Biologia Cel·lular: Membranes i Transport

Concepte, Estructura i Compartiments

• La cèl·lula procariota té una estructura simple, sense nucli definit.
• La cèl·lula procariota té un citoplasma que conté ribosomes, ADN i una membrana plasmàtica.
• La seva estructura es diferencia de la cèl·lula eucariota en l'absència d'un nucli definit i d'altres orgànuls.
• La cèl·lula eucariota vegetal té una paret cel·lular rígida, cloroplasts per a la fotosíntesi i un vacúol central gran.
• La cèl·lula eucariota animal té una membrana plasmàtica, un nucli definit, ribosomes, reticle endoplasmàtic i aparell de Golgi.

Les membranes cel·lulars I: els lípids de les membranes cel·lulars i funcions

• La membrana cel·lular és una bicapa lipídica amb proteïnes que permeten o limiten el pas de substàncies.
• La seva funció principal és delimitar la cèl·lula, regulant el pas de substàncies, separar els compartiments cel·lulars i rebre senyals de l'entorn.
• Les membranes són flexibles i permeten la mobilitat dels seus components.
• Són la barrera selectiva que regula l'entrada i sortida de substàncies.
• Les membranes són estructures dinàmiques amb una composició variable.

Característiques de la membrana

• Presenta una estructura fluida i dinàmica.
• La membrana és una bicapa lipídica amb proteïnes embegudes.
• La composició lipídica varia en funció del tipus de cèl·lula i del seu entorn.

Estructura mosaic fluid

• La membrana cel·lular està formada per una bicapa lipídica i proteïnes que es mouen lateralment.

Estructura en bicapa de les membranes

• La membrana plasmàtica està formada per dues capes de lípids amb les cues hidrofòbiques cap a l'interior i les caps hidrofíliques vers l'exterior.
• Les proteïnes de membrana es poden trobar en la capa externa, en la capa interna o travessant tota la membrana.
• La membrana plasmàtica s'autosella per formar vesícules que transporten substàncies entre compartiments cel·lulars.
• La membrana plasmàtica és asimètrica, amb diferències en la composició de lípids i proteïnes entre les dues capes.

On trobem membrana?

• La cara externa de la membrana està en contacte amb el medi extracel·lular, i la cara interna està en contacte amb el citoplasma.
• Els orgànuls com el nucli, el mitocondri i el cloroplast tenen una membrana doble.

Varietat de biomembranes

• La composició de la membrana varia en funció del tipus de cèl·lula i del seu entorn, modificant la seva fluïdesa i funció.
• La composició lipídica i proteica de les biomembranes s'adapta a les necessitats de cada orgànul i funció.
• La membrana dels mitocondris és rica en cardiolipina, un lípid especial per a la fosforilació oxidativa.

Lipids

• Els lípids de membrana són majoritàriament fosfoglicerids i esfingolípids.
• Conformen un líquid bidimensional que permet la difusió lateral dels seus components.
• Són amfipàtics: tenen una capa polar hidrofílica i una capa apolar hidrofòbica.

Fosfoglicerids

• Es formen a partir de la glicerina, dos àcids grassos i un grup fosfat.
• Els fosfoglicerids s'empeguen a la membrana cel·lular, amb la cap hidrofílica cap a l'aigua i la cua hidrofòbica cap a l'interior.
• La varietat de caps polars determina les diferents propietats dels fosfoglicerids.

Esfingolípids

• Es formen a partir de l'esfingosina, un àcid gras i un grup polar.
• Són una classe de lípids que s'encarreguen de funcions importants com el transport de colesterol entre les membranes cel·lulats.
• Es diferencien per la seva estructura, amb una cap polar unida a l'esfingosina.

Esterol

• El colesterol és un tipus d'esterol que controla la fluïdesa de la membrana.
• La concentració de colesterol afecta la rigiditat i permeabilitat de la membrana.
• S'incorpora entre els fosfolípids, rigidificant la membrana.

Glucolipids

• Són lípids modificats amb glúcids.
• Es troben a la cara exoplasmàtica de la membrana.
• Participen en el reconeixement cel·lular i la senyalització.

Fluïdesa de la membrana

• La fluïdesa de la membrana està determinada per la longitud dels àcids grassos, la presència de dobles enllaços i la temperatura.
• Els àcids grassos de cadena curta i amb dobles enllaços augmenten la fluïdesa.
• La fluïdesa permet la mobilitat i difusió dels seus components.

Gruix i curvatura de la membrana

• El gruix de la membrana pot variar en funció de la composició lipídica i la presència de proteïnes.
• La curvatura de la membrana està influenciada per la composició lipídica i la presència de proteïnes especialitzades.

Asimetria de la membrana

• La membrana cel·lular és asimètrica, la cara externa i interna tenen una composició diferent de lípids i proteïnes.
• La asimetria de la membrana està determinada per la seva funció i el seu entorn.
• La cara exoplasmàtica té una composició de lípids especialitzada per a la interacció amb el medi extracel·lular.

Fosfolipasa

• És una enzima que degrada els fosfolípids de la membrana.
• Pot ser una eina per a estudiar la composició de la membrana o per a modificar la seva estructura.
• La seva activitat pot estar regulada i afectar la funció de la membrana.

Dominis funcionals

• La membrana cel·lular pot tenir dominis especialitzats amb diferents composicions de lípids i proteïnes.
• Aquests dominis poden ser responsables d'interaccions específiques amb altres cèl·lules o amb l'entorn.
• Els microdominis de la membrana plasmàtica ajuden a la compartimentació i regulació de les funcions cel·lulars.

