Dra. Mariana Lagadari

La membrana plasmática es esencial para la vida celular.

No solo define los limites de la célula sino también permite que la célula exista como una entidad

diferente de su entorno.

La membrana puede variar su forma permitiendo movimientos y desplazamientos de la célula

La membrana plasmática

• Compartimentalización: La membrana rodea todo el contenido de la célula, quedando aislado del medio.

• Barrera selectivamente permeable: La membrana impide el libre intercambio de materiales pero al mismo tiempo brinda el medio para comunicar un lado con el otro

• Transporte: la membrana regula el intercambio de materia entre el interior celular y su ambiente externo. Son mecanismos que por ejemplo garantizan la nutrición celular.

• Reconocimiento y comunicación: la membrana esta preparada para responder a señales externas.

Moléculas situadas en su parte externa actúan como receptores y señalizadores. Diferentes células poseen diferentes tipos de receptores de manera de responder a diferentes ligandos.

• Interacción celular

Media las interacciones entre las células Permite a las células reconocerse entre síPermite a las célula adherirse Permite a las célula intercambiar material e

información cuando es apropiado.

La estructura de la membrana plasmática es igual en todas las células y en todos las organelas

citoplasmáticas.

El núcleo, las mitocondrias y los cloroplastos están rodeados por dobles membranas con un

espacio intermembrana que las separa.

Componentes de la membrana plasmática

Técnicas especializadas como la difracción de rayos X permiten revelar los detalles de su

organización.

Membranas celulares de neuronas opuestas

Membrana plasmática

Raven

FosfolípidosGlucolípidosColesterol

Barrera semipermeable

Integrales o periféricas

Glucolípidos Glucoproteínas

Transporte comunicación Cubierta celular

“Glucocalix”

Bicapa lipídica Capa bimolecular formada fundamentalmente por fosfolípidos.

Fluido extracelular

citosol

7-9 nm

Base estructural de las membranas celulares

Propiedades importantes:

1.Interior hidrofóbicoBarrera impermeable. Previene la difusión de solutos hidrofílicos a través de la membrana. Función modulada por la presencia de proteínas que median el transporte de moléculas especificas.

2. EstabilidadLa bicapa lipídica es mantenida por fuerzas hidrofóbicas e interacciones de van der Waals entre las cadenas lipídicas. Ante condiciones extremas de pH, T° y fuerza iónica, la bicapa mantiene su estructura característica.

Lípidos: 3 clases

Todos anfipáticos pero difieren en su estructura química, cantidad y funciones

dentro de la membrana.

● Fosfolípidos

● Glucolípidos

● Colesterol

Fosfolípidos Derivados del Glicerol 3-fosfato. Ej: Fosfatidilcolina

Micelas: estructura esférica con las colas de los fosfolípidos (no polares) hacia adentro y, las

cabezas (polares) hacia fuera de la estructura, en contacto con el medio acuoso.

Bicapa: dos capas de fosfolípidos con las cabezas hacia afuera, en contacto con el medio acuoso, y las colas hacia el medio de la bicapa. Se cierra sobre sí misma y delimita un espacio

interno. Esta forma se llama mosaico.

Glucopílidos (2-10% de lípidos en membrana)

Con sustituciones de azucares: Cabeza polar

Ejemplos mas comunes:CEREBROSIDO (azúcar simple) y GANGLIÓSIDO (oligosacárido)

ColesterolAbundante en células de mamíferos.

Ausente en procariotas.

Factor determinante de la fluidez de la membrana biológica

Las células vegetales: esteroides propios de plantas: fitoesteroles

Proteínas de membrana

Las proteínas asociadas a una membrana en particular, le confieren su

actividad distintiva.

• Proteínas Integrales (o transmembrana)• Proteínas periféricas• Proteínas unidas a lípidos

Proteínas con orientación definida debido al entorno

Asociación de proteínas a la bicapa lipídica

Dominios dentro de la membrana, mueven

moleculas hacia afuera y hacia adentro de la célula

Dominios citoplasmáticos presentan funciones como anclado del citoesqueleto, disparar cascadas señales

Dominios extracelulares. Gralmente unen otras moléculas como proteínas señal, iones, pequeños metabolitos (glucosa) y moléculas de adhesión.

