Tema 6 : Membranes Biològiques i Models

Membranes Biològiques

• Les membranes biològiques actuen com a límits aïllants per a la cèl·lula i els seus orgànuls, formats per lípids i proteïnes.
• Tenen funcions com el transport de substàncies, la conducció de potencials d'acció, el reconeixement de senyals, la unió intercel·lular i l'organització de reaccions metabòliques.
• Els fosfolípids s'organitzen en bicapes, amb la part hidrofòbica cap a l'interior i la part hidrofílica cap a l'exterior.

Models de membrana biològica

• Overton (1890) va observar que les substàncies lipídiques entraven més fàcilment a les cèl·lules, suggerint un component lipídic a la membrana.
• Langmuir (1900) va determinar que els fosfolípids són substàncies amfipàtiques i es disposen formant una monocapa en un medi aquós.
• Gorter i Grendel (1925) van demostrar que la membrana és una bicapa lipídica a través de la seva àrea superficial.
• Davson i Danielli (1935) van proposar el "model de sandvitx" amb una membrana bicapa lipídica recoberta per capes de proteïnes globulars.
• Robertson (1960) va desenvolupar el "model de membrana unitària", suggerint que totes les membranes són iguals i corroborant el model de Davson i Danielli.
• El "model de mosaic fluid" de Singer i Nicholson (1972), el model actualment acceptat, descriu una estructura fluida i dinàmica amb proteïnes globulars incloses total o parcialment a la bicapa lipídica.
• La membrana és asimètrica amb funcions diferents a les dues cares.

Composició de la Membrana

• La membrana plasmàtica està formada per un 40-45% de lípids, un 45-55% de proteïnes i un 2-10% de glúcids.
• Els lípids inclouen glicerolípids, esfingolípids, glucolípids (a la part externa) i colesterol.
• Les proteïnes són molt variables segons el tipus de cèl·lula i l'orgànul.
• Els glúcids estan units a proteïnes o glucids, amb funcions importants per al funcionament de la cèl·lula.

Propietats de la Membrana

• La fluïdesa de la membrana depèn de la composició de la bicapa lipídica:
  • El % de fosfolípids amb àcids grassos saturats o insaturats: més àcids grassos insaturats, més fluïdesa.
  • La longitud de les cadenes d'àcids grassos: cadenes més curtes, més fluïdesa.
  • El % de colesterol: més colesterol, menor fluïdesa.

Moviments dels Components de la Membrana

• Els lípids de membrana tenen 4 moviments:
  • Flexió: torsió deguda als àcids grassos insaturats.
  • Rotació: gir del lípid sobre el seu eix.
  • Difusió lateral: moviment dels lípids a través de la monocapa.
  • Flip-flop o Difusió transversal: moviment d'un lípid d'una monocapa a l'altra. Aquest moviment és lent sense catalitzadors però ràpid amb l'ajuda de flippases.
• Les proteïnes de membrana tenen moviments laterals i de rotació (pel moviment dels lípids).
• Una proteïna de membrana pot recórrer tota la superfície d'una cèl·lula en un minut.

Composició assimètrica de la Membrana

• Els moviments dels lípids aporten fluïdesa i expliquen:
  • Diferents continguts de les membranes.
  • Variació de gruix en algunes zones.
  • Organització asimètrica de la membrana.
• La flipasa manté l'asimetria de la membrana.

Proteïnes de Membrana

• Són globulars i tenen caràcter amfipàtic.
• Tenen regions hidrofòbiques que interactuen amb les cues hidrofòbiques dels lípids i regions hidròfiles que interactuen amb la part exterior, interior o ambdós.
• Hi ha dos tipus de proteïnes de membrana:
  • Integrals o intrínseques: insolubles en aguia y soluble en detergents o solvents orgànics, poden travessar la bicapa (transmembrana) o estar anomenat a un lípid.
  • Perifèriques o extrínseques: hidròfiles, unides a la part hidròfila de les proteïnes integrals.
• Les proteïnes de membrana tenen funcions especíifiques com:
  • Estructural: uneixen la membrana al citoesquelet i la matriu extra cel·lular.
  • Receptor: reben senyals químics o hormones.
  • Antígens de membrana o de superfície cel·lular: donen identitat a la cèl·lula.
  • Transportadors: permeten el pas de soluts a través de la membrana.

Dominis Específics de la Membrana

• Regions de la membrana on els moviments dels lípids i de les proteïnes es troben restringits.
• Exemple: Cèl·lules endotelials amb dominis apical, basal i lateral.

