Tema 6. Membranes Biològiques PDF

Tema 6. Membranes Biològiques Composició i Estructura. Mecanismes de Transport. Receptors de Membrana  Generalitats Generalitats Concepte: És una capa o envolta “contínua” que està formada per lípids i proteïnes. Característiques i funci...

Tema 6. Membranes Biològiques Composició i Estructura. Mecanismes de Transport. Receptors de Membrana  Generalitats Generalitats Concepte: És una capa o envolta “contínua” que està formada per lípids i proteïnes. Característiques i funcions: 1. És un límit aïllant (per l’acció dels fosfolípids) tant de la cèl·lula com dels orgànuls 2. Permet el transport de substancies (gràcies a las proteïnes de membrana) 3. Conducció de Potencials d’Acció 4. Reconeixement de senyales. Vies de senyalització i glicocàlix 5. Unió intercel·lular 6. Organització de reacciones metabòliques.  Les membranes compartimenten la cèl·lula Els diferents orgànuls estan delimitats per membranes.  Els fosfolípids formen Bicapes Les molècules anfipàtiques formen dos tipus d’estructura en disolució: Miceles: una sola cadena apolar i forma cònica (àcids grasos lliures Liposomes: lipids amb dos cadenes apolars (glicerolípids i esfingolípids) i forma cúbica formen bicapes  Models de membrana biològica 1890 Overton: Els Lípids són components important de membrana Treballa amb cèl·lules d’arrels de plantes i va observar que les substàncies lipídiques penetren més fàcilment en les cèl·lules mentre que les solubles en aigua no. Overton conclou que els lípids estan present en la superficie cel·lular com una espècie de coberta. 1900 Langmuir: La membrana està formada per una monocapa lipídica. Overton Langmuir Els fosfolipids en una película d’aigua es disposen formant una monocapa. Determina que els fosfolípids són substàncies amfipàtiques.  Models de membrana biològica Gorter i Grendel (1925) La membrana es una Bicapa Lipídica Extreuen els lípids de la membrana dels eritròcits amb acetona A l’estendre la membrana s’obre aigua obtenen una pel·lícula de lípids que tenia 2X àrea dels eritròcits per tant a membrana havia de ser una bicapa lipídica  Models de membrana biològica Danson i Danielli (1935), Model del Sandwich. Tractament en proteases produïa que la membrana es degrades, per tant les proteïnes són part important de les membranes membrana bicapa lipídica recobertes per capes de proteïnes globulars. La proteïna és la part hidrofilica i els lípids la part Hidrofòbica Conclusió, la bicapa lipídica està envoltada dins i fora de la cèl·lula de proteïnes.  Models de membrana biològica Model de Robertson (1960) Model membrana Unitària, desenvolupa el concepte d’Unitat de membrana, totes les membranes són iguals i corrobora el model de Danson i Danielli Determina experimentalment que la membrana té tres fases al microscopi electrònic (fixació de les cèl·lules en tetraòxid d’osmi). Proteïnes i zones polars corresponen a la part fosca mentre que les zones apolars corresponent a la part clara. Model no vàlid degut a que la membrana la unió de proteïnes als àcids grassos impediria la fluïdesa de la membrana  Model Mosaic Fluid Model Mosaic fluid. Singer i Nicholson (1972), model d’acceptació general, (explica dades dels experiments anterior). Model asimètric, estructura fluïda i dinàmica. La membrana està formada per una bicapa lipídica, amb proteïnes globulars incloses total o parcialment Les membranes són molt fluïdes, lípids i proteïnes poden realitzar moviments dins la bicapa. Les Bicapes són asimètriques, les dos cares són diferents i per tant funcions diferents Asimetria en quant a lípids, proteïnes i glúcids (externs) Models de membrana biològica  Composició de la Membrana Composició química de la membrana plasmàtica 1. Lípids (40-45%) glicerolípids (cap + cua) i esfingolípids, glucolípids (la part externa) i colesterol. Varia depenent de la cèl·lula i de l'orgànul 2. Proteïnes (45-55%), molt variable depenent de la cèl·lula 3. Glúcids (2-10%): units a proteïnes o glúcids. Minoritaris però amb funcions importants per a la vida de la cèl·lula.  