U N I D A D I : C É L U L A

BIOLOGIA TERCEROBT-03

MODELO DE MEMBRANA Y TRANSPORTE

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INTRODUCCIÓN

La célula se considera como la unidad estructural y funcional de los seres vivos, ello significa quedebe tener la capacidad de conseguir materia y energía para reparar, mantener, y construir cadaparte de ella, y además, producir copias de sí misma para perdurar en el tiempo (reproducirse),esto implica que cada ser vivo debe ser una célula (organismo unicelular) o debe estar formadopor un conjunto organizado de ellas (organismo pluricelular).

Toda célula para poder cumplir con estas tareas debe tener al menos:

Límite Citoplasma Material genético

Limite celular

El límite celular es el que determina un medio interno y asegura el perfecto funcionamientocelular. Este límite, tiene permeabilidad selectiva, es decir selecciona lo que entra o lo que sale dela célula, para ello tiene una estructuración relativamente compleja basada en la presencia defosfolípidos, carbohidratos y proteínas.

Pared celular

La pared celular se encuentra formando parte del límite celular en organismos como Eubacterias osimplemente Bacterias, Protistas, Fungi y Plantas. Su composición varía en las distintas especies,en los distintos tejidos de una misma especie y entre células.En las células vegetales se encuentra una pared constituida principalmente por celulosa. Su altaporosidad permite el paso de agua y solutos disueltos. La célula vegetal no pierde comunicacióncon células vecinas, gracias a la presencia de plasmodesmos (poros de 40 mm. de diámetro)que comunican los citoplasmas de un tejido. En las células de los Hongos las paredes celularesestán constituidas por quitina y en los protistas de celulosa reforzadas por sales de carbonatode calcio y sílice .En las bacterias esta compuesta de peptidoglucano (mureina).

A pesar de la diversidad de las moléculas constituyentes de las paredes celulares de Plantas,Hongos, Protistas y Bacterias la función de la pared es la de otorgar: resistencia, protección ya cada célula su forma típica.

Figura 1. Célula vegetal destacándose una fuerte pared celular constituida principalmente por celulosa.

Pared celular

Cloroplasto

Vacuolacentral

Núcleo

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Membrana celular

Es la estructura que rodea a la célula y la separa del medio. A través de ella se efectúa elintercambio de sustancias químicas que permiten mantener la integridad de la célula y realizar losprocesos metabólicos. En las células eucariontes, además de la membrana celular hay otrasmembranas que separan compartimentos internos.

La membrana celular es una bicapa lipídica compuesta por fosfolípidos (moléculas anfipáticas)y que en las células animales también se observa colesterol; esta bicapa cuenta con proteínasintegrales y extrínsecas que le dan la funcionalidad al cumplir roles de transportadores,receptores, catalizadores, unión; y también posee oligosacáridos, carbohidratos unidos a lípidosy proteínas que forman el glucocálix con función de reconocimiento celular.

Tabla Nº 1: Componentes de la membrana celular.

Componente %

1. Lípidos 46Colesterol 22Fosfolípidos 20Otros lípidos 4

3. Proteínas 462. Glúcidos 8

Figura Nº 2. Dibujo que muestra en tres dimensiones la membrana celular animal.

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GlucosaCa+2

Ca+2Aminoácidos

Glucosa

Urea

Aminoácidos

GlicerolH2O

UreaH2OGlicerol

O2

N2

O2

N2

La membrana celular transduce señales hormonales y nerviosas; conduce potenciales deacción electroquímicos en células excitables; regula el movimiento de sustanciasdesde y hacia la célula, manteniendo la concentración intracelular de moléculas en losniveles adecuados para que se realicen los procesos celulares básicos.

Transporte a través de la membrana

A continuación se presentan los tipos de moléculas que pueden cruzar una bicapa lipídica y lasque se ven imposibilitadas de cruzarla.

Figura Nº 3. Permeabilidad de una bicapa de fosfolípidos frente a distintas sustancias.

Sobre el agua es importante señalar que, si bien el agua es capaz de difundirse a través de labicapa lipídica, esta no es la vía principal en todas las membranas celulares. Se encontró tanto encélulas de plantas y de animales que las moléculas de agua utilizan canales proteicos llamadosacuaporinas. Aunque son específicos, estos permitirían el tránsito de solutos neutros ypequeños como la urea y el glicerol.

Tipos de transporte a través de la membrana.

Difusión: es el desplazamiento neto de moléculas a presión y temperatura constante,desde zonas de mayor concentración a zonas de menor concentración; Ej. O2, CO2,hormonas lipídicas como; testosterona, progesterona, estrógenos, aldosterona y cortisol.Es un transporte pasivo.