Glúcids de Membrana

• Els glúcids de membrana formen el glicocalix, una coberta al voltant de la cèl·lula.
• El glicocalix està format per oligosacàrids units a proteïnes de membrana (glicoproteïnes) i lípids de membrana (glicolípids).
• Els glúcids són específics de l'espècie i el tipus de cèl·lula.
• Es troben a la part externa de la cèl·lula.

Funcions del Glicocalix

• Protecció de la cèl·lula.
• Reconeixement específic de les cèl·lules.in
• Ancoratge i estabilització de proteïnes a la superfície cel·lular.
• Estabilització de l'estructura de les cèl·lules.
• Barrera selectiva en la introducció de molècules de baix pes molecular.

Permeabilitat de la Membrana

• La membrana és permeable a:
  • Molècules apolars: CO2, etanol, esteroides.
  • Molècules petites polars sense càrrega: urea, aigua, glicerol.
• La membrana és impermeable a:
  • Molècules grans polars sense càrrega: glucosa.
  • Molècules grans polars amb càrrega: ATP, aminoàcids polars.
  • Ions: Na+, K+, Ca2+.

Transport a través de la Membrana Plasmàtica

• Difusió simple: moviment de les molècules a favor del gradient químic de concentració, gradient elèctric o gradient electroquímic.
• Transport de soluts a través de la membrana:
  • Difusió simple: mitjançant la membrana lipídica.
  • Difusió facilitada o transport passiu per proteïnes transportadors:
    • Proteïnes canal: formen un canal aquós a través del qual els soluts poden passar.
    • Transportadors: tenen un lloc d'unió al solut i canvien la seva conformació per permetre el seu pas a través de la membrana.
• Transport actiu: moviment en contra del gradient de concentració amb despesa d'energia:
  • Transport actiu primari:utilitza ATP.
  • Transport actiu secundari:utilitza d'un altre gradient electroquímic.

Difusió Facilitada o Transport Passiu

• S'utilitzen proteïnes transportadors i canals.
• Es dóna a favor del gradient.

Proteïnes Canal

• Permeten el pas de soluts a través de la membrana sense entrar en contacte amb la bicapa lipídica.
• Els soluts que passen per proteïnes canal inclouen Na+, K+, Ca2+ (ions inorgànics) i molècules polars, depenent de la seva mida i càrrega.
• El transport és ràpid i no saturable.

Transportadors

• Funcionen com a enzims, tenen un lloc d'unió al solut.
• El flux de soluts està determinat pel gradient de concentració i el gradient electroquímic.
• El transport és saturable.

Tipus de Transportadors

• Uniports: transporten un sol solut.
• Cotransportadors: transporten dos soluts.
  • Simports: transporten dos soluts en la mateixa direcció.
  • Antiports: transporten dos soluts en direccions oposades.

Cotransportadors

• Exemple de simport: Cotransportador de glucosa / Na+ a l'intestí.
• Exemple d'antiport: Transportador de bicarbonat a la membrana dels eritròcits.

Transport Actiu

• Es dóna en contra del gradient i amb despesa d'energia.
• S'utilitzen bombes, que són proteïnes de transport que transporten ions o molècules en contra del gradient.
• L'energia prové de la hidròlisi d'ATP (mitocondris) o de l'energia emmagatzemada a la cèl·lula.
• Hi ha dos tipus de transport actiu:
  • Primari: utilitza ATP.
  • Secundari: utilitza un altre gradient electroquímic.

Transport Actiu Primari. Bombes de Na+ / K+

• Mantenen la polaritat de la membrana amb més ions de Na+ a l'exterior i més ions de K+ a l'interior.
• Na+ entra i K+ surt per transport passiu.
• Aquestes bombes transporten aquests ions en sentit contrari al gradient (en contra del flux passiu) amb la hidròlisi d'ATP.
• La bomba Na+/K+ transporta: 3 Na+ surten i entren 2 K+.
• La bomba Na+/K+ manté el potencial de membrana en repòs a -70mV.

Transport Actiu Secundari

• Aprofita el gradient electroquímic generat per una bomba per transportar un solut.
• Exemple: SGLT1 de l'intestí, associat a la bomba Na+/K+.

Transport de Molècules Grans

• Es realitza mitjançant vesícules.
• Endocitosi: procés pel qual una cèl·lula capta material de l'exterior.
• Exocitosi: procés pel qual una cèl·lula allibera material a l'exterior i produeix membrana.

Tipus d'Endocitosi

• Hi ha tres tipus d'endocitosi:
  • Fagocitosi: fase sòlida (inespecífica).
  • Pinocitosi: fase líquida (inespecífica).
  • Endocitosi mitjançant receptor: específica.