• Proteínas Integrales

Constan de 3 dominios:

Dominio citosólico (COOH) y dominio extracelular (NH2) superficies exteriores hidrofilicas que interactúan con la solución acuosa.

Dominio transmembrana contiene aa hidrofóbicos que interaccionan con las colas de los fosfolípidos. Estos dominios consiste en 1 o mas hélices que atraviesan la membrana (pasos transmembrana)

• Proteínas Periféricas

En la cara citoplasmáticao externa de la membrana plasmática

Generalmente se unen a la membrana indirectamente a través de interacciones con la cabeza polar de lípidos o con proteínas integrales.

Orientadas al citoplasma → tienen funciones de enzimas, de transductores de señales o son proteínas estructurales que estabilizan la membrana.

Ej. los filamentos del citoesqueleto estan asociados a través de una o mas proteínas perifericas adaptadoras

• Proteínas ancladas a lípidos

Están unidas covalentemente a una o mas moléculas lipídicas. La proteína por si misma no entra en la bicapa.

En la cara citoplasmática o externa de la membrana plasmática.

La cola hidrocarbonada de lípido unido se encuentra embebido en la membrana de manera que la ancla .

Glucocalix

Conjunto de cadenas de

oligosacáridos que aparecen en la

cara externa de la membrana celular.

• Participa en la adhesión de tejidos y recepción de antígenos específicos para cada célula.

• Protege a las células de lesiones.

• Confiere viscosidad a las superficies celulares, permitiendo desplazamiento de células en movimiento.

• Interviene en fenómenos de reconocimiento celular: Fecundación, células a parasitar de virus y bacterias

Si bien la composición lipídica de la membrana determina las características

físicas de esta, la contribución de las proteínas es responsable de las propiedades funcionales de la

membrana.

Asimetría: funcionalmente importanteLas superficies exterior e interior de la membrana difieren en su composición

La mayor diferencia radica en la presencia de glúcidos en la superficie externa

La proporción de lípidos y proteínas varia según el tipo de membrana celular (plasmática, del RE, complejo de Golgi) el tipo de organismo (procariota, vegetal, animal) y del tipo de célula (muscular, hepática).

Estas diferencias tienen que ver con la funcionalidad de las distintas membranas.

Ej: la vaina de mielina, un aislante eléctrico que envuelve a la neurona:

una gruesa capa de lípidos (alta resistencia eléctrica) y mínimo

contenido de proteínas.

La membrana flexible de los eritrocitos les permite escurrirse por los delgados

capilares sanguíneos

Caracterizados por la deformabilidad celular y la permeabilidad selectiva de su membrana. Al

envejecer la célula, la membrana se hace rígida, permeable y el eritrocito es destruido en el bazo

Modelo mosaico fluido Singer and Nicolson, 1972

La membrana plasmática es un mosaico fluido, semipermeable y asimétrico

• Lípidos y proteínas pueden desplazarse por la bicapa• Proteínas embebidas en la red de fosfolípidos• Membranas asimétricas

Considera a la membrana como estructura dinámica cuyos componentes son móviles con capacidad para reunirse y participar de interacciones transitorias de diferentes tipos.

Los lípidos se presentan en estado “liquido” capaces de girar y desplazarse libremente

http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/lipids/membrane%20fluidity.swf

►

El grado de fluidez de la bicapa lipídica depende de la composición lipídica, la estructura de las colas

de los fosfolípidos hidrofóbicos y de la temperatura

Factores que afectan la fluidez

1. La relación entre las cadenas de ácidos grasos saturadas e insaturadas influyen de manera decisiva en la fluidez de la membrana.

