Resumen "Membrana plasmática"   (Capítulo 12 - Cooper)

Estructura de la membrana plasmática.La estructura fundamental de la membrana es la bicapa lipídica, que forma dos compartimientos, uno es el interior y el otro, exterior. Las proteínas que están dentro de la bicapa llevan a cabo funciones específicas de la membrana plasmática, incluyendo transporte selectivo de moléculas y el reconocimiento intercelular.     

Bicapa lipídica.Las membranas plasmáticas de las células animales contienen cuatro fosfolípidos principales: Fosfaditil colina, fosfadiletanolamina, fasfaditilserina y esfingomielina. Juntos, constituyen más de la mitad de los lípidos en la mayoría de las membranas y se distribuyen de manera asimétrica ente las dos mitades de la bicapa de la membrana. La capa externa de la membrana está compuesta principalmente por fosfaditilcolina y esfingomielina mientras que la capa interna está compuesta fosfatidietanolamina y fosfatidilserina.El fosfatidilinositol es muy importante pues, aunque es minoritario, desempeña un papel vital en la señalización celular. Fosfatidilserina y fostatidilinositol están cargados negativamente y por esto se encuentran predominantemente en la capa interna, otorgando así una carga neta negativa en la cara del citosol. Además de fosfolípidos, las membranas plasmáticas contienen glucolípidos y colesterol. Los glucolípidos se encuentran SOLAMENTE en la capa externa de la membrana plasmática con sus residuos hidrocarbonados expuestos a la superficie celular (Son componentes minoritarios). El colestero es un componente mayoritario de las membranas de las células animales. Dos características de las bicapas fosfolipídicas: 1) Estructura de los fosfolípidos es responsable de actuación de las membranas como barreras entre dos compartimientos acuosos. Membrana es impermeable a moléculas hidrosolubles debido a que el interior de la molécula está ocupado con cadenas de ácidos grasos hidrofóbicos. 2) Las bicapas que se encuentran en la naturaleza son fluidos viscosos, no sólidos. La mayor parte de los de los ácidos grasos de los fosfolípidos tienen uno o más enlaces dobles (Los cis tienen codos que dificultan su empaquetamiento), por lo que las cadenas largas hidrocarbonadas de los AG se mueven libremente en el interior de la membrana, haciendo la misma ligera y flexible. Los fosfolípidos y proteínas son libres de difundirse lateralmente dentro de la membrana.El colesterol es un anillo rígido. No formará una una membrana por sí mismo pero se inserca dentro de la bicapa de fosfolípidos con sus grupos polares hidroxilo próximos a la cabeza de los fosfolípidos. Dependiendo de la temperatura, el colesterol tiene efectos diferentes sobre fluidez de membrana (Altas: Interfiere con el movimiento de AG de los fosfolípidos, lo qeu disminute la fluidez de la parte externa de la membrana y reduce la permeabilidad a moléculas pequeñas. Bajas: Efecto opuesto. Protege a membranas de congelarse y mantiene fluidez de membrana). Colesterol es componente principal en células animales (No presente en bacterias ni células vegetales). Se sugiere que no todos los lípidos se difunden libremente por membrana plasmática.

Proteínas de membrana.Mientras los lípidos son elementros estructurales fundamentales, hay proteínas específicas responsables de funciones específicas de la misma. La mayor parte de las membranas plasmáticas están compuestas por un 50%lípidos y 50% proteínas en peso y los hidrocarburos y glucoproteínas son de un 5-10% de la masa. Modelo mosaico fluido: En este modelo, las membrana se consideran fluidos bidimensionales en los que las proteínas se insertan dentro de bicapas lipídicas. Existen dos clases de proteínas: Integrales y periféricas. Las primeras NO se insertan dentro de la bicapa, sino que se asocian indirectamente con la membrana a traves de interacciones proteína-proteína que implican, casi siempre, enlaces iónicos. Mucas de estas proteínas son las mismas periféricas con porciones expuestas a ambos lados de la bicapa. Los detergentes destruyen estas membrabas. La porción de las proteínas transmembrana que atraviesa la membrana son generalmente alfa hélices de 20-25 A hidrofóbicos. La mayoría de proteínas transmembrana atraviesan la membrana pero no siempre es así. Una excepción son las porinas. Otro tipo de proteínas (Que se comportan muy parecido a las integrales), se unen a la membrana plasmática por medio de uniones covalentes a lípidos o a glicolípidos. Muchas se unen mediante anclajes de glicosilfosfatidilinositol (GPI). Estos anclejes se añaden a determinadas proteínas que se transfieren al RE y se unen a la membrana por su región C. El fragmento transmembrana se escinde cuando se añade el ancleje de GPI. Otras proteínas se unen a la capa interna de la membrana plasmática a través de lípidos asociados por enlace covalente (Se sintetizan en ribosomas libres). Muchas de las proteínas unidas a la capa interna

de la membrana plasmática desempeñan un papel importante en transmisión señales desde receptores superficie celular a dianas intracelulares.