Receptors de Membrana

• Són proteïnes de membrana que detecten senyals químics o hormones (lligands) i transmeten el senyal al citoplasma.
• Els receptors poden estar a totes les cèl·lules (receptor d'insulina) o en algunes molt específiques (receptor de TSH).
• Agonista: unió que produeix el mateix efecte biològic.
• Antagonista: unió que bloqueja el receptor i no produeix un efecte.

Funcions dels Receptors de Membrana

• Els receptors permeten la comunicació cel·lular a través de vies de senyalització.

Membranes Biològiques

• Les membranes biològiques actuen com a límits que aïllen la cèl·lula i els seus orgànuls.
• Estan formades per lípids i proteïnes.
• Funcions: transport de substàncies, conducció de potencials d'acció, reconeixement de senyals, unió intercel·lular i organització de reaccions metabòliques.

Models de Membrana Biològica

• Overton va observar que les substàncies lipídiques entraven més fàcilment a les cèl·lules, suggerint un component lipídic a la membrana.
• Langmuir va demostrar que els fosfolípids són substàncies amfipàtiques i es disposen formant una monocapa en un medi aquós.
• Gorter i Grendel van confirmar que la membrana és una bicapa lipídica a través de la mesura de la seva àrea superficial.
• Davson i Danielli van proposar el "model de sandvitx" amb una membrana bicapa lipídica recoberta per capes de proteïnes globulars.
• Robertson va desenvolupar el "model de membrana unitària", suggerint que totes les membranes són iguals.
• Singer i Nicholson van proposar el "model de mosaic fluid", que descriu una estructura fluida i dinàmica amb proteïnes globulars incloses total o parcialment a la bicapa lipídica.

Composició de la Membrana

• La membrana plasmàtica està formada per un 40-45% de lípids, un 45-55% de proteïnes i un 2-10% de glúcids.
• Conté glicerolípids, esfingolípids, glucolípids (a la part externa) i colesterol.
• La composició de les proteïnes varia segons el tipus de cèl·lula i l'orgànul.
• Els glúcids estan units a proteïnes o lípids, amb funcions importants per al funcionament de la cèl·lula.

Propietats de la Membrana

• La fluïdesa de la membrana depèn de la composició de la bicapa lipídica.
• Major proporció d'àcids grassos insaturats, més fluïdesa.
• Cadenes d'àcids grassos més curtes, més fluïdesa.
• Major quantitat de colesterol, menor fluïdesa.

Moviments dels Components de la Membrana

• Els lípids tenen quatre tipus de moviments: flexió, rotació, difusió lateral i flip-flop.
• La flipasa facilita el moviment de flip-flop.
• Les proteïnes de membrana tenen moviments laterals i de rotació.

Composició Assimètrica de la Membrana

• Els moviments dels lípids expliquen la presència de diferents continguts de membranes, variació de gruix en algunes zones i l'organització asimètrica de la membrana.
• La flipasa manté l'asimetria de la membrana.

Proteïnes de Membrana

• Són globulars i tenen caràcter amfipàtic.
• Interactua amb les cues hidrofòbiques dels lípids i la part exterior, interior o ambdós.
• Tipus: integrals (insolubles en aigua, soluble en detergents o solvents orgànics) i perifèriques (hidròfiles, unides a la part hidròfila de les proteïnes integrals).
• Funcions: estructural, receptora, antígen de superfície, transportadora.

Dominis Específics de la Membrana

• Zones de la membrana on els moviments dels lípids i de les proteïnes es troben restringits.

Glúcids de Membrana

• Formen el glicocalix, una coberta al voltant de la cèl·lula.
• Estan units a proteïnes de membrana (glicoproteïnes) i lípids de membrana (glicolípids).
• Els glúcids són específics de l'espècie i el tipus de cèl·lula.

Funcions del Glicocalix

• Protecció de la cèl·lula.
• Reconèixer específicament altres cèl·lules.
• Ancoratge i estabilització de proteïnes a la superfície cel·lular.
• Estabilització de l'estructura de les cèl·lules.
• Barrera selectiva en la introducció de molècules de baix pes molecular.