Osmosis: es el paso de agua a través de una membrana semipermeable que separa dossoluciones de distinta osmolaridad, se trata de un transporte pasivo. La osmolaridad deuna solución corresponde a su capacidad de retener y captar agua. Relacionado con laosmosis se tiene la tonicidad, que corresponde a la presión osmótica de una soluciónrespecto a la del plasma: hipotónica, menor que la del medio intracelular; isotónica,igual a la del medio intracelular; e hipertónica, mayor a la del medio intracelular (TablaNº 2 y Figura Nº 4)

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Las célulaspierden agua yse arrugan

H2O H2O

H2O H2OVacuola

Hipertónica(solución de salconcentrada)

Isotónica(concentraciónnormal de sal)

Hipotónica(agua destilada)

A. Célula animal(glóbulo rojo)

B. Célula vegetal

El cuerpo celular seencoge y se separa dela pared celular

Las célulascaptan agua,se hinchan yestallan

La célula se vuelverígida pero en generalmantiene su formaporque está presentela pared celular

Tabla Nº 2. Cambios en células animales y vegetales, en medios con distintas tonicidades.

MedioExtracelular

Medio Intracelular

Célula vegetal Célula animal

Hipotónico Ingresa aguaTurgencia

Ingresa aguaAumenta volumen

Citólisis

Isotónico No hay cambios No hay cambios

HipertónicoSale agua

PlasmolisisSale agua y baja volumen

Crenación

Figura Nº 4. Cambios en células animales y vegetales, en medios con distintas tonicidades.

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Transporte facilitado por proteínas de membrana: proteínas de canal y transportadoras.

Proteínas de canal: Los canales son estructuras proteicas que forman un conducto en lamembrana, son conductos hidrófilos muy específicos, por ellos se habla de canales de Na+,canales de K+, canales de Ca2+. El paso es favor de un gradiente de concentración oelectroquímico, por lo tanto, pasivo. Los canales pueden estar siempre abiertos, opueden ser regulados por distintos tipos de estímulos, según el tipo de canal iónico, loscompuestos del canal se abren en respuesta a cambios del potencial de membrana; amoléculas mensajeras o ligandos internos y externos y a la estimulaciónmecánica (Figura Nº 5).

Figura Nº 5. Los canales iónicos regulados responden a distintos tipos de estímulos. Según el tipo de canaliónico, compuertas del canal se abren en respuesta a una alteración de la diferencia de voltaje a través de lamembrana (A); a la unión de un ligando químico al canal, sea en el lado externo (B) o en el interno (C) dela célula, o a la estimulación mecánica (D).

Proteínas de transporte

Los transportadores tienen uno o más sitios de unión específicos para la sustancia o sustanciasa transportar, son saturables y pueden ser bloqueados, transportan pasivamente (difusiónfacilitada) o activamente (transporte activo). Las proteínas transportadoras puedenclasificarse como: uniportes, simportes y antiportes (Figura N° 6).

Figura Nº 6. Clasificación de proteínas transportadoras.

CERRADO

ABIERTO

(A) Reguladopor voltaje

(B) Reguladopor ligando(ligadoextracelular)

(C) Reguladopor ligando(ligandointracelular)

(D) Regulado porestimulación mecánica

CITOSOL

Ion cotransportadoMolécula transportadora

Bicapa lipídica

Ioncotransportado

UNIPORTE SIMPORTADOR ANTIPORTADOR

TRANSPORTE ACOPLADO

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Algunas proteínas transportadoras, transportan un sólo soluto a través de la membrana(uniportadoras). Por el contrario, en el transporte acoplado la transferencia de un soluto dependede la transferencia simultánea o secuencial de otro soluto, sea en la misma dirección(simportador) o en la dirección opuesta (antiportador). Los uniportadores, los simportadores y losantiportadores, median tanto el transporte pasivo como el transporte activo.

Difusión facilitada: Es un tipo de transporte pasivo de un tipo de soluto, a través de unaproteína de transporte, a favor del gradiente: químico, físico o eléctrico.

Transporte activo: Se realiza contra el gradiente de concentración, químico o eléctrico, lasproteínas transportadoras que lo realizan aprovechan alguna fuente de energía.

Transporte activo sin cambios estructurales

Cuando el transporte activo se realiza directamente acoplado al gasto energético, se dice quees primario. Un ejemplo es la bomba de Na+/K+ ATPasa que acopla el transporte de Na+ haciael exterior con el transporte de K+ hacia el interior (antiporte) ambos en contra de sugradiente, el proceso se realiza con consumo de ATP. Esta actividad mantiene el potencial demembrana y hace posible que funcionen procesos de transporte activo secundario.Las células animales mantienen concentraciones de Na+ y K+ intracelulares que difieren muchode las extracelulares Tabla Nº 3.