Largo y grado de saturación

2. Cantidad de colesterol presente↑Colesterol ↓ fluidez

Aumenta la rigidezColesterol Agrega orden

Previene congelamiento

Las moléculas de colesterol se intercalan en la bicapa. Los anillos esteroideos interaccionan con las colas hidrocarbonadas de los fosfolipidos tendiendo a inmobilizarlos, y de esta manera disminuye la fluidez.

Cómo?

Microscopia electrónica de Criofractura y Criograbado

Proporcionan visión del exterior e interior celular.

CriofracturaLas células se congelan en un bloque de hielo que a continuación se rompe con una cuchilla. La fractura deja al descubierto estructuras internas.

Criograbado se pulveriza carbón sobre el espécimen, aún congelado y se obtiene un réplica criograbado que se utiliza para su observación al MET.

Funciones de las proteínas de la membrana plasmática

Transporte Enzima Receptores de superficie

Marcador de superficie celular Adhesión célula-célula Adhesión al citoesqueleto

Función de la membranaTransporte

Intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a través de la membrana

plasmática se conoce como transporte celular

Este mecanismo le permite a la célula:

expulsar de su interior los desechos del metabolismo. movilizar sustancias que sintetiza. incorporar nutrientes disueltos en el agua.

Permeabilidad de la membrana

Existe un control de intercambio que permite proteger la integridad de cada

célula, mantener las estrictas condiciones de pH y las concentraciones iónicas que permiten el desarrollo de sus procesos metabólicos y la coordinación de sus

actividades.

La membrana plasmática es muy permeable al agua pero poco permeable a sales y pequeñas moléculas como azucares y aminoácidos.

La permeabilidad de una membrana depende de las propiedades físicas y químicas que resultan de su estructura y también de las propiedades

físicas y químicas de las sustancias que interactuaran con la membrana

Semipermeable o permeabilidad selectiva

Permeabilidad al aguaLas moléculas de agua se mueven a través de la membrana semipermeable desde una región de menor concentración de solutos hacia otra de mayor concentración con tendencia a igualar la concentración de solutos.

ÓsmosisÓsmosis

En condiciones normales, in vivo, canales iónicos en la membrana plasmatica controlan el movimiento de iones hacia afuera y hacia adentro de la célula, de modo que

no hay movimiento neto de agua y se mantiene el volumen celular.

ÓsmosisDifusión del agua a través de una membrana que

separa soluciones de diferente concentración.

Mayor potencial hídrico Menor concentración de soluto HipotónicaMenos potencial osmótico

Menor potencial hídricoMayor concentración de solutoHipertónicaMayor potencial osmótico

EL AGUA SE MUEVE A TRAVES DE UNA MEMBRANA SEMIPERMEABLE

Efecto de la ósmosis en las células

Hipertonica HipotonicaIsotonica

Efecto de la concentración iónica externa en el movimiento de agua a través de la membrana plasmática

Acuaporinas (AQPs)

Proteínas de las membranas de las células que son capaces de transportar moléculas de agua.

Pueden activarse o desactivarse por diferentes mecanismos de regulación

Turgencia

Perdida de turgencia

La vacuola central es hipertónica con

respecto al medio, por lo tanto gana agua. La expansión de la célula

vegetal madura es contenida por la pared

que ya no crece.

La pared celular protege a las células ante condiciones hipotónicas o hipertónicas.

Es así que, las células rodeadas por una pared pueden crecer en medios con

fuerzas osmóticas mucho menores a la de su citoplasma.

Bacterias, hongos y plantas

Pasivo

Proceso espontaneo mediante el cual una sustancia se desplaza a

favor de gradiente. Ej: O2, CO2 (liposolubles)

Transporte pasivo: Difusión simple

Por proteínas canal

Transporte pasivo mediado por proteínas: Difusión facilitada

• Proteína canal que permite el paso de moléculas polares o iones.

• Son canales selectivos: solo permiten el paso de un determinado ion.

• Son bidireccionales, el flujo neto del ion depende del gradiente electroquímico.