Permeabilitat de la Membrana

• La membrana és permeable a:
  • Molècules apolars
  • Molècules petites polars sense càrrega
• La membrana és impermeable a:
  • Molècules grans polars sense càrrega
  • Molècules grans polars amb càrrega
  • Ions

Transport a través de la Membrana Plasmàtica

• Difusió simple: moviment de les molècules a favor del gradient químic de concentració, gradient elèctric o gradient electroquímic.
• Transport de soluts a través de la membrana: difusió simple o difusió facilitada/transport passiu per proteïnes transportadors.
• Transport actiu: moviment en contra del gradient de concentració amb despesa d'energia, transport actiu primari (utilitza ATP) o secundari (utilitza d'un altre gradient electroquímic).

Difusió Facilitada o Transport Passiu

• S'utilitzen proteïnes transportadors i canals.
• Es dóna a favor del gradient.

Proteïnes Canal

• Permeten el pas de soluts a través de la membrana sense entrar en contacte amb la bicapa lipídica.
• Transport ràpid i no saturable.

Transportadors

• Funcionen com a enzims, tenen un lloc d'unió al solut.
• Transport saturable.

Tipus de Transportadors

• Uniports: transporten un sol solut.
• Cotransportadors: transporten dos soluts, simports (mateixa direcció) o antiports (direccions oposades).

Cotransportadors

• Exemple de simport: Cotransportador de glucosa / Na+ a l'intestí.
• Exemple d'antiport: Transportador de bicarbonat a la membrana dels eritròcits.

Transport Actiu

• Es dóna en contra del gradient amb despesa d'energia.
• S'utilitzen bombes, que són proteïnes de transport que transporten ions o molècules en contra del gradient.
• L'energia prové de la hidròlisi d'ATP o de l'energia emmagatzemada a la cèl·lula.
• Hi ha dos tipus de transport actiu: primari (utilitza ATP) i secundari (utilitza un altre gradient electroquímic).

Transport Actiu Primari: Bombes de Na+ / K+

• Mantenen la polaritat de la membrana amb més ions de Na+ a l'exterior i més ions de K+ a l'interior.
• Transporten aquests ions en sentit contrari al gradient amb la hidròlisi d'ATP.
• La bomba Na+/K+ transporta: 3 Na+ surten i entren 2 K+.
• La bomba Na+/K+ manté el potencial de membrana en repòs a -70mV.

Transport Actiu Secundari

• Aprofita el gradient electroquímic generat per una bomba per transportar un solut.
• Exemple: SGLT1 de l'intestí, associat a la bomba Na+/K+.

Transport de Molècules Grans

• Es realitza mitjançant vesícules.
• Endocitosi: procés pel qual una cèl·lula capta material de l'exterior.
• Exocitosi: procés pel qual una cèl·lula allibera material a l'exterior i produeix membrana.

Tipus d'Endocitosi

• Fagocitosi: fase sòlida (inespecífica).
• Pinocitosi: fase líquida (inespecífica).
• Endocitosi mitjançant receptor: específica.

Receptors de Membrana

• Són proteïnes de membrana que detecten senyals químics o hormones (lligands) i transmeten el senyal al citoplasma.
• Els receptors poden estar a totes les cèl·lules (receptor d'insulina) o en algunes molt específiques (receptor de TSH).
• Agonista: unió que produeix el mateix efecte biològic.
• Antagonista: unió que bloqueja el receptor i no produeix un efecte.

Funcions dels Receptors de Membrana

• Els receptors permeten la comunicació cel·lular a través de vies de senyalització.

Membranes Biològiques

• Les membranes biològiques són barreres que separen les cèl·lules dels seus entorns i els seus orgànuls.
• Estan compostes principalment per lípids i proteïnes.
• Tenen funcions importants com el transport de substàncies, la conducció de senyals, la unió entre cèl·lules i l'organització de reaccions metabòliques.
• Els fosfolípids s'organitzen en bicapes, amb les cues hidrofòbiques cap a l'interior i els caps hidrofílics cap a l'exterior.
• Els lípids formen una barrera impermeable al pas de molècules polars amb càrrega.

Models de Membrana Biològica

• Overton (1890) va observar que les substàncies lipídiques entraven a les cèl·lules més fàcilment, suggerint un component lipídic a la membrana.
• Langmuir (1900) va descobrir que els fosfolípids són amfipàtics i formen una monocapa en un medi aquós.
• Gorter i Grendel (1925) van determinar que la membrana és una bicapa lipídica, a través de la mesura de la seva àrea superficial.
• Davson i Danielli (1935) van proposar el "model de sandvitx", on la membrana és una bicapa lipídica recoberta per capes de proteïnes globulars.
• Robertson (1960) va desenvolupar el "model de membrana unitària", suggerint que totes les membranes són iguals i corroborant el model de Davson i Danielli.
• El "model de mosaic fluid" de Singer i Nicholson (1972) és el model actualment acceptat. Descriu una estructura fluida i dinàmica amb proteïnes globulars incloses total o parcialment a la bicapa lipídica.

