlar la entrada y salida de sustancias de las células y de los

orgánulos. Detectar sustancias específicas debido a los receptores de membrana

presentes que se unen a sustancias que actúan como señales químicas (Ej.: hormonas, neurotransmisores).

Permitir el reconocimiento celular (Ej.: CMH). Proveer sitios de anclaje para los filamentos del citoesqueleto y para

los componentes de la matríz extracelular. Esto permite a la célula mantener su forma y en algunos casos moverse a otros sitios. También permite mantener la estructura de los tejidos.

Ayuda a compartimentalizar la célula (organelas). Proveer un sitio estable para enzimas que tienen sus sitios activos

orientados hacia el exterior o el interior de la célula. Comunicar células por la interacción de proteínas especializadas que

forman uniones (Ej.: uniones estrechas, plasmodesmos).

Modelo de mosaico f luido

En 1972, S. Jonathan Singer y Garth Nicolson propusieron, el modelo de mosaico fluido: “fluido” porque los lípidos y proteínas se mueven

lateralmente, rotan y, raramente, se mueven de una cara a la otra de la membrana (flip-flop).

“mosaico” porque las proteínas están dispersas a través de la bicapa de fosfolípidos.

Estructura de la membrana Bicapa de fosfolípidos:

Cada fosfolípido tiene una cabeza (hidrofílica) y dos colas (hidrofóbicas).

Grosor de la membrana: 10 nm Se encuentran pequeñas moléculas

de colesterol entre los fosfolípidos (sólo en células animales).

Proteínas de membrana: Integrales o intrínsecas: atraviesan

completamente la bicapa o están embebidas en ella parcialmente.

Periféricas o extrínsecas: adosadas a la cara interna de la bicapa lipídica.

Glicoproteínas y glicolípidos: Con una cadena de oligosacáridos

unida mirando a la cara extracelular.

Modelo de membrana plasmática de una célula animal, determinado a partir de fotomicrografías electrónicas y datos bioquímicos

(10 nm espesor)

Vista Tridimensional

Vista Transversal Esquemática

oligosacárido

lípidoglicolípido

bicapafosfolipídica

proteína integral(proteína canal)

proteína integral(parcialmente embebida)

CITOPLASMA

ESPACIO EXTRACELULARoligosacárido

proteínaglicoproteína

colesterol

proteína integral

(transmembrana)

Estructura de los fosfolípidos

Los fosfolípidos son anfipáticos: 2 colas hidrofóbicas o no polares (cadenas hidrocarbonadas). 1 cabeza hidrofílica o polar (grupo fosfato).

Orientación en la bicapa: Los fosfolípidos se alinean en la misma dirección en cada capa. Se mantienen juntos debido a interacciones débiles

(hidrofóbicas y de Van der Waals). Las colas se posicionan alejándose del agua, hacia el centro de

la bicapa. Las cabezas se posicionan hacia el agua, mirando hacia afuera

de la membrana.

La cabeza hidrofílica, polar es atraída por el agua

Fosfatidilcolina (ejemplo de fosfolípido)

colina

fosfato

glicerol

cadenashidrocarbonadas

cargapositiva

carganegativa

Fosfolípido de membrana (representación simbólica generalizada)

cabeza hidrofílica

colas hidrofóbicas

Las colas hidrofóbicas, no-polaresno son atraídas por el agua

Cada unión en esta cola lipídica representa un carbono con hidrógenos para completar las uniones covalentes disponibles:

Las colas no-polares, hidrofóbicas de las cadenas hidrocarbonadas interactúan entre sí en el interior de la bicapa.

Las cabezas cargadas, polares, hidrofílicasinteractúan con el agua del medio interno(citoplasma) y el externo (extracelular).

Medio acuoso

Medio acuoso

Una bicapa lipídica entre fluidos acuosos

Adentro (citoplasma) y afuera (fluido extracelular) de las membranas hay un fluido acuoso.

El agua en contacto con la membrana la presiona de cada lado. De este modo la bicapa resulta en una barrera entre el interior y el exterior de la

célula.

Cabezas hidrofílicas

Colas Hidrofóbicas

Cabezas hidrofílicas

Bicapafosfolipídica

Medio acuoso

Medio acuoso

La fluidez de las membranas La mayoría de los lípidos y algunas

proteínas pueden moverse lateralmente a través de las membranas.

Las bicapas con una alta proporción de ácidos grasos insaturados son más fluidas.

