T 7 ENVOLTURAS CELULARES PDF

TEMA ENVOLTURAS NUCLEARES ORIENTACIONES EBAU 24-25 C.4.- Composición, estructura y funciones de la membrana plasmática, el citosol, el citoesqueleto y los orgánulos celulares. Conocer la estructura de las membranas biológicas y comprender su funcionamiento teniendo en cuenta su papel en la permeabi...

TEMA ENVOLTURAS NUCLEARES ORIENTACIONES EBAU 24-25 C.4.- Composición, estructura y funciones de la membrana plasmática, el citosol, el citoesqueleto y los orgánulos celulares. Conocer la estructura de las membranas biológicas y comprender su funcionamiento teniendo en cuenta su papel en la permeabilidad selectiva. Conocer y diferenciar los procesos de transporte a través de la membrana: difusión simple, facilitada y transporte activo. Conocer y comprender los procesos de endocitosis y exocitosis. Identificar la pared celular en células vegetales y hongos, y conocer su estructura y función. ORIENTACIONES EBAU (años anteriores) - Componentes y estructura de las membranas celulares. Saber dibujarla - Propiedades de las membranas: fluidez y asimetría. Permeabilidad selecPva. - La membrana plasmáPca. Funciones. - Transporte a través de membrana. Transporte pasivo (difusión simple y difusiónfacilitada) y transporte acPvo (bomba de sodio-potasio). - Transporte mediante vesículas: endocitosis (pinocitosis, fagocitosis y endocitosismediada por receptor) y exocitosis. - Papel de la endocitosis y la exocitosis en la nutrición celular, en la defensa y en la secreción. !!!!!!MIRAD TODAS LAS FOTOS Y DIBUJOS DEL LIBRO RELACIONADOS CON ESTOS CONTENIDOS ( PÁG 100 A 106) 1.- LA MEMBRANA PLASMÁTICA (EBAU: dibujarla, reconocerla e indicar sus componentes, nombrar y explicar sus propiedades, explicar sus funciones) La membrana plasmática es una envoltura delgada (de 6 a 10 nm de grosor), continua y flexible que rodea a la célula y permite que el contenido de la célula tenga una composición distinta a la del medio. Separa el interior del exterior celular pero no aísla, regula el intercambio célula- medio y le confiere su individualidad al separarla de su entorno. Su aparición fue un paso crucial en el origen de las primeras formas de vida; sin ella la vida celular es imposible. 2.- COMPOSICIÓN QUÍMICA 1 Todas las membranas biológicas, (la membrana plasmática o las membranas internas de las células eucarióticas), tienen una estructura general común: están formadas por una bicapa lipídica en la que se incluyen proteínas y glúcidos. Los lípidos y las proteínas son los dos componentes mayoritarios de las membranas, aunque la proporción relativa de cada uno de ellos es diferente según el tipo de membrana. Los glúcidos presentes en la membrana están unidos a lípidos o a proteínas, en forma de glucolípidos y glucoproteínas. 2.1 LÍPIDOS Son los responsables de la estabilidad estructural de la membrana plasmáPca. Los lípidos de la membrana plasmáPca se encuentran dispuestos formando una bicapa. Esta bicapa es la estructura básica de todas las membranas biológicas. Los tres Ppos de principales de lípidos de membrana son: los fosfoglicéridos, los esfingolípidos y el colesterol. Estos lípidos son anfipá]cos, es decir, Penen un extremo hidro[lico y otro hidrofóbico; por ello, en un medio acuoso, forman espontáneamente bicapas (autoensamblaje) que Penden a cerrarse sobre sí mismas (autosellado). Los fosfolípidos presentan hace el exterior de la bicapa la cabeza hidro[lica (polar) y hacia el interior dos colas hidrófobas de ácidos grasos. Las bicapas lipídicas Penen otras caracterísPcas más importantes que las convierten en una estructura ideal para las membranas celulares: la fluidez y la permeabilidad selec]va. La membrana plasmáPca no es una estructura estáPca, ya que los lípidos Penen posibilidad de movimiento, lo que le proporciona a la membrana fluidez. El movimiento más frecuente es la difusión lateral dentro de una monocapa; además las moléculas lipídicas giran en torno a sus ejes longitudinales (movimiento de rotación) y sus cadenas hidrocarbonadas son flexibles. Rara vez Pene lugar la difusión transversal de una monocapa a otra, denominada “flip-flop” (raro porque consume energía) lo catalizan las enzimas denominadas flipasas. La fluidez es una de las caracterísPcas más importantes de las membranas. Depende de factores como la temperatura (la fluidez aumenta al aumentar la temperatura), la composición de sus ácidos grasos (a mayor número de dobles enlaces mayor fluidez y también cuanto más corta la cadena hidrocarbonada del ácido graso) y la presencia de colesterol (es el principal regulador de la fluidez de la membrana plasmáPca porque su rígido anillo esteroide interfiere en el movimiento de la cadena de los ácidos grasos). Otra propiedad de las bicapas lipídicas es que Penen permeabilidad selec]va. Debido a su interior hidrofóbico, son muy impermeables a los iones y a la mayor parte de las moléculas polares, las moléculas que atraviesan las bicapas son: a) moléculas NO polares y b) moléculas polares SIN carga de pequeño tamaño como el H2O que pasa a 2 través de huecos que se abren en la bicapa como resultado de los movimientos moleculares. 