Composició de la Membrana

• La membrana plasmàtica està formada per lípids (40-45%), proteïnes (45-55%) i glúcids (2-10%).
• Els lípids inclouen glicerolípids, esfingolípids, glucolípids (a la part externa) i colesterol.
• Les proteïnes són molt variables segons el tipus de cèl·lula i l'orgànul.
• Els glúcids estan units a proteïnes o lípids, amb funcions importants per al funcionament de la cèl·lula.

Propietats de la Membrana

• La fluïdesa de la membrana depèn de la composició de la bicapa lipídica.
• Un percentatge més alt d'àcids grassos insaturats fa que la membrana sigui més fluida.
• La longitud de les cadenes d'àcids grassos també influeix, les cadenes més curtes fan que la membrana sigui més fluida.
• El percentatge de colesterol influeix de forma contrària: més colesterol, menys fluïdesa.

Moviments dels Components de la Membrana

• Els lípids de membrana tenen quatre tipus de moviments: flexió, rotació, difusió lateral i flip-flop o difusió transversal.
• La flexió és la torsió deguda als àcids grassos insaturats.
• La rotació és el gir del lípid sobre el seu eix.
• La difusió lateral és el moviment dels lípids a través de la monocapa.
• El flip-flop és el moviment d'un lípid d'una monocapa a l'altra.
• Aquest darrer moviment és lent sense catalitzadors, però ràpid amb l'ajuda de flippases.
• Les proteïnes de membrana també tenen moviments laterals i de rotació, influenciats pel moviment dels lípids.
• Una proteïna de membrana pot recórrer tota la superfície d'una cèl·lula en un minut.

Composició assimètrica de la Membrana

• Els moviments dels lípids aporten fluïdesa i expliquen:
  • Diferents continguts de les membranes.
  • Variació de gruix en algunes zones.
  • Organització asimètrica de la membrana.
• La flipasa manté l'asimetria de la membrana.

Proteïnes de Membrana

• Les proteïnes de membrana són globulars i amfipàtiques.
• Tenen regions hidrofòbiques que interactuen amb les cues hidrofòbiques dels lípids, i regions hidròfiles que interactuen amb l'exterior, l'interior o ambdues parts de la membrana.
• Hi ha dos tipus de proteïnes de membrana: integrals o intrínseques i perifèriques o extrínseques.
• Les proteïnes integrals són insolubles en aigua, són solubles en detergents i poden travessar completament la bicapa (transmembrana) o estar unides parcialment a un lípid.
• Les proteïnes perifèriques són hidròfiles, unides a la part hidròfila de les proteïnes integrals.
• Les proteïnes de membrana tenen funcions específiques, com:
  • Estructural: uneixen la membrana al citoesquelet i a la matriu extracel·lular.
  • Receptor: reben senyals químics o hormones.
  • Antígens de membrana o de superfície cel·lular: donen identitat a la cèl·lula.
  • Transportadors: permeten el pas de soluts a través de la membrana.

Dominis Específics de la Membrana

• Regions de la membrana on els moviments dels lípids i de les proteïnes es troben restringits.
• Un exemple: les cèl·lules endotelials amb dominis apical, basal i lateral.

Glúcids de Membrana

• Els glúcids de membrana formen el glicocalix, una coberta al voltant de la cèl·lula.
• El glicocalix està format per oligosacàrids units a proteïnes (glicoproteïnes) i lípids (glicolípids) de membrana.
• Els glúcids de membrana són específics de l'espècie i el tipus de cèl·lula.
• Es troben a la part externa de la cèl·lula.

Funcions del Glicocalix

• Protecció de la cèl·lula.
• Reconeixement específic de les cèl·lules.
• Ancoratge i estabilització de proteïnes a la superfície cel·lular.
• Estabilització de l'estructura de les cèl·lules.
• Barrera selectiva en la introducció de molècules de baix pes molecular.

Permeabilitat de la Membrana

• La membrana és permeable a:
  • Molècules apolars: CO2, etanol, esteroides.
  • Molècules petites polars sense càrrega: urea, aigua, glicerol.
• La membrana és impermeable a:
  • Molècules grans polars sense càrrega: glucosa.
  • Molècules grans polars amb càrrega: ATP, aminoàcids polars.
  • Ions: Na+, K+, Ca2+.