Movilidad de las proteínas transmembrana.Proteínas de membrana y fosfolípidos no pueden saltar hacia adelante y atrás entre capas interna y externa a velocidad apreciable. Sin embargo, si se insertan en bicapa lipídica fluída, proteínas y lípidos se difunden lateralmente a través de membrana. No todas proteínas son capaces de difundirse libremente en membrana pues, en algunos caos, su movilidad se restringe por su asociación con el citoesqueleto.

Las membranas plasmáticas de células epiteliales se dividen en dominios apical y basolateral. Las proteínas de la membrana plasmática está restringida a los dominios pertinentes de la superficie celular. Uniones estrechas: Sellan espacio entre células y sirve de barrera para impedir movimiento lípidos y proteínas de membrana y, entonces, proteínas son capaces de difundir dentro de dominio apical y basolateral pero no cruzar de un dominio a otro. Balsas lipídicas: No se conoce bien su función pero están enriquecidas con colesterol y proteínas ancladas a GPI además de diversas proteínas quinasas (Permite agrupación necesaria para procesos cmo endocitosis y señalización mediada por receptores.

Glucocálix.Porciones extracelulares generalmente se encuentran glicosiladas, por lo tanto, superficie de la célula se encuentra cubierta de un manto de carbohidratos conocido como glucocálix, constituido  por los oligosacáridos de los glicolípidos y glicoproteínas transmembrana. Funciones: 1)Proteger superficie celular (Ejemplo leucocitos:Adhesión leucocitos y células endoteliales. Selectinas se unen a oligosacáridos específicos expresados en la superficie de los leucocitos).

Transporte de moléculas pequeñasMembrana plasmática es selectivamente permeable a moléculas pequeñas. Las proteínas de transporte específico (Proteínas transportadoras carriers y de canal) son responsable del tránsito de moléculas pequeñas a través de la membrana.

Difusión pasiva.Mecanismo más sencillo en el que moléculas atraviesan la membrana plasmática. En este mecanismo, la molécula se disuelve en bicapa fosfolipídica, se difunde a través de ella y se disuelve en solución acuosa al otro lado de membrana. No interviene ninguna proteína de membrana y dirección del transporte viene determinada por concentraciones relativas dentro y fuera célula. Flujo neto se produce a favor de gradiente concentración (De mayor a menor concentración). Difusión pasiva es proceso no selectivo y cualquier molécula capaz de disolverse en bicapa lipídica, es capaz de atravesar membrana (Si es pequeña y relativamente hidrofóbica). Gases, moléculas hidrofóbicas y moléculas pequeñas que son polares pero sin carga (Agua y etanol), son capaces de difundirse por membrana. No atraviesan moléculas grande ni moléculas cargadas.

Difusión facilitada y proteínas transportadoras.Implica movimiento de moléculas en dirección determinada por sus concentraciones relativas dentro y fuera de la molécula. No interviene fuente de energía interna (Se mueven a través de gradientes de concentración o por potencial eléctrico). A diferencia de difusión simple, estas moléculas no se disuelven en bicapa fosfolipídica sino que que transporte es mediado por proteínas que permiten a las moléculas transportadas atravesar membrana sin interaccionar con interior hidrofóbico (Lo que permite el paso de moléculas cargadas y polares).Hay dos clases de proteínas: proteínas transportadoras y proteínas de canal. Las primeras se unen en un lado de la membrana a las moléculas específicas que han de ser transportadas; luego sufren un cambio conformacional que permite molécula pase membrana y se libere del otro lado. Las segundas forman poros abiertos a través de la membrana y permiten libre difuión de cualquier molécula de tamaño y cargas apropiadas. Las proteínas transportadoras facilitan difusión AA, nucleósidos y azúcares.

Canales iónicos.Las proteínas de canal forman poros abiertos en la membrana permitiendo el paso de moléculas pequeñas y carga apropiada. También hay poros específicos para pasar el agua

(Acuaporina). Los canales iónicos son los que intervienen en el tránsito de los iones a través de la membrana plasmática. Tres propiedades canales iónicos:1) Transporte es extremadamente r<pido.2) Canales iónicos son altamente selectivos (Restringe paso a iones de tamaño y carga apropiados).2) No se encuentran propiamente abiertos sino que viene regulada por puertas que se abren por estímulos específicos. Algunos, llamados canales regulados por ligando, se abren en respuesta a unión de neurotransmisores y otros, llamados canales regulados por voltaje, se abren en respuesta a estímulos eléctricos.