Punts clau

• La membrana cel·lular és una estructura fluida i dinàmica que regula el transport de substàncies, separa compartiments i rep senyals exteriors.
• La composició lipídica determina la fluïdesa i la curvatura mentre que les proteïnes de membrana s'encarreguen de funcions com el transport, senyalització i reconeixement.
• La membrana és asimètrica, amb diferències en la composició de lípids i proteïnes entre les dues capes.
• Els dominis funcionals de la membrana permeten la compartimentació i regulació de les funcions cel·lulars.
• La membrana cel·lular és una estructura essential per a la vida.

Les Membranes cel·lulars II: les proteïnes de membrana i funcions

Diverses tipologies de proteïnes

• Les proteïnes de membrana poden ser transmembrana, ancorades a lípids o perifèriques.
• Cada tipus de proteïna té una funció específica i es relaciona amb els lípids de la membrana de diferents maneres.
• Les estructures secundàries de les proteïnes de membrana poden ser alfa hèlix, beta làmina o una combinació de les dues.

Proteïnes transmembrana

• Travessen tot el gruix de la membrana plasmàtica.
• Tenen regions hidrofòbiques que s'associen amb els lípids de la membrana.
• Les funcions de les proteïnes transmembrana inclouen el transport de substàncies, la senyalització i la interacció amb altres cèl·lules.
• La seva estructura pot ser alfa hèlix, beta làmina o una combinació de les dues.
• La composició i disposició dels aminoàcids determina la seva funció específica.

Proteïna ancorades a lípids

• S'associen a la membrana mitjançant un enllaç covalent amb un lípid.
• La proteïna pot estar ancorada a la cara interna o la cara externa de la membrana.
• La seva funció està relacionada amb la posició específica a la membrana cel·lular.

Proteïnes perifèriques

• S'associen a la membrana de forma no covalent, mitjançant interaccions electrostàtiques.
• Sovint es troben unides a les proteïnes transmembrana o als lípids de la membrana.
• Participen en la regulació de l'activitat de les proteïnes de membrana, la senyalització i la interacció amb l'esquelet cel·lular.

Asimetria de la membrana

• La membrana cel·lular és asimètrica, la cara externa i interna tenen una composició diferent de lípids i proteïnes.
• Els glucids dels lípids i proteïnes de la cara externa tenen un paper en el reconeixement cel·lular.
• La asimetria de la membrana permet el transport bidireccional de substàncies.

Proteïnes membrana mitocondria

• La membrana mitocondrial interna té un paper clau en la fosforilació oxidativa, un procés vital per a la producció d'energia.
• Les proteïnes de la membrana mitocondrial interna inclouen proteïnes de transport d'electrons, enzims i proteïnes transmembrana.
• La membrana mitocondrial externa és permeable a petites molècules, però menys permeable a proteïnes.

Proteïnes membrana RE

• El reticle endoplasmàtic (RE) té una estructura complexa i participació en la síntesi de proteïnes, lípids i esteroides.
• Les proteïnes del RE s'encarreguen del transport de les proteïnes newly-synthesized, la plegament de proteïnes, el control de qualitat i la síntesi de lípids.
• Les proteïnes del RE són essencials per a moltes funcions cel·lulars, com ara la resposta a l'estrès.

Membrana i patologia

• El dany de la membrana plasmàtica pot provocar disfuncions cel·lulars, com el creixement tumoral o el desenvolupament de malalties.
• La ruptura de la membrana pot permetre l'entrada d'elements tòxics a la cèl·lula.
• Alteracions en la composició lipídica o proteica de la membrana poden disminuir la seva funció.

Funcions proteïnes de membrana

• Les proteïnes de membrana s'encarreguen del transport de substàncies a través de la membrana, la senyalització cel·lular, el reconeixement cel·lular, la interacció amb l'esquelet cel·lular i la unió amb el medi extracel·lular.
• Aquestes funcions són essencials per a la vida cel·lular, la comunicació intercel·lular i la resposta a l'entorn.

Transport

Transport a través de la membrana plasmàtica

• La membrana plasmàtica actua com a barrera selectiva per al pas de substàncies.
• El transport a través de la membrana pot ser passiu o actiu.
• El transport passiu no requereix energia i depèn de la diferència de concentració de la substància.
• El transport actiu requereix energia per a moure la substància en contra del gradient de concentració.
• La membrana plasmàtica permet l'equilibri del medi intern de la cèl·lula.

Osmosi

• L'osmosi és el moviment d'aigua a través de la membrana semipermeable en resposta a les diferències en la concentració de solucions.
• L'osmosi és essencial per al manteniment de l'equilibri hídric cel·lular.
• El moviment d'aigua es dirigeix cap a la zona de major concentració de soluts per a igualar el potencial hídric.

Difusió simple

• La difusió simple és el moviment d'una substància a través de la membrana sense necessitat d'una proteïna transportadora.
• La difusió simple depèn del gradient de concentració i de la permeabilitat de la membrana.
• El moviment de la substància segueix la segona llei de Fick.

Transport facilitat

• El transport facilitat es realitza per una proteïna de membrana (transportadora, canal) que ajuda al pas de la molècula a través de la membrana.
• El transport facilitat és un procés ràpid.
• No requereix energia, però depèn del gradient de concentració i de la presència d'una proteïna transportadora.

Transport actiu

• El transport active requereix energia i és realitzat per una proteïna de membrana que mou la substància en contra del gradient de concentració.
• La proteïna de membrana utilitza ATP per a impulsar aquest moviment.
• Permet a la cèl·lula concentrar substàncies essencials.
• És important per a la funció cel·lular i la supervivència.