LIC. CESAR AUGUSTO LEN ARELLANO.Estructura qumica de una membrana. Diferencia entre membrana celular y una membrana intracelular, la composicin es la misma, al comparar la membrana de una mitocondria con una membrana celular, la composicin de los componentes, en la mitocondria hay ms protenas. Las protenas estn constituidas de aminocidos a travs de uniones amnicas (grupo amino con grupo carboxilo).12 DE OCTUBRE DEL 2014PRESENTAN: JUAN CARLOS LOPEZ MONTEJOJARED SARAI OVALDO BRISEOHILDA CRISTEL ARELLANOMITSLY YAXKIN CARBEO HERNANDEZCELENA CAMBRANO ZACARIASBIOLOGIA.INTRODUCCIONLa membrana celular es conocida tambin como Plasmalemma, membrana celular o Citoteca. Los descubridores de la organizacin en cuanto a su composicin qumica son Danieli-Davson quien propuso el modelo de Unidad de Membrana y Snger- Nicholson quien propuso el modelo de Mosaico Fluido el mas aceptado hasta la actualidad.En este trabajo de investigacin abarcaremos los temas la estructura de la membrana celular continuando con los subtemas que de esta se derivan como los de mosaico fluido, funcin de la celula, en este caso la membrana celular para lo cual tendremos que conocer un poco de lo que es la clula de la membrana.Una celula viva es un sistema de moleculas que se autorreproduce dentro de un recipiente. El recipiente es la membrana plasmatica una pelicula lipidica tan delgada y transparente que no puede ser visualizada directamente al microscopio optico. Su construccion es muy sencilla, basada en una lamina de moleculas lipidicas de aproximadamente 5 nm es decir, de unos 50 atomos de grosor. Sin embargo, sus propiedades son diferentes a las de cualquier otra lamina de un material que nos sea familiar del mundo que nos rodea.

Estructura de la membrana celular.Membrana celular.Lamembrana plasmtica, plasmalema o membrana celular como muchos le conocemos es unabicapa lipdicaque delimita todas lasclulas. Es una estructura laminada formada porfosfolpidos,glicolpidosyprotenasque rodea, limita, da forma y contribuye a mantener el equilibrio entre el interior (medio intracelular) y el exterior (medio extracelular) de las clulas. Regula la entrada y salida de muchas sustancias entre elcitoplasmay el medio extracelular. Es similar a las membranas que delimitan losorgnulosdeclulas eucariotas.La aparicin de la membrana plasmtica fue un paso crucial en el origen de las primeras formas de vida; sin ella, la vida celular es imposible. La membrana plasmtica, que rodea a todas las clulas, define la extensin de la clula y mantiene las diferencias esenciales entre el contenido de sta y su entorno. Esta membrana es un filtro, altamente selectivo, que controla la entrada de nutrientes y la salida de los productos residuales y, adems, genera diferencias en la concentracin de iones entre el interior y el exterior de la clula. La membrana plasmtica tambin acta como un sensor de seales externas, permitiendo a la clula alterar su comportamiento en respuesta a estmulos de su entorno.

Esta es la membrana conocida como plasmtica y algunos de sus componentes, para su correcta apreciacin.

La membrana plasmtica de la clula es una estructura altamente diferenciada. Cada tipo de clula tiene, en su membrana externa, protenas especficas que le ayudan a controlar el medio intracelular y que interaccionan con seales especficas de su entorno.

La arquitectura de la membrana plasmtica.

Todas las membranas biolgicas, incluidas la membrana plasmtica y las membranas internas de las clulas eucariotas, tienen una estructura general comn; se trata de agrupaciones de molculas lipdicas y proteicas, unidas por interacciones no covalentes.

las molculas lipdicas estn dispuestas en forma de una doble capa continua de 4-5 mm de grosor. Esta bicapa lipdica constituye la estructura bsica de la membrana y acta de barrera relativamente impermeable al flujo de la mayora de molculas hidrosolubles.

Las membranas celulares son estructuras fluidas,dinmicas; la mayora de sus molculas lipdicas y proteicas pueden desplazarse con rapidez por el plano de la membrana. Adems, las membranas son estructuras asimtricas; la composicin de sus dos caras se diferencia de manera que refleja las diferentes funciones realizadas por las dos superficies.

