Funciones y Estructura de la Membrana Plasmática

Biología Celular - Membrana Plasmática

• La membrana plasmática define los límites de la célula y separa su contenido interno del medio externo.
• La membrana plasmática es responsable del transporte selectivo.
• Tiene la posibilidad de determinar la composición de la célula.
• Está constituida por lípidos y proteínas.
• Las proteínas llevan a cabo funciones de transporte de moléculas y reconocimiento celular.

La bicapa lipídica de la membrana plasmática

• El modelo ampliamente utilizado para el estudio de las membranas ha sido el eritrocito, ya que no contiene núcleo ni membranas internas.
• La composición lipídica básica de la membrana plasmática es: fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, fosfatidilinositol y esfingomielina.
• En conjunto constituyen aproximadamente el 50% de los lípidos en la mayoría de las membranas.
• Los fosfolípidos se distribuyen de manera asimétrica entre las dos mitades de la bicapa lipídica.
• La capa externa está constituida fundamentalmente por fosfatidilcolina y esfingomielina.
• La capa interna contiene fosfatidiletanolamina, fosfatidilinositol y fosfatidilserina.
• Las orientaciones asimétricas de los fosfolípidos en la membrana plasmática son establecidas por transportadores que translocan selectivamente fosfatidiletanolamina y fosfatidilserina en la capa interna, y fosfatidilcolina en la capa externa.
• La esfingomielina es sintetizada en la cara interna del sistema de membranas del Aparato de Golgi, y determina su posición en la cara externa de la membrana.
• El grupo polar de la fosfatidilserina tiene carga negativa.
• Su predominio en la cara interna de la membrana plasmática produce una carga neta negativa en la cara citosólica.
• Las células animales también contienen colesterol y glicolípidos.
• Los glicolípidos se encuentran exclusivamente en la cara externa de la membrana.
• El colesterol es un componente mayoritario de las membranas plasmáticas en animales, aproximadamente un 50%.
• El colesterol tiene una estructura rígida en anillo, y se inserta en la bicapa de fosfolípidos con el grupo hidroxilo polar cerca de los grupos delanteros de los fosfolípidos.
• Debido a su afinidad por la esfingomielina, está más concentrado en la cara externa.

Características generales de las bicapas lipídicas

• La estructura de los fosfolípidos permite que las membranas actúen como barreras entre dos compartimentos acuosos.
• La membrana es impermeable a moléculas hidrosolubes, incluyendo iones y la mayoría de las moléculas biológicas.
• Las bicapas de fosfolípidos que se encuentran en la naturaleza son fluidos viscosos, no sólidos.
• Los ácidos grasos de la mayoría de los fosfolípidos naturales tienen uno o más enlaces dobles.
• Los enlaces introducen codos en las cadenas hidrocarbonadas y dificultan el empaquetamiento.
• Las cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos se mueven libremente en el interior de la membrana, lo que permite que la membrana sea ligera y flexible.
• Tanto los lípidos como las proteínas pueden difundirse lateralmente dentro de la membrana.
• El colesterol y los esfingolípidos tienden a agruparse en pequeñas placas semisólidas conocidas como balsas lipídicas.
• Las estructuras tienen efectos importantes en la fluidez de la membrana e intervienen en la formación de dominios de membrana que actúan como mediadores en la agrupación de diversas proteínas en la membrana plasmática.

Las proteínas de la Membrana Plasmática

• Las membranas plasmáticas se componen aproximadamente en partes iguales (50%) de proteínas y lípidos.
• Modelo del Mosaico Fluido: Las proteínas integrales se insertan dentro de la bicapa lipídica, y las periféricas con interacciones proteína-proteína.
• La mayoría de las proteínas integrales son transmembrana y tienen porciones en ambos lados de la bicapa lipídica.
• La parte extracelular suele estar glicosilada, al igual que las proteínas periféricas enlazadas a la cara externa.
• Bicapa Lipídica Fluida: las proteínas y los lípidos se difunden en sentido lateral a través de la membrana.
• Las células se hibridan para producir anticuerpos anti-humano y anti-ratón.
• Las proteínas humanas y murinas se entremezclan sobre la superficie en 40 minutos.

