Tema 7. La Envoltura Celular

TEMA 7

LA ENVOLTURA CELULAR

MEMBRANA PLASMÁTICA

Es una fina envoltura continua de 75 Å que rodea a la célula y le confiere su individualidad al separarla de su entorno.

Al microscopio electrónico presenta una aspecto trilaminar: dos capas oscuras con una línea clara central.

MEMBRANA PLASMÁTICA

Está formada por una bicapa lipídica (fosfolípidos, glicolípidos y colesterol) en la que se encuentran inmersas las moléculas de proteínas.

También hay oligosacáridos asociados a los lípidos y proteínas formando el glicocalix.

MODELO DEL MOSAICO FLUIDO

En 1972, Singer y Nicholson propusieron este modelo para explicar las propiedades conocidas de las membranas biológicas.

BICAPA LIPÍDICA

Es la estructura básica de la membrana.

Los principales lípidos de membrana son: fosfolípidos, esfingolípidos y colesterol.

En medio acuoso forman espontáneamente bicapas (autoensamblaje) que tienden a cerrarse sobre sí mismas (autosellado).

Actúa de barrera relativamente impermeable al paso de la mayoría de moléculas hidrosolubles (iones y moléculas polares).

Fosfolípidos y Esfingolípidos

Bicapa lipídica

Las bicapas lipídicas se forman espontaneamente (autoensamblaje) y tienden a cerrarse sobre sí mismas.

Por esta razón los compartimientos formados por bicapas lipídicas tienden a cerrarse de nuevo después de haber sido rotos (autosellado)

Fluidez de la membrana

Los fosfolípidos de una bicapa están en movimiento constante: Difusión lateral Rotación Flip-Flop Flexión


Viene dada por la movilidad de sus componentes en la bicapa y depende de: Temperatura. Composición en ácidos grasos. Contenido en colesterol.

La fluidez de la membrana celular es biológicamente importante: Influye en los procesos de transporte.

Las actividades enzimáticas pueden detenerse cuando la viscosidad de la membrana se incrementa mas allá de un nivel crítico.

Por ello, las bacterias y los organismos ectotermos alteran la composición de los ácidos grasos de sus membranas para mantener una fluidez más o menos constante.


Menor longitud de las cadenas reduce la tendencia de las colas a interaccionar entre sí.

Los dobles enlaces dificultan el empaquetamiento de las cadenas de forma que las membranas permanecen fluidas a temperaturas más bajas.

La membrana mantendrá su fluidez si la Tª > pto de fusión de sus lípidos.


• La estructura rígida del colesterol amortigua la fluidez de la membrana haciéndola menos deformable.

• Al mismo tiempo interrumpe el empaquetamiento ordenado de las colas hidrocarbonadas incrementando así su fluidez

• Disminuye la permeabilidad de la membrana al agua.

• El colesterol es un regulador de la fluidez, su presencia en las células animales mantiene esta bastante constante.


La estructura fluida de la bicapa lipídica hace posible la distribución de los componentes de la membrana desde los puntos donde son insertados hasta otras regiones de la misma.

Además permite que las membranas se fusionen entre sí y que sus componentes se repartan uniformemente .

También asegura que las moléculas de la membrana queden distribuidas por igual entre las células hijas en el momento de la división celular.

PROTEÍNAS DE MEMBRANA

Realizan la mayoría de las funciones específicas de la membrana. Integrales o transmembrana o intrínsecas (de paso único o múltiple) Periféricas o extrínsecas (en la capa interna o externa)

PROTEÍNAS DE MEMBRANA

Realizan la mayoría de las funciones específicas de la membrana. Transporte Receptores de señales Catalizan reacciones

asociadas a la membrana Puentes estructurales.

Actuan como puntos de anclaje al citoesqueleto.

MODELO DEL MOSAICO FLUIDO

Las proteínas transmembrana y los lípidos se disponen formando un mosaico (Icebergs en un mar de lípidos)

Las membranas biológicas son estructuras fluidas

Las membranas son estructuras asimétricas

FUNCIONES MEMBRANA PLASMÁTICA

Delimita la célula confiriéndole individualidad. Separa el medio extracelular del intracelular.

Controla el intercambio de sustancias con el exterior. Es una barrera selectiva.

Controla el flujo de información con el exterior celular. En la superficie de la membrana hay receptores específicos

(hormonas…). Los marcadores celulares que identifican las células se encuentra

en la membrana.

Proporciona el medio óptimo para el funcionamiento de las proteínas de membrana (enzimas, receptores y proteínas transportadoras).

UNIONES INTERCELULARES

Son regiones especializadas de la membrana plasmática que permiten a las células adyacentes de un tejido unirse entre sí o intercambiar pequeñas moléculas.