Tabla Nº 3. Concentraciones intra y extracelulares de Na+ y K+

Medio intracelular Medio extracelular

Na+ 10 mmol/L 150 mmol/L

K+ 140 mmol/L 4 mmol/L

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La responsabilidad de mantener esta diferencia de concentraciones es de la bomba Na+- K+

ATPasa, bombeando K+ hacia dentro y Na+ hacia fuera de la célula. Básicamente funciona como semuestra en la figura Nº 7.

Figura Nº 7. Esquema de la bomba sodio potasio ATPasa.

1. El ATP fosforila la bomba que se encuentra unida al sodio (3 iones).

2. La unión del grupo fosforilo hace disminuir la afinidad por el sodio, el que es vertido almedio extracelular y aumenta la afinidad por el potasio.

3. Iones potasio (2 iones) del medio extracelular se unen a la proteína.

4. La hidrólisis del enlace fosforilo-proteína permite que la proteína retorne a su configuracióninicial y adquiera alta afinidad por sodio y baje la afinidad por potasio. Este último se vierteal citoplasma.

5. Tres iones sodio se unen a la proteína y se reanuda el ciclo.

ATP

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Transporte activo con cambios estructurales.

Endocitosis en la cual pequeñas porciones de membrana se invaginan para englobar sustanciassólidas (fagocitosis) o fluidas (pinocitosis) (Figura 8).

Figura Nº 8. Las células pueden realizar los procesos de endocitosis.

Exocitosis es un fenómeno inverso a la endocitosis y las sustancias son descargadas fuera de lacélula como proteínas de secreción: hormonas, enzimas; o simplemente sustancias de desecho(Figura Nº 9).

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Figura Nº 9. La exocitosis es la fusión de vesículas con la membrana plasmática, de lo que resulta laexportación de partículas grandes. a) El diagrama muestra una vesícula que se aproxima a la membranaplasmática, se fusiona con ella y libera su contenido fuera de la célula. b) Micrografía electrónica detransmisión en la que se observa la exocitosis de los componentes proteínicos de la leche por una célula deglándula mamaria.

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Preguntas de desarrollo

1. Si una molécula es polar sin carga, ¿cuál será su mecanismo de transporte a través de lamembrana biológica?

………………………………………………………………………………………………………………..……

………………………………………………………………………………………………………………..……

……………………………………………………………………………………………………………………..

2. Sobre tonicidad

a) Indique los fenómenos que ocurren a una célula bacteriana sumergida en un mediohipotónico.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

b) ¿Qué fenómenos le ocurre a una célula animal sumergida en un medio hipertónico?

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

3. Indique tres estímulos que provocan la apertura de las proteínas de canal.

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

4. Mencione las características principales del transporte activo.

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

5. ¿Cuáles son las diferencias entre el transporte activo y difusión facilitada?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

6. Las proteínas transportadoras se pueden clasificar como

a) ……………………………………………………

b) …………………………………………………..

c) …………………………………………………..

7. Defina

- endocitosis ……………………………………………………………………………………..

- exocitosis ……………………………………………………………………………………..

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Preguntas de selección múltiple

1. La estructura de la membrana celular responde al modelo de mosaico fluido, el cual secaracteriza por poseer

A) dos capas de polisacáridos.B) una capa de fosfolípidos y azúcares.C) doble capa de proteínas con algunos monosacáridos.D) ácidos nucleicos y proteínas dispuestos irregularmente.E) doble capa lipídica y proteínas dispuestas irregularmente.

2. El esquema corresponde a una representación de una bícapa lipídica (sólo estructurada porfosfolípidos) y su comportamiento frente al transporte de las moléculas: X, R y Z.

Al respecto se puede afirmar correctamente que, la molécula

I) X corresponde a la glucosa.II) R corresponde al oxígeno.

III) Z corresponde al dióxido de carbono.

A) Solo I.B) Solo II.C) Solo III.D) Solo II y III.E) I, II y III.

3. Sobre la bomba Na+/k+ ATPasa, es correcto afirmar que

I) es de origen proteico.II) utiliza energía derivada de la hidrólisis del ATP.

III) transporta moléculas en dirección energéticamente desfavorable.

A) Solo I.B) Solo II.C) Solo III.D) Solo I y II.E) I, II y III.

X R Z

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4. De la pared celular vegetal, se puede afirmar correctamente que

I) posee celulosa en su constitución.II) puede considerarse constituyente selectivo.

III) provee a la célula resistencia y protección.

A) Solo I.B) Solo II.C) Solo I y II.D) Solo I y III.E) Solo II y III.

5. ¿Cuál de las siguientes moléculas NO es un componente estructural de la membranaplasmática de una célula animal?

A) Colesterol.B) Fosfolípido.C) Triglicérido.D) Glicoproteína.E) Proteínas integrales.

RESPUESTAS

DMON-BT03

Preguntas 1 2 3 4 5Claves E E E D C

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