Los lpidos de membrana

Las molculas lipdicas son insolubles en agua, pero se disuelven fcilmente en disolventes orgnicos. Constituyen, aproximadamente, un 50% de la masa de la mayora de las membranas plasmticas de las clulas animales. Los tres tipos principales de lpidos de las membranas celulares son los fosfolpidos (los ms abundantes), el colesterol y los glucolpidos. Los tres tipos son anfipticos, es decir, tienen un extremo hidroflico (polar o que se siente atrado por el agua) y un extremo hidrofbico (no polar o que rehuye el agua). Por ejemplo, una molcula tpica de fosfolpido.

En esta imagen mostramos la clula fosfatidilcolina su formula y su estructura

Aunque cada membrana contiene una mezcla muy compleja de lpidos, hay marcadas diferencias en las proporciones con que aparecen distintos tipos en diferentes membranas. Se desconoce cul es el significado funcional de tales diferencias. En algunos casos se sabe que un determinado tipo de lpido desempea un papel especfico.

Para tener mas en claro pondremos el siguiente ejemplo algunos de estos son intermediarios especficos de procesos llevados a cabo en la membrana, como la hidrlisis de ciertos fosfoinostidos, asociada a la activacin de algunos receptores. Otros podran actuar como receptores, papel que se ha dado a ciertos glucolpidos en la unin de algunas toxinas y virus.

A pesar de su diversidad estructural, los fosfolpidos y glucolpidos son compuestos anfipticos. Cuando las molculas anfipticas estn rodeadas por todas partes por un ambiente acuoso, tienden a agregarse escondiendo sus colas hidrofbicas y dejando expuestas sus cabezas hidroflicas. Esto lo pueden hacer de dos maneras: pueden formar micelas esfricas, con las colas hacia el interior, y pueden formar lminas bimoleculares o bicapas, con las colas hidrofbicas escondidas entre dos capas de cabezas hidroflicas

La bicapa lipdicaLa bicapa lipidica se ha establecido como la base universal de la estructura de la membrana celular. Sus propiedades son las responsables de las propiedades generales de las membranas celulares. Empezaremos esta seccion considerando de que forma la estructura de la bicapa es una consecuencia del comportamiento de las moleculas lipidicas en un medio acuoso.

Los lipidos de las membranas celulares combinan dos propiedades muy distintas en una misma molecula: tienen una cabeza hidrofilica ("que se siente atraida por el agua") y una o dos colas hidrocarbonadas hidrofobicas ("que rehuyen el agua").

Los lipidos de membrana ms abundantes son los fosfolipidos, en los cuales el grupo del extremo hidrofilico se encuentra unido al resto de la molecula por medio de un grupo fosfato. En la mayoria de membranas celulares el tipo mas comun de fosfolipido es la fosfatidilcolina, que tiene una pequena molecula de colina unida a un fosfato como cabeza hidrofilica y dos largas cadenas hidrocarbonadas como colas hidrofobicas

Dibujo esquemtico de unatpica molcula lipidica de la membrana.

Otra de las propiedades de las bicapas lipidas de las membranas lipidas es que son asimtricas, en las membranas plasmticas que han sido analizadas la composicin lipidicas de las dos mitades de la bicapa lipidas es marcadamente diferente.

Liposomas Electronmicrografia de vesiculas de fosfolipidos (liposomas) que muestra la estructura de la bicapa de la membrana.Esquema de un pequeno liposomas esferico visto en seccin transversal.

Las protenas de membranaLa bicapa lipidica es la estructura basica de todas las membranas biologicas y actua de barrera de permeabilidad, pero la mayoria de las funciones especificas de la membrana las desempenan las proteinas de membrana. En las celulas animales, las proteinas constituyen cerca del 50% de la masa total de la mayoria de membranas plasmaticas, mientras que la otra mitad de la masa son lipidos y una cantidad relativamente pequena de carbohidratos. Sin embargo, las moleculas lipidicas son mucho mas pequenas que las moleculas de proteina, por lo que por cada molecula de proteina hay alrededor de 50 moleculas de lpidos.