• Son insaturables

Por Proteína carrier

Las moléculas grandes e hidrofilicas se une a la proteína y se trasporta a través de la membrana. Ej: glucosa, aminoácidosAl unirse el soluto a ser transportado, la proteína carrier cambia de conformación permitiendo la transferencia del soluto a través de la membrana.La dirección de transporte esta determinada por el gradienteEs saturable.

Transporte pasivo mediado por proteínas: Difusión facilitada

Las proteínas carrier se clasifican de acuerdo al tipo de molécula que transportan y en que sentido lo hacen:

UNIPORT: 1 soluto en un mismo sentido

CO-TRANSPORTE: 2 tipos de moléculassimporte: en la misma direcciónantiporte: en direcciones opuestas

Activo

Transporte activo mediado por proteínas

Proteínas carrier

La Proteína carrier utiliza energía para mover iones o moléculas en contra de su gradiente electroquímico.

Transporte acoplado

Una molécula es transportada a través de la membrana en contra de su gradiente por el co-transporte de iones sodio o protones.

Este transporte puede ser simporte o antiporte: el co-transporte puede darse en la misma dirección o en direcciones opuestas.

Transporte activo mediado por proteínas

Co-transporte Glucosa Na+

Transporte unidireccional de glucosa dirigido por Na

Co-transporte

Proteína transportadora que permite la

difusión facilitada de glucosa

Transportadores de glucosa que se encuentran en la mucosa del intestino delgado (SGLT1) y en las células del túbulo proximal de las nefronas en el riñón.

Bomba Na +/K + : bomba electrógena

Requiere Energía que es aportada por ATP-Actividad ATPasa Bombea activamente Na+ hacia el exterior y K + hacia el

interior en contra de sus gradientes electroquímicos. Mantiene el gradiente de solutos y la polaridad eléctrica de

la membrana (escaso sodio y abundante potasio intracelulares)

Mantiene el equilibrio osmótico bombeando Na+ al exterior.

1 ATP: 3Na+: 2K+

Potencial eléctrico, interior negativo

Na+ vuelve a entrar a favor de gradiente electroquímico y este impulsa el transporte de moléculas como glucosa, azúcares, aa.

Dado que:Medio extracelular contiene ↑ concentración iones inorgánicos( Na+ y Cl-) y el interior celular contiene ↑ concentración de solutos (moléculas orgánicas),

Bombas Iónicas

Concentraciones iónicas intra y extracelulares

Casi todas las membranas plasmáticas tienen una diferencia de potencial eléctrico -el potencial de membrana- en el que el

lado interno de la membrana es negativo respecto al lado externo

Uniendo los conceptos…

https://www.blendspace.com/lessons/cH3AHC-8gfy9EQ/transporte-celular

Los canales iónicos son proteínas que controlan el paso de iones, y por tanto el gradiente electroquímico a través de la membrana de toda célula viva.

Están involucrados en procesos como: la excitación del nervio y del músculo, la secreción de hormonas y neurotransmisores, el control del equilibrio hídrico y electrolítico, la regulación de la presión sanguínea.

Paso de Iones a través de la membrana

Reconocen y seleccionan los iones (pueden ser selectivamente permeables a uno o varios iones

Actúan como compuertas que se abren o se cierran en función de los estímulos externos:

•Canales regulados por ligandos

•Canales mecanosensibles

•Canales regulados por voltaje• Canal de Na+• Canal de K+• Canal de Ca++• Canal de Cl-

Canales Iónicos regulados

Se abren en forma transitoria en respuesta a cambio de potencial de membrana, canales regulados por voltaje, o por la unión de un

neurotransmisor, canales regulados por señal extracelular.

Las células nerviosas se han especializado en la utilización de canales iónicos para recibir,

conducir y transmitir señales

 El canal se abre ante la diferencia de potencial trasmembrana, y es selectivo para cierto tipo de iones debido a que el poro está polarizado y tiene un tamaño

similar al del ion.