Estructura de la Membrana Lípids, glicerolípids i esfingolípids, glicolípids (la part externa) i colesterol. Molècules Amfipàtiques, es distribueixen formant una doble capa lipídica de 30 Å amb la part hidrofòbica a l’interior i la part hidrofílica a l’exterior. Les membranes són insolubles a les substàncies polars La distribució dels lípids de membrana és a asimètric i varia amb el tipus cel·lular  Propietats de la Membrana Fluïdesa de la membrana La composició de la bicapa lipídica determina la fluïdesa de la membrana: 1. El % de fosfolípids en AG saturats o insaturats. Com més AG insaturats menys T de transició Més Fluïda 2. La Longitud de les cadenes HC dels AG Com més curta menys T de transició i per tant Més Fluïda 3. El % Colesterol. El colesterol impedeix els moviments dels AAGG A més Colesterol més T de transició i per tant Menys fluida és la membrana  Propietats de la Membrana Com més insaturacions, més cadenes curtes i menys colesterol la membrana és més fluida. La fluïdesa de la membrana és condició necessària per a la vida de la cèl·lula. Si la Fluïdesa disminueix, els processos metabòlics i el transport cel·lular s’aturen,. Bacteris, llevats, animals que viuen a T baixes o hivernen, alteren la composició d’AG dels seus lípids de membrana. Si puja la T , substitució AG cadena curta pels de cadena llarga i saturats per insaturats  Moviments dels components de la membrana Moviments dels lípids de la membrana: 1. Moviment de flexió: Torsió dels Lípids degut sobretot als AG insaturats, on els dobles enllaços indueixen el moviment. 2. Moviment de rotació (sobre l’eix): gir del lípid (moviment freqüent). 3. Moviment de difusió lateral : moviment d’una molècula lipídica de manera lateral a través de la monocapa (moviment freqüent). 4. Moviment de Difusió Transversal o de flip-flop: moviment d’un lípid de membrana d’una monocapa a un altra. Pot ser: No catalitzat: es dóna en molt baixa freqüència. Catalitzat per una Flipasa és molt ràpid. -Moviment d’inversió o flip-flop intercanvi d’una molècula lipídica entre les dos monocapes (poc freqüent). Proteïnes à Moviments laterals i de rotació de les Proteïnes (pel mov. Lípids) Una proteïna de membrana por recórrer tota la superfície de la cèl·lula (20 μm de Ø) en 1’  Composicó asimétrica de la membrana Els moviments dels lípids aporta fluïdesa a la membrana i a més explica: Diferent continguts de les Membranes Les Variacions de gruix en algunes zones Organització asimètrica de la membrana. La flipasa manté la asimetria de la membrana Membrana plasmàtica Eritròcit  Proteïnes Proteïnes de membrana: Són Globulars Tenen Caràcter amfipàtic El caràcter amfipàtic permet la seva Disposició especial a la membrana  Proteïnes Proteïnes: Molts tipus diferents. Són Amfipàtiques. Regions hidrofòbiques interaccionen amb les cues hidrofòbiques dels lípids (ancorades) Regions hidròfiles interactuen amb els caps polars dels lípids (medi extern, medi intracel·lular o ambdós) 1. Proteïnes integrals o intrínseques: Solen ser Proteïnes Hidròfobes, insolubles en aigua. Poden estar travessant totalment la bicapa Proteïnes Transmembrana o unides a un lípid Proteïnes unides a lípid. Constitueixen el 70% de les proteïnes de membrana. Aïllament: mètodes agressius, detergents, dissolvents orgànics 2. Proteines perifèriques o extrínseques. Hidròfiles, unides a la part hidròfila de les proteïnes integrals, 30% del total. Aïllament: mètodes suaus, solució salina poc concentrada.  Proteïnes de membrana i funcions específiques Proteïnes de membrana i funcions específiques Proteïnes Estructurals: Uneixen la membrana al citoesquelet i la matriu extracel·lular. En alguns casos són també comunicadores. Receptors: reben senyals químics, o hormones i transmeten el senyal al citoplasma Antígens de membrana o de superfície cel·lular: donen identitat a la cèl·lula. Responsables del rebuig en els transplantaments. Transportadors: permeten el pas de soluts a través de la membrana  Dominis específics de la membrana Dominis específics de la membrana DOMINIS ESPECÍFICS DE LA MEMBRANA: Són regions de la membrana on els moviments dels lípids i proteïnes es