Flujo de iones a través de canales depende de que se forme gradiente iónico a través de membrana plasmática. Ejemplo: Bomba sodio-potasio. Ecuación de Nernst: Relación entre concentración iónica y potencial de membrana. Potencial de membrana: Voltaje existente cuando célula está en reposo.Una variación pequeña del potencial de membrana (Que la membrana se vaya haciendo progresivamente más positiva), provoca la rápida apertura de los canales de Na, lo que permite el flujo de este ión hacia el oterior de la célula, motivado por su gradiente como por el potencial de membrana. La repentina entrada de Na causa una gran alteración en el potencial de membrana (Aumenta a cerca de +30mV). En ese momento se inactivan los canales de Na y se abren los de K que son regulados por voltaje, aumentando la permeabilidad de la membrana al K. Entonces el K sale rápidamente de la célula,por el potencial de membrana como por el gradiente de concentración del K lo que provoca que el potencial de membrana descienda rápidamente. Entonces se inactivan los canales de K regulados por voltaje y el potencial de membrana retorna a su nivel de reposo. Canal es impermeable a carga negativa como la del Cl. Canales regulados por voltaje presentan un mayor grado de selectividad iónica; canales de Na son diez veces más permeables al K que al Na pues Na es más pequeño que K y canales de K son más estrechos.

Transporte activo dirigido por hidrólisis ATP.Flujo neto de proteínas transportadoras como de canal es energéticamente favorecido en dirección que determine gradiente electroquímico a través de membrana. En muchos casos, debe transportarse moléculas contrario a su gradiente de concentración. En el transporte activo se utiliza energía proporcionada por otra reacción acoplada. Las bombas iónicas son responsables de mantener el gradiente iónico a través de la membrana plasmática. La concentración de Na es superior fuera de las células mientras que la de K es mayor dentro de las células. Estos gradientes iónicos se mantienen por la bomba de Na+ -K o bomba ATPasa NaK que utiliza energía derivada de la hidrólisis de ATP para transportar Na y Ka contra sus gradientes electroquímicos. Este proceso es el resultado de una serie de cambios conformacionales dirigidos por el ATP.1) Iones NA se unen a sitios alta afinidad dentro de la célula. Se estimula hidrólisis ATP y fosforilación de la bomba. Se induce cambio conformacional que expone sitios de unión de Na al exterior de célula y reduce su afinidad por Na.2) Na fijado en células se libera por fluidos extracelulares. Sitios de unión de K se exponen a superficie celular.3) Unión de K extracelular estimula a hidrólisis grupo fosfato unido a la bomba, lo que induce un segundo cambio conformacional que expone sitios de unión de K al citosol y disminuye su afinidad y K es liberado a interior de célula.Bomba tiene tres sitios de unión para el Na y dos para el K por lo que en cada ciclo se transportan tres Na y dos K a costa de una molécula de ATP.

Transportadores ABC.La mayor familia de transportadores de membrana se llaman transportadores ABC llamados porque se caracterizan por unos sitios de unión a ATP (ATP-binding-cassettes).

Transporte activo dirigido por gradientes iónicos.Las bombas iónicas y transportadores ABC utilizan la energía derivada directamente de la hidrólisis de ATP para transportar moléculas contra sus gradientes electroquímicos. Las células epiteliales son un buen ejemplo de transporte activo dirigido por gradiente Na. La toma de glucosa se lleva a cabo por un transportador que transporta coordinadamente dos iones de Na y una glucosa hacia dentro de la célula. El flujo de Na a favor de su gradiente electroquímico proporciona energía requerida para tomar glucosa de la dieta y acumular altas concentraciones intracelulares de glucosa.

La entrada de glucosa y Na es un ejemplo de simporte, dos moléculas en la misma dirección. Difusión facilitada de glucosa es ejemplo de uniporte, transporte de una molécula. También puede ser antiporte, dos moléculas se transportan en direcciones opuestas (Ej: Na-Ca -->Na hacia adentro y Ca hacia afuera o Na-H que acopla transporte Na hacia dentro célula y H hacia afuera, eliminando exceso de H producido por reacciones metabólicas).

Endocitosis.Material que se va a introducir es rodeado por una porción de la membrana plasmática que luego se invagina para formar una vesícula que contiene material ingerido.

Fagocitosis.Células engullen partículas grandes (Bacterias, desechos celulares). Pseudópodos rodean partícula y sus membranas se funden para formar una gran vesícula inracelular llamada fagosoma que se funden con los lisosomas, dando lugar a fagolisosomas en los que se va el material ingerido que se digiere por hidrolasas ácidas.