Clases de Proteínas

• Proteínas periféricas: Se disocian de la membrana con agentes polares (que no rompen la bicapa) y son solubles en tampones acuosos.
• No se insertan en el interior hidrofóbico sino que se asocian indirectamente con interacciones proteína-proteína, iónicas, o con fosfolípidos.
• Proteínas integrales: Regiones que se insertan en parte o en su totalidad en la membrana plasmática
• Solo se liberan con tratamientos que alteren interacciones hidrofóbicas.
• Los detergentes poseen propiedades de moléculas anfipáticas y alteran interacciones hidrofóbicas.
• Las partes hidrofóbicas del detergente desplazan los lípidos y se unen a las proteínas integrantes.
• El glicocáliz es un conjunto de glicolípidos y glicoproteínas.
• Protege la superficie celular del estrés iónico y mecánico, así como barrera ante microorganismos invasores.
• Los oligosacáridos del glicocáliz participan en interacciones intercelulares

Membranas Plasmáticas

• Las membranas plasmáticas se componen en distintos dominios que asumen importantes cometidos estructurales y funcionales.
• Se distinguen el dominio apical y dominio basolateral: para garantizar estas funciones diferenciadas, la movilidad de las proteínas implicadas ha de estar restringida a los dominios pertinentes de la superficie celular.
• En estas células, estos dominios se garantizan gracias a las uniones estrechas que sirven de barreras para el movimiento de lípidos y proteínas de membrana.
• Las proteínas difunden dentro del dominio pero no son capaces de cruzar de un dominio a otro.
• Interacciones con el citoesqueleto: ejemplos de la glicoforina y la banda 3 en la membrana de los eritrocitos que se asocian con espectrina- actina.

Movilidad de las Proteínas

• Las proteínas transmembrana fijadas al citoesqueleto tienen restricciones y limitan la movilidad.
• Dominios lipídicos especializados La esfingomielina, los glicolípidos y el colesterol forman dominios agrupados conocidos como balsas lipídicas.
• Se trata de estructuras temporales (10-200 nm) que actúan como plataformas
• Donde se concentran proteínas para facilitar interacciones. Enriquecidas con proteínas ancladas a GPI así como transmembrana que intervienen en procesos de señalización celular, el reconocimiento celular y en la la endocitosis.
• Las caveolas son invaginaciones de 60-80 nm con la caveolina que interacciona con la proteína cavina.
• Implicaciones para la endocitosis, señalización celular, regulador de transporte de lípidos, y protección de la membrana plasmática frente al estrés mecánico.

Transporte de Moléculas

• La membrana plasmática solo permite el paso de gases (O2 y CO2), moléculas hidrofóbicas (hormonas esteroideas) y polares sin carga (H2O y etanol).
• Moléculas de mayor tamaño y cargadas requieren de proteínas de canal y transportadores específicos.
• La difusión facilitada se diferencia de que las moléculas no se disuelven, y es mediado por proteínas transportadoras.
• Permite a moléculas cargadas/polares (carbohidratos, amino ácidos, nucleósidos y iones) la membrana.
• Hay proteínas transportadoras y de canal que intervienen en la difusión facilitada

Proteínas Transportadoras

• Proteínas transportadoras: Se unen en un lado de la membrana a la molécula que van a transportar.
• Tras unirse, sufren un cambio de conformación que permite atravesar la membrana.
• Son responsables del transporte de azúcares, aminoácidos y nucleósidos
• Los transportadores de glucosa pertenecen una familia de 14 proteínas y tienen afinidad por glucosa, fructosa y moléculas relacionadas.
• La glucosa se metaboliza en la célula por lo que continua entrando.