troben restringits. Regions de les que els lípids i proteïnes no poden sortir, si moure’s. Hi ha sistemes per immobilitzar proteïnes en regions específiques Exemple de Dominis de la membrana: Cèl·lules endotelials tenen dominis apical, basal i lateral. Contenen proteïnes d’adhesió (Integrines, Cadherines) que permeten el contacte cèl·lula-cèl·lula Apical Lateral Basal  Glúcids Els Glúcids de membrana formen una coberta al voltant de la cèl·lula anomenada glicocàlix. El Glicocàlix està format pels Oligosacàrids units a les proteïnes de membrana les glicoproteïnes, i als lípids de membrana glicolípids. Glúcids específics de l’espècie i del tipus cel·lular Sempre es troben a la part externa de la cèl·lula  Glicocàlix Funcions del Glicocàlix 1. Protecció de la cèl·lula enfront d’agressions directes o indirectes (físic, químic, mecànic, bacteris..) 2. Intervenció en els fenòmens de reconeixement específic de les cèl·lules (antígens de membrana sistema ABO). 3. Ancoratge i estabilització de proteïnes a la superfície cel·lular. 4. Estabilització de l’estructura les cèl·lules a la matriu extracel·lular 5. Barrera selectiva en la introducció de molècules de baix pes molecular. Transport a través de la membrana plasmàtica  Les membranes són semi-permeables Membrana és permeable a: 1. Molècules Apolars passen a través de la membrana: CO2, etanol, esteroids 2. Molècules Petites polars, sense càrrega elèctrica neta: Urea, aigua o glicerol Membrana és impermeable a: 1. Molècules Grans polars sense càrrega , gran, Glucosa NO passa (proteïnes que l’ajuden (180 Da)) 2. molècules grans polars amb càrrega elèctrica neta no poden passar: ATP, Aminoàcids polars amb càrrega. 3. Ions, NO travessen les bicapes lipídiques (impermeables als ions).  Transport a través de la membrana plasmàtica Transport a través de la membrana plasmàtica Difusió Simple: Les molècules es mouen a traves de la membrana a favor del 1. Gradient químic de concentració: El solut del compartiment més concentrat es mou cap a el menys concentrat 2. Gradient Electric: Els ions positiu són atrets cap a les càrregues negatives i vice-versa 3. Gradient electroquímic: les substàncies amb càrrega es mouen depenent del gradient i de la càrrega  Transport de Soluts a través de la Membrana Transport de Soluts a través de la Membrana Difusió simple a través de la membrana lipídica, requereix energia per deshidratar el substrat i permetre el pas per la membrana. Quan més petita i més apolar és la molècula, més ràpidament travessa una bicapa lipídica ja que requereix menys energia per deshidratar-se. Difusió facilitada o Transport Passiu per les proteïnes transportadores: Les molècules polars grans amb càrrega passen a través de transportadors que redueixen la hidratació del solut permeten el seu pas i fent-lo més ràpid. Aquest transport no requereix energia i sempre es dóna a favor del gradient. Canals Portadors  Transport de Soluts a través de la Membrana Transport actiu: Mitjançant proteïnes de membrana Sempre en contra del gradient de concentració. Mecanisme amb despesa d’energia: 1. Primari utilitza ATP 2. Secundari utilitza un altre gradient electroquímic com a energia per transportar els soluts  Difusió facilitada o Transport Passiu Difusió facilitada o Transport Passiu Proteïnes TRANSPORTADORES i Canals A favor de gradient i molècules específiques.  Proteïnes Canal Difusió Facilitada amb Proteïnes Canal A través de proteïnes canal, Els soluts travessen la bicapa lipídica. Les proteïnes canal són: Proteïnes transmembrana que formen en el centre un canal aquós. Canals o porus oberts poden passar determinades molècules. Els soluts travessen la membrana sense entrar en contacte en la bicapa. Molècules que passen per proteïnes canal Na+, K+, Ca2+ (ions inorgànics). Molècules polars, depèn de la polaritat, mida i càrrega. Transport ràpid i no saturable sempre a favor de gradient  Transportadors Difusió facilitada o Transport Passiu Transport a través de proteïnes Transportadores Funcionen semblant a un Enzim, tenen un lloc d’unió al solut a transportar. b unió Solut à c canvi conformació