Endocitosis mediada por receptor.Macromoléculas que se van a introducir se unen a receptores específicos de la superficie celular y se acumulan en regiones especializadas de la membrana plasmática llamadas depresiones revestidas con clatrina. Las vesículas revestidas con clatrina se fusionan con endosomas tempranos y su contenido se distribuye bien para transportarse a los lisosomas o para reciclarse a membrana plasmática.

Hipercolesterolemia familiarMutaciones receptor LDL. No introducen LDL desde fluidos extracelulares por lo que se acumula colesterol. Cambio de tirosina por cisteína.

Tráfico proteínas en endocitosis.LDL unido a su receptor se internaliza en vesículas revestidas de clatrina que se desprenden de sus revestimientos y se fusionan con endosomas tempranos. Con el pH ácido de estos endosomas tempranos, LDL se disocia de su receptor y los materiales de la endocitosis se clasifican para 1) degradarse en lisosoma o 2) reciclarse a membrana plasmática. LDL se transporta desde endosomas tempranos a tardíos en grandes vesículas transportadoras que portan hidrolasas lisosómicas desde Aparato de Golgi y se fusionan con endosomas tardíos que maduran a lisosomas. LDL se degrada y se libera colesterol y receptor LDL se recicla.

Paredes celulares y matriz extracelular.Paredes celulares bacterianas--> Determinan forma célula a consecuencia de presión osmótica.Diferencia paredes celulares: Peptidoglucano (Cadenas lineales de polisacáridos entrelazadas por péptidos cortos).Gramnegativas-->Rodeada de pared celular delgada por debajo de membrana externa (Capas: Membrana externa-Pared celular-membrana plasmática).Grampositivas--> Carecen de membrana externa y tienen pared celular gruesa (Capas: Pared celular gruesa-Membrana plasmática).

Matriz extracelular.Constituida por proteínas secretadas y polisacáridos. Rellena espacios entre células y une entre sí células y tejidos. Un tipo es la lámina basal sobre la que descansan células epiteliales, las sostiene, rodea células musculares, adiposas y nervios periféricos. Matriz extracelular muy abundante en tejido conectivo.Proteína estructural principal de matriz extracelulas es el colágeno.FAMILIAS:Tipo I -Tejido conectivoTipo II - Cartílago y humor vítreoTipo III- Tejidos conectivos extensibles (Piel, pulmón).Tipo IV - Láminas basalesTipo VII - Zonas unión de láminas basales a tejido conectivo subyacente

Patologías asociadas al colágeno- Osteogénesis imperfecta (Deficiencia colágeno tipo I)

- Escorbuto (Hidroxilación incompleta)- Ehler-Danlos (Mutación genes colágeno-Hidroxilación lisina)- Menkes (Deficiencia Cu+)

Tejidos conectivos contienen fibras elásticas que son frecuentes en órganos que se extienden y vuelven a su forma original (Pulmones, por ejemplo). Se componen de elastina, que forma red con puentes cruzados.Glucosaminoglicanos (GAG), unidades repetidas de disacáridos. Propoarcionan soporte mecánico a matriz extracelular. Proteoglicanos están constituidos por un 95% de poliscaáridos en peso: GAG+Proteínas.Proteínas de adhesión: Fibronectina, glicoproteína disimétrica constituida por dos cadenas polipeptídicas y contiene cerca de 2500 AA. Se dispone en la matriz extracelular a modo de red de fibrillas mediante puentes disulfuro.

Lámina basal contiene una proteína de adhesión disitinta denominada laminina. Se autoensamblan en polímeros con forma de red. Principales receptores celulares de superficie responsables de unión células son integrinas.

RECORDAR DEL LAB:- Adhesiones focales y hemidesmosomas.- Uniones adherentes y desmosomas

Desmosomas y hemidesmosomas unen por filamentos intermediosAdhesiones focales y hemidesmosonas unen por filamentos actina.

Adhesiones focales y hemidesmosomas unen células a matriz extracelularUniones adherentes y desmosomas unen dos células.

Patologías: Ligada a desmosoma y cadherinas: Pénfigo vulgaris                 Ligada a hemidesmosoma e integrina: Pénfigo ampolloso.

Proteínas de adhesión celularCuatro grupos:- Selectinas (Median interacciones transitorias entre leucocitos y células endoteliales o plaquetas sanguíneas).- Integrinas- Superfamilias de las inmunoglobulinas (Ig)- Cadherinas

Uniones tipo gap.Conexión directa entre citoplasmas de células adyacentes. Proporcionan canales abiertos a través de membrana plasmática constituidas por conexinas. Permiten tránsito de algunas moléculas de señal.