Algunas funciones de las protenas de la membrana plasmtica

Las proteinas de membrana realizan muchas otras funciones, ademas de transportar nutrientes, metabolitos, o iones a traves de la bicapa lipidica. Algunas de ellas unen macromoleculas a la membrana, a uno u otro lado. Otras actuan como receptores que detectan senales qumicas en el ambiente celular y las transmiten al interior de la celula; otras, como las enzimas, catalizan reacciones especificas. Cada tipo de membrana presenta un juego diferente de proteinas, lo cual refleja las funciones particulares de una membrana determinada. En esta parte del capitulo discutiremos la estructura de las proteinas de membrana e ilustraremos las distintas maneras en que se asocian con la bicapa lipidica.

Las proteinas de membrana pueden estar asociadas a la bicapa lipidica de varias Maneras Las proteinas se pueden asociar a la bicapa lipidica de una membrana celular de tres maneras principales

1. Muchas proteinas de membrana atraviesan la bicapa lipidica de forma que parte de su masa se situa a cada lado de la membrana. Estas protenas transmembrana, al igual que sus vecinas lipidicas, tienen regiones hidrofilicas e hidrofobicas. Las regiones hidrofobicas se situan en el interior de la membrana en contacto con las colas hidrofobicas de las moleculas lipidicas.2. Otras proteinas de membrana se hallan localizadas completamente en el exterior de la bicapa, unidas a la bicapa unicamente por medio de una o mas uniones covalentes con grupos de lpidos.3. Otras proteinas estan unidas de manera indirecta a un lado u otro de la membrana solo mediante interacciones con otras proteinas de membrana.

Todas las proteinas de membrana presentan una orientacion caracteristica: por ejemplo, una proteina transmembrana siempre tiene la misma region proteica en contacto con el citosol. La orientacion es una consecuencia de la manera por la que se ha sintetizado la protena.

Distintas formas de asociacion de las proteinas de membrana con la bicapa lipidica:

(A) Las proteinas transmembrana pueden atravesar la bicapa como helices sencillas, como helices ultiples, como laminas cerradas (barril ).(B) Otras proteinas de membrana estan unidas a la bicapa solamente mediante union covalente a las moleculas de lipidos (lineas rojas en zig zag).(C) Finalmente, muchas proteinas de membrana estan unidas a la membrana mediante interacciones no covalentes relativamente debiles con otras proteinas de membrana.

Para comprender totalmente una proteina es necesario conocer con todo detalle su estructura, lo cual no es facil en el caso de las proteinas de membrana. La mayoria de procedimientos bioquimicos han sido disenados para trabajar con moleculas disueltas en agua o en disolventes sencillos; sin embargo, las proteinas de membrana estan disenadas para trabajar en un ambiente que es parcialmente acuoso y parcialmente lipidico: sacarlas de este ambiente y purificarlas manteniendo su estructura, es un trabajo arduo.

Para estudiar detalladamente una proteina determinada es necesario separarla del resto de proteinas. Para la mayoria de proteinas de membrana esta primera etapa del proceso de aislamiento implica la solubilizacion de la membrana con agentes que destruyen la bicapa lipidica y rompen las asociaciones hidrofobicas.

Para ello los mas utiles son los detergentes, molculas parecidas a lipidos, anfipaticas y pequenas, con regiones hidrofilicas y regiones hidrofobicas. Los detergentes se diferencian de los fosfolipidos de membrana en que disponen de una sola cola hidrofobica y, por tanto, se comportan de un modo significativamente distinto. Debido a su cola hidrofobica sencilla, las moleculas de detergente adoptan formas mas parecidas a los conos que a los cilindros y en el agua tienden a agregarse en pequenos grupos llamados micelas, en lugar de formar bicapas mas cilindricas, como los fosfolipidos.

Estructura de dos detergentes utilizadoshabitualmenteEl dodecil sulfato sodico (SDS) es un detergente ionico fuerte (es decir, que tiene un grupo ionizado en su extremo hidrofilico), y el Triton X- 100, es un detergente no ionico suave (es decir, tiene una estructura no ionizada pero polar en su extremohidrofilico). La porcion hidrofobica de cada detergente se muestra en verde, y la porcion hidrofilica en rojo. Observese que la zona marcada entre corchetes del Triton X-100 se repite unas ocho veces. Los detergentes ionicos fuertes como el SDS, no solo desplazan las moleculas lipidicas de las proteinas sino que tambien producen un desplegamiento de estas proteinas.