Unión íntima Desmosoma Unión tipo GAP

Proteínas transmembranosas

Espacio intercelular


Placa Filamentos de queratina

Canal Proteína

transmembranosa

LA LUPA AMPLÍA LA IMAGEN


Unión íntima Desmosoma Unión tipo GAP


Espacio intercelular


Placa Filamentos de queratina

Canal Proteína

transmembranosa

Proteína transmembranosa

Canal


Desmosomas

Uniones herméticas

Uniones de anclaje

Uniones tipo gap

TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANA

Las células intercambian sustancias con el medio:

Transporte de pequeños moléculas: Transporte pasivo (sin consumo energético)

Difusión. Difusión facilitada. Ósmosis

Transporte activo (con consumo energético).

Transporte de macromoléculas y partículas Endocitosis y Exocitosis.


Transporte de pequeños moléculas: Transporte pasivo (sin consumo energético) Difusión a favor de gradiente de

concentración: Pequeñas moléculas apolares que se disuelven en

la bicapa: O2, N2, benzeno… Moléculas polares sin carga CO2, urea, H2O ...

Difusión

Por difusión se realizan los intercambios de gases y algunas moléculas de nutrientes apolares de pequeño tamaño entre la célula y el medio.



Difusión Difusión facilitada, entrada a favor de gradiente

electroquímico con la ayuda de proteínas de membrana (glucosa, aminoácidos, nucleótidos…). Proteínas de canal Proteínas transportadoras específicas

Difusión facilitada mediante proteínas transportadoras tipo canal


Difusión facilitada mediada por proteínas transportadoras




Difusión Difusión facilitada Ósmosis


Transporte de pequeñas moléculas: Transporte pasivo (sin consumo energético) Transporte activo

Tiene lugar en contra de un gradiente electroquímico. Consume energía. Necesita de la intervención de proteínas

transportadoras de membrana.

Transporte activo

El ejemplo más importante lo constituyen la bomba de Na+/K+ y la bomba de Ca2+ .

Bomba de Na+/K+

Se observa en células animales, vegetales y de bacterias.

Utiliza una molécula de ATP para sacar 3 iones Na+ del interior celular y entrar 2 iones K+.

Tiene un importante papel celular: En las células animales controla el volumen celular. Es la base para la transmisión de los impulsos en las células

nerviosas y musculares. Las mantiene eléctricamente excitables.

Interviene en otros sistemas de transporte acoplados: glucosa y aminoácidos.

Bomba de Na+/K+

Transporte acoplado de glucosa

En las células del epitelio intestinal la célula introduce iones de Na+, junto con la glucosa al interior, por difusión facilitada.


Las células intercambian sustancias con el medio:

Transporte de pequeños moléculas: Transporte pasivo (sin consumo energético) Transporte activo (con consumo energético).

Transporte de macromoléculas y partículas Endocitosis y Exocitosis.

ENDOCITOSIS Y EXOCITOSIS

ENDOCITOSIS Y EXOCITOSIS

Endocitosis en un eritroblasto

ENDOCITOSIS

Comprende tres modalidades: Fagocitosis. Se incorporan partículas sólidas relativamente

grandes Pinocitosis. Se captan pequeñas gotas de líquido. Endocitosis mediada por receptor. Sólo se incorporan

aquellas moléculas que disponen de receptor en la membrana.

La mayoría de estas vesículas acaban fusionándose con los lisosomas.

Pinocitosis: ingestión de líquidos y solutos.

Fagocitosis: Ingestión de grandes partículas, restos celulares…

ENDOCITOSIS

Fagocitosis

Leucocito polimorfonucleado ingeriendo una bacteria en división.

Fagocitosis

En unicelulares, tiene función sobre todo alimenticia (p. ej. emisión de pseudópodos por las amebas para englobar la partícula de alimento, formando una vacuola digestiva)

En seres pluricelulares es un mecanismo defensivo realizado por células especializadas llamadas fagocitos. De esta forma son eliminados microorganismos siguiendo un

mecanismo parecido al de las vacuolas digestivas.

Para que se de la fagocitosis han de existir en superficie receptores específicos.

Pinocitosis

Oocito de galllina

Hepatocito de rata.

Es la ingestión de líquidos y tiene lugar en casi todas las células eucariotas.

Endocitosis mediada por receptor

Sólo se incorporan aquellas moleculas que disponen de receptores en la membrana.

La formación de vesículas se debe a un sistema reticular de una proteína filamentosa llamada clatrina que arrastra un sector de la membrana hacia el interior

Vesículas recubiertas de clatrina

Vesículas revestidas de clatrina

• Proteínas específicas se unen a proteínas receptoras, localizadas en regiones recubiertas con proteínas denominadas clatrinas.

• Estas regiones forman vesículas recubiertas de clatrina mediante un proceso de endocitosis.

• En el citoplasma las vesículas pierden el recubrimiento.

• Las vesículas se fusionan con otras semejantes y forman endosomas, vesículas más grandes que transportan materiales libres, que no están unidos a los receptores de membrana.