Transport a través de la Membrana Plasmàtica

• Difusió simple: moviment de les molècules a favor del gradient químic de concentració, gradient elèctric o gradient electroquímic.
• Transport de soluts a través de la membrana:
  • Difusió simple: mitjançant la membrana lipídica.
  • Difusió facilitada o transport passiu per proteïnes transportadors:
    • Proteïnes canal: formen un canal aquós a través del qual els soluts poden passar.
    • Transportadors: tenen un lloc d'unió al solut i canvien la seva conformació per permetre el seu pas a través de la membrana.
• Transport actiu: moviment en contra del gradient de concentració amb despesa d'energia.
  • Transport actiu primari: utilitza ATP.
  • Transport actiu secundari: utilitza un altre gradient electroquímic.

Difusió Facilitada o Transport Passiu

• S'utilitzen proteïnes transportadors i canals.
• Es dóna a favor del gradient.

Proteïnes Canal

• Permeten el pas de soluts a través de la membrana sense entrar en contacte amb la bicapa lipídica.
• Els soluts que passen per proteïnes canal inclouen Na+, K+, Ca2+ (ions inorgànics) i molècules polars, depenent de la seva mida i càrrega.
• El transport és ràpid i no saturable.

Transportadors

• Funcionen com a enzims, tenen un lloc d'unió al solut.
• El flux de soluts està determinat pel gradient de concentració i el gradient electroquímic.
• El transport és saturable.

Tipus de Transportadors

• Uniports: transporten un sol solut.
• Cotransportadors: transporten dos soluts.
  • Simports: transporten dos soluts en la mateixa direcció.
  • Antiports: transporten dos soluts en direccions oposades.

Cotransportadors

• Un exemple de simport: cotransportador de glucosa / Na+ a l'intestí.
• Un exemple d'antiport: transportador de bicarbonat a la membrana dels eritròcits.

Transport Actiu

• Es dóna en contra del gradient i amb despesa d'energia.
• S'utilitzen bombes, que són proteïnes de transport que transporten ions o molècules en contra del gradient.
• L'energia prové de la hidròlisi d'ATP (mitocondris) o de l'energia emmagatzemada a la cèl·lula.
• Hi ha dos tipus de transport actiu:
  • Primari: utilitza ATP.
  • Secundari: utilitza un altre gradient electroquímic.

Transport Actiu Primari. Bombes de Na+ / K+

• Mantenen la polaritat de la membrana amb més ions Na+ a l'exterior i més ions K+ a l'interior.
• Na+ entra i K+ surt per transport passiu.
• Aquestes bombes transporten aquests ions en sentit contrari al gradient (en contra del flux passiu) amb la hidròlisi d'ATP.
• La bomba Na+/K+ transporta: 3 Na+ surten i entren 2 K+.
• La bomba Na+/K+ manté el potencial de membrana en repòs a -70mV.

Transport Actiu Secundari

• Aprofita el gradient electroquímic generat per una bomba per transportar un solut.
• Un exemple: SGLT1 de l'intestí, associat a la bomba Na+/K+.

Transport de Molècules Grans

• Es realitza mitjançant vesícules.
• Endocitosi: procés pel qual una cèl·lula capta material de l'exterior.
• Exocitosi: procés pel qual una cèl·lula allibera material a l'exterior, i produeix membrana.

Tipus d'Endocitosi

• Hi ha tres tipus d'endocitosi:
  • Fagocitosi: fase sòlida (inespecífica).
  • Pinocitosi: fase líquida (inespecífica).
  • Endocitosi mitjançant receptor: específica.

Receptors de Membrana

• Són proteïnes de membrana que detecten senyals químics o hormones (lligands) i transmeten el senyal al citoplasma.
• Els receptors poden estar a totes les cèl·lules (receptor d'insulina) o en algunes molt específiques (receptor de TSH).
• Agonista: unió que produeix el mateix efecte biològic.
• Antagonista: unió que bloqueja el receptor i no produeix un efecte.

Funcions dels Receptors de Membrana

• Els receptors permeten la comunicació cel·lular a través de vies de senyalització.

Membranes Biològiques

• Les membranes biològiques actuen com a barreres aïllants per a la cèl·lula i els seus orgànuls.
• Són compostes per lípids i proteïnes.
• Funcions: transport de substàncies, conducció de potencials d'acció, reconeixement de senyals, unió intercel·lular i organització de reaccions metabòliques.
• Els fosfolípids s'organitzen en bicapes, amb la part hidrofòbica cap a l'interior i la part hidrofílica cap a l'exterior.