El colesterol (sólo presente en células animales) interrumpe el apretado empaquetamiento de los fosfolípidos ayudando a regular la fluidez. Al mismo tiempo el colesterol mantiene unidas a las cabezas de los lípidos estabilizando y fortaleciendo la membrana.

La fluidez es importante en la ruptura y rearmado de las membranas (Ej.: endocitosis y exocitosis).

Cadenas hidrocarbonadas

saturadas

Cadenas hidrocarbonadas

insaturadas

desplazamiento lateral

flexión rotación

flip-flop(raramente)

Fluidez y ácidos grasos Grupo

carboxilo

Cadenahidrocarbonada

Ácidos grasossaturados

Mezcla de ácidos grasossaturados e insaturados

En un ácido graso saturado todas las

uniones entre carbonos son simples. La cadena

hidrocarbonada es recta.

En un ácido graso insaturado existen una o más uniones

dobles. La cadena

hidrocarbonada tiene dobleces.

La cadena recta permite un empaquetamiento cercano.La cadena con dobleces no lo permite.

Ácido palmítico

Ácido linolénico

Efecto de la temperatura sobre el empaquetamiento de las colas

hidrocarbonadas

A bajas temperaturas la bicapa está en un estado de gel y estrechamente empaquetada. 

A altas temperaturas (la corporal) la bicapa es fluida, las moléculas de lípidos se mueven, rotan e intercambian lugares. 

Bajas temperaturas – Estado gel

Altas temperaturas – Estado fluido

Los fosfolípidos están estrechamente empaquetados

La membrana se hace más fluida y el movimiento de fosfolípidos es posible.

Colesterol

La cantidad de colesterol puede variar con el tipo de membrana.

Las membranas plasmáticas en animales tienen casi un colesterol por fosfolípido. Otras membranas como las de las bacterias y las vegetales no tienen colesterol.

Estructura del colesterol

cabeza polar

colahidrocarbonadano-polar

estructuraplana de

anillos esteroides

El colesterol en las membranas

Tienen la misma orientación que las moléculas de fosfolípidos.

La cabeza polar del colesterol está alineada con la cabeza polar de los fosfolípidos.

Funciones del colesterol

Regula la fluidez de la membrana. Hace a la bicapa menos deformable y disminuye su permeabilidad a moléculas pequeñas hidrosolubles.

Evita la cristalización de la bicapa.

Glicolípidos de membrana Los glicolípidos también son constituyentes de las

membranas. En esta figura se los muestra como grupos de azúcar hexagonales y azules proyectándose hacia el espacio extracelular.

Actúan como receptores y en el reconocimiento celular.

Proteínas de membrana

Por ejemplo, en los glóbulos rojos, se encuentran más de 50 tipos de proteínas de membrana.

Las proteínas de membrana determinan las mayoría de las funciones de la membrana de un tipo celular específico.

Los dos principales grupos de proteínas de membrana

Mirando el dibujo se orbservan las proteínas integrales y las periféricas.

Las membranas son asimétricas fundamentalmente en términos de sus proteínas.

Proteínaintegral

Proteínaperiférica

Proteínas integrales o intrínsecas

Las proteínas transmembrana tiene aminoácidos hidrofóbicos que les permiten atravesar la región hidrofóbica de la membrana. Y tienen aminoácidos polares en las regiones en contacto con medios acuosos.

Grupos R hidrofílicos en las partes expuestas de la proteína, interactuando

con el agua.

Grupos R hidrofóbicos en las partes de la proteína que interactúan

con la parte interna, hidrofóbica de labicapa fosfolipídica.

Medio acuoso(extracelular)

Interior hidrofóbicode la bicapa

Medio acuoso(citoplasmático)

Afuera de la célula

Adentro de la célula

Proteínas periféricas o extrínsecas

Se unen a los fosfolípidos o a proteínas integrales del lado citoplasmático de la membrana

Funciones de las proteínas de membrana

Canales de transporte

Actividadenzimática

Receptoresde membrana

Identif icadores dela superf icie celular

Adhesión entrecélulas

Anclaje alcitoesqueleto

Anclaje del citoesqueleto

El citoesqueleto puede estar unido a proteínas de membrana.

Esto permite mantener y dar forma a la célula y fija la localización de ciertas proteínas.

Adhesión celular

• unión estrecha • plasmodesmo

Receptores

• COMUNICACIÓN CÉLULA-CÉLULA • SITIOS DE PEGADO DE HORMONAS

Enzimas inmovilizadas

Enzimas con el sitio activo hacia el exterior, por ejemplo en el intestino delgado(dipeptidasa, maltasa, lactasa, sacarasa, nucleotidasa)