à d alliberament S à e conformació inicial. El sentit del transport ve determinat pel gradient de concentracions i del gradient electroquímic i són saturables. Diabetis afecta als transportadors de Glucosa  Transportadors Transport a través de proteïnes Transportadores Les proteïnes Transportadores augmenten la Velocitat del transport i són saturables La constant de Transport Kt indica que la meitat del transportador està saturat i coincideix amb la ½ de la Vmax  Tipus de Transportadors Depenent de la quantitat de soluts i de la direcció en que els transporten els Transportadors poden ser: Uniports: Transportadors d’un solut Cotransportadors, transfereixen 2 soluts, simultània o alternativament Simports o Transport paral·lel: 2 soluts en la mateixa direcció Antiport o Transport Bidireccional o antiparal·lel: 2 soluts en direccions oposades  Cotransportadors Cotransportador de Glucosa/Na+ a l’intestí és Transportador de Bicarbonat de la un transportador Simport. Co-transporta Na+ i membrana dels eritròcits és Antiport. Glucosa cap a l’interior de l’enteròcit HCO3- i Cl- es transporten anti- paral·lelament  TRANSPORT ACTIU (TA) TRANSPORT ACTIU (TA): Es dóna en contra de gradient i amb despesa d’energia. Bombes: 1. proteïnes de transport 2. transporten activament molècules en contra de gradient amb despesa d’Energia 3. hidròlisi d’ATP (mitocondris) o l’energia emmagatzemada a la cèl·lula. Transport Actiu Primari o Secundari  Transport Actiu primari. BOMBES de Na+ / K+ La bomba més estudiada i coneguda és la bomba 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 Els ions Na+ entren i els ions K+ surten per transport passiu, Existeix un transport actiu que transporta aquests ions en sentit contrari (contra gradient) amb la hidròlisi de l’ATP Na+ cap a l’exterior K+ cap a l’interior. 3 Na+ surten i entren 2 K+ 3 llocs d’unió a Na+ i 2 d’unió a K+ 1. S’uneix a Na+ que permet unir ATP 2. Hidròlisi de l’ATP (donant ADP + P) que fosforila la proteïna i permet l’alliberació de Na+ 3. unió del K+ i alliberament del P 4. Desfosforilació i alliberament cap a l’interior del K+. Hi ha entre 200 o 300 bombes de Na/K a llarg de les membranes d’una cèl·lula animal típica, que poden bombejar 6000 ions K/min.  Potencial de membrana es manté pels transportadors Les Bombes de Na+ / K+ mantenen el potencial de membrana en repòs a -70mV. Això permet induir el potencial de membrana. La Oubaina (verí de fletxa de les tribus Somalís) inhibeix la bomba bloquejant la proteïna unida al Na+. La Palitoxina (produïda per un corall de Hawaii) també inhibeix la Bomba però el converteix en un canal de K+. La Digitoxina (planta digitalis) bloqueja la bomba de Na+/K+ activant una altra Na+/Ca2+ que augmenta la contractilitat del cor.  Transport actiu Secundari Transport actiu Secundari aprofita el gradient electroquímic generat per una bomba per transportar un solut El SGLT1 de l’intestí està associat a la bomba Na+/K+. La bomba Na+/K+ incrementa la concentració de Na+ permeten l’entrada de Glu  Transport de Molècules Grans Transport de Molècules grans i/o partícules grans (proteïnes, polisacàrids, etc) es realitza mitjançant vesícules. Endocitosi procés pel qual ENDOCITOSI, de fora a dins una cèl·lula capta material de l’exterior. Exocitosi procés pel qual una cèl·lula allibera material a l’exterior i produeix membrana EXOCITOSI, de dins a fora,  Tipus d’endocitosi 3 formes diferents d’endocitosi: 1. Fagocitosi o fase sòlida (inespecífica) 2. Pinocitosi o fase líquida (inespecífica) 3. Endocitosi mitjançant receptor – específica  RECEPTORS DE MEMBRANA RECEPTORS DE MEMBRANA, Solen ser proteïnes de membrana que detecten les senyals químics, o hormones anomenat LLIGAND i transmeten el senyal al citoplasma. Receptors n’hi ha molts i poden estar a totes les cèl·lules (Receptor de la Insulina) o en algunes molt específiques (Receptors de la TSH) Agonista = Unió à mateix efecte Antagonista = Unió à Bloqueja el Receptor i NO produeix un efecte  Receptors Hi han multitud de Receptors de vies de senyalització diferents que permeten la comunicació cel·lular.