Models de membrana biològica

• Overton (1890) va observar que les substàncies lipídiques entraven més fàcilment a les cèl·lules, suggerint un component lipídic a la membrana.
• Langmuir (1900) va determinar que els fosfolípids són substàncies amfipàtiques i es disposen formant una monocapa en un medi aquós.
• Gorter i Grendel (1925) van demostrar que la membrana és una bicapa lipídica a través de la seva àrea superficial.
• Davson i Danielli (1935) van proposar el "model de sandvitx" amb una membrana bicapa lipídica recoberta per capes de proteïnes globulars.
• Robertson (1960) va desenvolupar el "model de membrana unitària", suggerint que totes les membranes són iguals i corroborant el model de Davson i Danielli.
• El "model de mosaic fluid" de Singer i Nicholson (1972), el model actualment acceptat, descriu una estructura fluida i dinàmica amb proteïnes globulars incloses total o parcialment a la bicapa lipídica.
• La membrana és asimètrica amb funcions diferents a les dues cares.

Composició de la Membrana

• La membrana plasmàtica està formada per un 40-45% de lípids, un 45-55% de proteïnes i un 2-10% de glúcids.
• Els lípids inclouen glicerolípids, esfingolípids, glucolípids (a la part externa) i colesterol.
• Les proteïnes són molt variables segons el tipus de cèl·lula i l'orgànul.
• Els glúcids estan units a proteïnes o lípids, amb funcions importants per al funcionament de la cèl·lula.

Propietats de la Membrana

• La fluïdesa de la membrana depèn de la composició de la bicapa lipídica.
  • El % de fosfolípids amb àcids grassos saturats o insaturats: més àcids grassos insaturats, més fluïdesa.
  • La longitud de les cadenes d'àcids grassos: cadenes més curtes, més fluïdesa.
  • El % de colesterol: més colesterol, menor fluïdesa.

Moviments dels Components de la Membrana

• Els lípids de membrana tenen 4 moviments:

  • Flexió: torsió deguda als àcids grassos insaturats.
  • Rotació: gir del lípid sobre el seu eix.
  • Difusió lateral: moviment dels lípids a través de la monocapa.
  • Flip-flop o Difusió transversal: moviment d'un lípid d'una monocapa a l'altra. Aquest moviment és lent sense catalitzadors però ràpid amb l'ajuda de flippases.

• Les proteïnes de membrana tenen moviments laterals i de rotació (pel moviment dels lípids).

• Una proteïna de membrana pot recórrer tota la superfície d'una cèl·lula en un minut.

Composició assimètrica de la Membrana

• Els moviments dels lípids aporten fluïdesa i expliquen:

  • Diferents continguts de les membranes.
  • Variació de gruix en algunes zones.
  • Organització asimètrica de la membrana.

• La flipasa manté l'asimetria de la membrana.

Proteïnes de Membrana

• Són globulars i tenen caràcter amfipàtic.

• Tenen regions hidrofòbiques que interactuen amb les cues hidrofòbiques dels lípids i regions hidròfiles que interactuen amb la part exterior, interior o ambdós.

• Hi ha dos tipus de proteïnes de membrana:

  • Integrals o intrínseques: insolubles en aigua y soluble en detergents o solvents orgànics, poden travessar la bicapa (transmembrana) o estar anomenat a un lípid.
  • Perifèriques o extrínseques: hidròfiles, unides a la part hidròfila de les proteïnes integrals.

• Les proteïnes de membrana tenen funcions especíifiques com:

  • Estructural: uneixen la membrana al citoesquelet i la matriu extra cel·lular.
  • Receptor: reben senyals químics o hormones.
  • Antígens de membrana o de superfície cel·lular: donen identitat a la cèl·lula.
  • Transportadors: permeten el pas de soluts a través de la membrana.

Dominis Específics de la Membrana

• Regions de la membrana on els moviments dels lípids i de les proteïnes es troben restringits.
• Exemple: Cèl·lules endotelials amb dominis apical, basal i lateral.

Glúcids de Membrana

• Els glúcids de membrana formen el glicocalix, una coberta al voltant de la cèl·lula.
• El glicocalix està format per oligosacàrids units a proteïnes de membrana (glicoproteïnes) i lípids de membrana (glicolípids).
• Els glúcids són específics de l'espècie i el tipus de cèl·lula.
• Es troben a la part externa de la cèl·lula.

Funcions del Glicocalix

• Protecció de la cèl·lula.
• Reconeixement específic de les cèl·lules.
• Ancoratge i estabilització de proteïnes a la superfície cel·lular.
• Estabilització de l'estructura de les cèl·lules.
• Barrera selectiva en la introducció de molècules de baix pes molecular.