El impulso nervioso y transporte a través de la membrana de una

célula nerviosa

Potencial de membranaDiferencia de voltaje a través de una membrana debido a un pequeño exceso de iones positivos de un lado y de iones negativos del otro.

Potencial de membrana plasmática -60mV

Células nerviosas

Canales de K+/Na+ permanentemente abiertos

Canales de K+/Na + regulados por voltajeSon responsables de la generación de potenciales de acción (impulso nervioso) de las neuronas.

Bomba de Na+/K+

Excitación rápida, transitoria y autopropagante de la membrana plasmática de una neurona. Los potenciales de acción o impulso nervioso permiten la señalización a largas distancias.

El interior de la membrana está cargado- con respecto al exterior.Esta diferencia de voltaje, la diferencia de potencial es el potencial de reposo de la membrana. Cuando el axón es estimulado, el interior se carga + con relación al exterior. Esta inversión de la polaridad se denomina potencial de acción.

El impulso nervioso viaja solo en una dirección porque el segmento de “atrás” tiene un periodo refractario luego de repolarizarse

Mecanismo de transporte a través de la membrana

celularmediado por vesículas(transporte en masas)

Endocitosis: Fagocitosis

Ejemplo: bacteria

Membrana plasmática

citoplasma

núcleo

Fagosoma

Ejemplo: células nodrizas alimentan al ovulo

Endocitosis: PinocitosisMembrana plasmática

citoplasma

núcleo

Endocitosis mediada por Receptor

Ejemplo: colesterol, LDLCambio en conformación del R de LDL: Altos niveles colesterol en sangreNo recubrimiento con clatrina: no hay incorporaciónrewa de LDL

Clatrina Receptor

especifico

ExocitosisProducto secretado

citoplasma

Vesícula secretoria

Membrana plasmática

Ejemplo: Secreción de hormonas, neurotransmisores, enzimas digestivas. En plantas → pared celular.

Matriz extracelular

Intrincada red macromolecular: mezcla de proteínas secretadas y polisacáridos

donde las células se encuentran embebidas

• Rellena los espacios entre las células y une las células y tejidos entre si.

• Importancia en la morfología y actividades celulares

• Organiza las células en tejidos y coordina las funciones celulares activando cascadas de señales que controlan el crecimiento celular, proliferación y la expresión génica.

Matriz extracelular: funciones

Matriz extracelular: componentesProteinas formadoras de fibras intercaladas en el

interior de un gel hidratado compuesto por una red de glucosaminglucanos (GAGs)

Glicosaminoglicanos o GAGs grupo de largas cadenas de polisacáridos de carga negativa que se unen covalentemente a una proteína →peptidoglicanos

Proteínas estructurales: Colágeno y Elastina

Proteínas adhesivas: fibronectina y laminina

Proteínas de adhesión que unen componentes de la matriz tanto entre si como a las células adyacentes

La pared celular de las células eucariotas (plantas, hongos, algas) es estructuralmente diferente de la de las paredes celulares procarióticas. ProcariotasContienen polisacáridos y polímeros complejos conocidos como peptidoglicanos, formados a partir de aminoácidos y azúcares.Vegetales:Esta compuesta principalmente por celulosa. Determina la forma final de la célula.Pared primaria y Pared secundaria (en células maduras, contiene lignina)

Procariotas

Vegetales

Mapas conceptuales

Animaciones de los tipos de transportes:

http://biomodel.uah.es/biomodel-misc/anim/memb/mueve.html

http://www.stolaf.edu/people/giannini/biological%20anamations.html

Links de interes:

Bibliografía

•Alberts, B., Bray, D., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. y Walter, P. Introducción a la Biología Celular. Traducción al español de la 3 ed - Omega, Barcelona.

•Curtis H., Barnes S., Schnek A., Flores G. Biología. 6 ed. Editorial Panamericana

•Karp G. Biologia Celular y Molecular. McGraw-Hill Interamericana, 1996.

•Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser C.A, Krieger M, Scott M.P, Zipursky L, Darnell J. Molecular cell biology. 5th Ed.