Modelo de mosaico fluidoMediante anlisis bioqumicos y observacin por microscopa electrnica, se han elaborado diversos modelos de membranas biolgicas. Actualmente se sigue el modelo de SINGER & NICHOLSON (1972), denominado modelo del mosaico fluido.Este modelo tiene las siguientes caractersticas:

Considera a la membrana como un mosaico fluido en el que la bicapa lipdica es el cementante y las protenas estn embebidas en ella, interaccionado unas con otras y con los lpidos, presentando un movimiento lateral. Este movimiento presenta ciertas limitaciones.

Las protenas integrales estn dispuestas en mosaico.Las membranas son estructuras asimtricas en cuanto a la distribucin de todos sus componentes qumicos (lpidos, protenas, glcidos)

De lado izquierdo una imagen de los componentes del modelo de mosaico fluido

Fisiologa de la membrana citoplasmtica

La membrana es un filtro selectivo bidireccional. Puesto que su interior es hidrofbico, impide todas las molculas solubles en agua. Sin embargo, su permeabilidad selectiva permite la salida de catabolitos y algunas sustancias sintetizadas; igualmente, permite la entrada hacia el citosol de molculas necesarias para su integridad metablica.

Transporte a travs de la membrana

la membrana posee mecanismos para transportar fsicamente molculas, permitiendo que las clulas dejen pasar metabolitos necesarios para la sntesis de macromolculas y libere los productos derivados del catabolismo y sustancias de secrecin. por lo tanto, se podra decir que se comporta como una barrera semipermeable, permitiendo el paso, mediante diversos mecanismos, de sustancias en contra o a favor de un gradiente de concentracin osmtico o eltrico.

TRANSPORTE DE SUSTANCIAS DE BAJA MASA MOLECULAR:Transporte pasivo

Se hacen a favor de un gradiente; por lo tanto, este transporte no gasta energa. Difusin simple: Por este mecanismo entran en la clula sustancias solubles como O2, CO2; etanol, urea, etc., deslizndose por los fosfolpidos. Las molculas que pueden pasar no tienen carga.

Las denominadas protenas de canal forman canales acuosos a travs de la bicapa lipdica que permite el paso de sustancias cargadas elctricamente a favor de un gradiente de concentracin.

Difusin facilitada: Se transportan molculas polares como glcidos, nucletidos, aminocidos, etc., siempre se produce a favor de un gradiente electroqumico y es efectuada por unas protenas que se denominan protenas transportadoras o carriers. Cuando se unen a la molcula que tienen que transportar, sufren un cambio de conformacin que ayuda a las molculas en su paso por el canal.

TRANSPORTE PASIVOTransporte activo

Se realiza en contra de un gradiente de concentracin, de presin osmtica o bien elctrica; siempre se realiza con un consumo de energa. Solo lo pueden hacer cierto de tipo de protenas. Un ejemplo clsico es la bomba de sodio-potasio que realizan las neuronas en el SN:

Potencial de accin

El movimiento de los iones a travs de una membrana celular neuronal se debe fundamentalmente a dos efectos:difusin: en presencia de un gradiente de concentracinatraccin elctrica: en presencia de un campo elctrico.

Adems las protenas (neurotransmisores) tienden a salir de la neurona, sin embargo, no pueden hacerlo por su radio inico que es muy grande.

En condiciones normales, en el interior de la clula neuronal hay una concentracin 20 veces superior que en el exterior de iones de K+. Ello hace que a travs de los canales de K+ se produzca un flujo de iones hacia el exterior. Este flujo a su vez hace que el interior de la clula adquiera una carga negativa, que tiende a contrarrestar el flujo debido a la difusin.

Bibliografa Tomado y modificado deALBERTS B. BRAY D. JOHNSON A. LEWIS J. RAFF M. ROBERTS K. WATSON J.:Introduccion a la Biologia Celular 1a edicion, 1999 NEFROLOGIA. Vol. XIV. Nm. 4. 1994Biologa de la membrana celularA. ArrazolaDepartamento de Bioqumica, Escuela Universitaria de Ciencias de Ia Salud, Universidad Pblica de Navarra, Pamplona.