Permeabilitat de la Membrana

• La membrana és permeable a:

  • Molècules apolars: CO2, etanol, esteroides.
  • Molècules petites polars sense càrrega: urea, aigua, glicerol.

• La membrana és impermeable a:

  • Molècules grans polars sense càrrega: glucosa.
  • Molècules grans polars amb càrrega: ATP, aminoàcids polars.
  • Ions: Na+, K+, Ca2+.

Transport a través de la Membrana Plasmàtica

• Difusió simple: moviment de les molècules a favor del gradient químic de concentració, gradient elèctric o gradient electroquímic.

• Transport de soluts a través de la membrana:

  • Difusió simple: mitjançant la membrana lipídica.
  • Difusió facilitada o transport passiu per proteïnes transportadors:
    • Proteïnes canal: formen un canal aquós a través del qual els soluts poden passar.
    • Transportadors: tenen un lloc d'unió al solut i canvien la seva conformació per permetre el seu pas a través de la membrana.

• Transport actiu: moviment en contra del gradient de concentració amb despesa d'energia:

  • Transport actiu primari:utilitza ATP.
  • Transport actiu secundari:utilitza d'un altre gradient electroquímic.

Difusió Facilitada o Transport Passiu

• S'utilitzen proteïnes transportadors i canals.
• Es dóna a favor del gradient.

Proteïnes Canal

• Permeten el pas de soluts a través de la membrana sense entrar en contacte amb la bicapa lipídica.
• Els soluts que passen per proteïnes canal inclouen Na+, K+, Ca2+ (ions inorgànics) i molècules polars, depenent de la seva mida i càrrega.
• El transport és ràpid i no saturable.

Transportadors

• Funcionen com a enzims, tenen un lloc d'unió al solut.
• El flux de soluts està determinat pel gradient de concentració i el gradient electroquímic.
• El transport és saturable.

Tipus de Transportadors

• Uniports: transporten un sol solut.

• Cotransportadors: transporten dos soluts.

  • Simports: transporten dos soluts en la mateixa direcció.
  • Antiports: transporten dos soluts en direccions oposades.

Cotransportadors

• Exemple de simport: Cotransportador de glucosa / Na+ a l'intestí.

• Exemple d'antiport: Transportador de bicarbonat a la membrana dels eritròcits.

Transport Actiu

• Es dóna en contra del gradient i amb despesa d'energia.
• S'utilitzen bombes, que són proteïnes de transport que transporten ions o molècules en contra del gradient.
• L'energia prové de la hidròlisi d'ATP (mitocondris) o de l'energia emmagatzemada a la cèl·lula.
• Hi ha dos tipus de transport actiu:
  • Primari: utilitza ATP.
  • Secundari: utilitza un altre gradient electroquímic.

Transport Actiu Primari. Bombes de Na+ / K+

• Mantenen la polaritat de la membrana amb més ions de Na+ a l'exterior i més ions de K+ a l'interior.
• Na+ entra i K+ surt per transport passiu.
• Aquestes bombes transporten aquests ions en sentit contrari al gradient (en contra del flux passiu) amb la hidròlisi d'ATP.
• La bomba Na+/K+ transporta: 3 Na+ surten i entren 2 K+.
• La bomba Na+/K+ manté el potencial de membrana en repòs a -70mV.

Transport Actiu Secundari

• Aprofita el gradient electroquímic generat per una bomba per transportar un solut.
• Exemple: SGLT1 de l'intestí, associat a la bomba Na+/K+.

Transport de Molècules Grans

• Es realitza mitjançant vesícules.

• Endocitosi: procés pel qual una cèl·lula capta material de l'exterior.

• Exocitosi: procés pel qual una cèl·lula allibera material a l'exterior i produeix membrana.

Tipus d'Endocitosi

• Hi ha tres tipus d'endocitosi:
  • Fagocitosi: fase sòlida (inespecífica).
  • Pinocitosi: fase líquida (inespecífica).
  • Endocitosi mitjançant receptor: específica.

Receptors de Membrana

• Són proteïnes de membrana que detecten senyals químics o hormones (lligands) i transmeten el senyal al citoplasma.
• Els receptors poden estar a totes les cèl·lules (receptor d'insulina) o en algunes molt específiques (receptor de TSH).
• Agonista: unió que produeix el mateix efecte biològic.
• Antagonista: unió que bloqueja el receptor i no produeix un efecte.

Funcions dels Receptors de Membrana

• Els receptors permeten la comunicació cel·lular a través de vies de senyalització.