Proteínas de Canal

• Poseen poros abiertos que permiten cualquier molécula de tamaño apropiado (Ej. Porinas de las membranas externas mitocondriales).
• Acuaporinas son canales para el agua y mantienen el equilibrio y expulsan el sudor de la piel.
• Hay canales iónicos que intervienen en el tránsito de iones - con transporte extremadamente rápido y son altamente selectivos.
• No están permanentemente abiertos: los canales iónicos tiene puertas que reguladas por un ligando y voltaje.
• Las bombas iónicas utilizan utilizan la energía del ATP para un transporte activo de iones que garantiza el gradiente eléctrico.
• Los neurotransmisores se unen a receptores post-sinápticas regulados por voltaje (ejemplo, receptor de la acetilcolina).
• En estado cerrado, el poro del canal bloqueada por residuos hidrófobos aa y por eso no es permeable.
• El radio iónico explica la selectividad ya que uno iones son menores, como sodio, los canales.
• Canales de K+ + son 1000 veces permeables ya que tienen la estructura delimita por C=O.

La Hidrólisis del ATP

• La hidrólisis del ATP constituye la reacción que con mayor frecuencia se acopla al transporte activo.

• Bomba Na+-K+ el transporte se hace contra iones Na⁺ y K⁺ que seunen de los exteriores:

  • La unión estimula la hidrólisis del ATP que a su vez produce en la bomba un cambio de conformación que expone a los iones Na⁺ y reduce su afinidad.
  • Al mismo tiempo se sitios extracelular, los iones K+ quedan libres, generando un fosfato estímulo.
  • En la bomba con, hay tres sitios de K+

• La bomba consume aproximadamente el 25% del ATP utilizada y interviene en la propagación de señales entre el nervio y el músculo.

• Mantener el equilibrio osmótico y el volumen celular

• Transporte activo por gradientes iónicos

  • El gradiente de Na establece la bomba Na+-K+ y da energía de azúcares, aminoácidos e iones que son transportados.
  • Las células epiteliales de revestimiento del intestino (células polarizadas) emplean un transportador
  • Que transporta coordinadamente dos iones Na y una glucosa hacia el interior de la célula.
  • Dando electrolitos a la membrana.

Transporte de Glucosa

• Transporte de glucosa por las células epiteliales intestinales Un transportador de la membrana plasmática es el responsable de la entrada activa de glucosa desde la luz intestinal. La glucosa es absorbida y traspasada al tejido.
• Transportan sinporte y uniporte
  • Sinporte transporte de dos moleculas en la misma dirección
  • Uniporte: transporte de una única molecula.
  • Antiporte: dos moléculas se transportan en direcciones opuestas.

Endocitosis

• Endocitosis: cuando una célula se encarga de de la digestión.
• Normalemte lo hacen células especalizadas llamadas fagocito.
• Las macros fagocitan y degreadan bacterias y los fagolisosos se fusionan.
• Cuando una macro captura líqudos, se le llama pinocitosis
• El material extracelular se une a vesiculas , se internan para acoplarse con receptores.
• La clatrina crea un entramado para formar vesiculas.
• Por gemación de la membrana se forman vesículas endocíticas revestidas de clatrina
• Esas vesículas se fusionan con y se transforman en los endosomas tardíos precursores.

Moléculas Destinadas a Degración en los Endosomas

• De forma multilateral, las hidrolasas transportan su ácidos desde del otro Golgi.
• Las proteínas son dirigidas a los lisosomas de Golgiy se empaquetan hasta revestidas de clatrina.

Este cuestionario explora la estructura y funciones de la membrana plasmática, incluyendo el transporte de moléculas, la composición lipídica, y el papel de las proteínas. Evalúa la comprensión de los procesos de endocitosis, comunicación celular y la influencia del colesterol en la fluidez de la membrana.