• Los endosomas forman dos tipos de vesículas: • Unas contienen receptores que regresan a la membrana

• Otras contienen las partículas ingeridas, se fusionan con los lisosomas y después son procesadas por la célula.

Vesículas de clatrina

EXOCITOSIS

Consiste en el vertido al exterior de macromoléculas o partículas de diferente naturaleza (de desecho o productos de secreción).

Este es también un mecanismo primario de crecimiento de la membrana plasmática.

EXOCITOSIS

Las moléculas segregadas pueden: Adherirse a la superficie celular

y pasar a formar parte del glicocáliz.

Incorporarse a la matriz extracelular.

Difundirse hacia el medio interno sirviendo como alimento o señal a otras células.

Difundirse hacia el exterior, como las enzimas digestivas.

GLICOCALIX

Es el conjunto de oligosacáridos pertenecientes a glucolípidos y glucoproteínas de la membrana.

Aparecen en la cara externa de la membrana en muchas células animales.

También contiene glicoproteínas que han sido segregadas y luego adsorbidas sobre la superficie celular.

Funciones del glicocalix

Protege la superficie de la célula de posibles lesiones mecánicas o químicas.

Intervienen en fenómenos de reconocimiento celular. Presenta propiedades inmunitarias (antígenos de los grupos

sanguíneos) Reconoce y fija determinadas sustancias que la célula debe

incorporar por fagocitosis o pinocitosis. Tiene importante papel en la capacidad patogénica de virus y

bacterias. En la fecundación.

GLICOCALIX

MATRIZ EXTRACELULAR

• Red de macromoléculas (proteínas y polisacáridos) segregadas por las células animales al espacio intercelular.

MATRIZ EXTRACELULAR

Compuesta por glicoproteínas: Colágeno, la más abundante, inmersa en entramado de

proteoglicanos. Aporta resistencia a la tensión.

Proteoglicanos, pequeño núcleo proteico unido a muchas cadenas de polisacáridos. Rellenan el espacio entre el colágeno y mantienen la matriz hidratada (moléculas hidrófilas).

Fibronectina, junto a otras proteínas une la matriz a proteínas de la membrana.

MATRIZ EXTRACELULAR

• Actúa como nexo de unión entre las células de los tejidos animales, rellena espacios intercelulares, da consistencia a tejidos y órganos y, además, condiciona la forma, el desarrollo y la proliferación de las células englobadas por la matriz.

• La matriz juega un rol activo y complejo en la regulación del comportamiento de las células que interactúan con ella, influenciando su desarrollo, migración, proliferación, forma y función.

PARED CELULAR

Es una matriz extracelular compleja que rodea a las células vegetales.

Actúa como exoesqueleto de estas células.

Está formada por largas fibrillas de celulosa unidas entre sí por una matriz de polisacárido y proteína.

Celulosa

Es un polímero lineal de moléculas de glucosa unidas por enlaces ß(1-4).

Forman microfibrillas (pág. 39 libro).

PARED CELULAR

Las microfibrillas de celulosa están englobadas en una matriz de polisacáridos hemicelulosa y pectinas, glicoproteínas, elementos minerales (Ca2+) y agua.

La pared celular se puede impregnar de cutina, suberina o ceras.

Estructura de la pared celular

• Lámina media de pectinas. Se forma entre dos células que acaban de dividirse a partir del contenido de las vesículas del aparato de Golgi.

• Las membranas del aparato de Golgi formaran la membrana celular

• Pared primaria de celulosa y matriz de hemicelulosa y pectinas que la célula va depositando entre la membrana plasmática y la lámina media.

Estructura de la pared celular

• Pared secundaria con fibras de celulosa orientadas paralelamente que forman hasta tres capas diferentes. Es muy rígida (contiene lignina) y difícilmente deformable, por lo que sólo aparece en células especializadas de los tejidos esqueléticos y conductores.

PARED CELULAR

Vacuola

Lámina media

Pared secundaria

Pared primaria

Membrana plasmática

Vacuola

PUNTEADURAS Y PLASMODESMOS

El paso de sustancias a través de la pared celular se ve favorecido por punteaduras y plasmodesmos.

Punteaduras, adelgazamientos o áreas finas de las paredes celulares, o sea, zonas donde se deposita menos celulosa.

Plasmodesmos, finos conductos que atraviesan las paredes celulares y conectan entre sí los citoplasmas de las células adyacentes.

FUNCIONES DE LA PARED CELULAR

Protege y da forma, permite la vida en medio hipotónico (soportar la presión de turgencia).

Soporta la planta (lignina), es la responsable de que la planta se mantenga erguida e impermeabiliza (cutina y suberina) impidiendo la pérdida de agua.

Barrera para los agentes patógenos u otras sustancias.

Tema 7. La Envoltura Celular

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