2.2 PROTEÍNAS Confieren a la membrana sus funciones específicas y son caracterísPcas de cada célula. Las funciones específicas que realizan las proteínas de membrana son: transporte de determinadas sustancias (por ejemplo: K+, glucosa…), algunas son enzimas que catalizan determinadas reacciones, otras son receptores de señales químicas o eléctricas del exterior al interior (por ejemplo receptores que reconocen hormonas como el receptor de la insulina). Al igual que los fosfolípidos, poseen un movimiento de difusión lateral, contribuyendo a la fluidez de la membrana. La mayoría de proteínas son globulares, y según su disposición en la bicapa se clasifican en proteínas integrales y periféricas: - Proteínas integrales o intrínsecas: atraviesan parcial o totalmente la bicapa. Estas proteínas Penen una parte central hidrofóbica (rica en aminoácidos a polares), que interacciona con la región hidrocarbonada de la bicapa y dos partes hidro[licas, una a cada lado de la bicapa. Si atraviesan la bicapa lipidica (la proteína sobresale a cada lado de la bicapa) se denominan proteínas transmembrana. - Proteínas periféricas o extrínsecas: Están a un lado y otro de la bicapa lipídica, unidas a la parte polar de los lípidos de membrana o de las proteínas integrales. Son proteínas que no presentan zonas hidrófobas y que, por lo tanto, no pueden penetrar en el interior de la bicapa. 2.2 GLÚCIDOS. GLICOCÁLIZ En el caso concreto de la membrana plasmáPca, en su mayoría son oligosacáridos unidos covalentemente a proteínas y lípidos de la membrana formando glucoproteínas y glucolípidos, respecPvamente. Su distribución es asimétrica, se localizan en la cara externa de la membrana plasmáPca de las células eucariotas. ConsPtuyen la cubierta celular o glucocálix (glicocálix, glicocaliz,glucocaliz), con diversas FUNCIONES: - Protege a la superficie celular del daño mecánico y químico. - Le otorga viscosidad a las superficies celulares, lo que facilita el desplazamiento de las células. La complejidad de los oligosacáridos que forman las glicoproteínas y glicolípidos de la MP, así como el hecho de que se encuentren expuestos en la superficie celular indica 3 que los oligosacáridos son marcadores de la idenPdad celular e intervienen en diversos procesos de reconocimiento celular. - Interviene en procesos de reconocimiento entre células de un tejido. Estas células son capaces de adherirse y experimentan una inhibición por contacto de las células vecinas, de modo que no se dividen. - Intervienen en la fecundación, unión del espermatozoide con el óvulo, lo que implica el reconocimiento de ambas células e impide que se unan gametos pertenecientes a disPntas especies. - En los procesos infecciosos, para iniciar una infección el agente patógeno debe reconocer la superficie externa de la célula hospedadora. - Rechazo de trasplantes e injertos. El rechazo en lo trasplantes o injertos se produce porque los azúcares de las membranas celulares del individuo receptor son diferentes a las de los donantes donante. Las células del donante se reconocen como extrañas por el sistema inmunitario del receptor y se produce el rechazo. 3.- ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA: MODELO DEL MOSAICO FLUIDO Según el modelo de mosaico fluido propuesto en 1972, Singer y Nicholson, la membrana es una estructura fluida compuesta por una doble capa de lípidos a la cual se asocian moléculas proteicas, que se sitúan en las dos caras de la superficie de esta bicapa lipídica, bien total o parcialmente englobadas en ella, en la que todas las moléculas se pueden mover. Como los lípidos y las proteínas se disponen en mosaico y pueden desplazarse lateralmente, esta estructura recibe el nombre de mosaico fluido. El modelo de mosaico fluido presenta las siguientes caracterísPcas: - La membrana está formada por una bicapa lipídica asociada con proteínas. - Las moléculas lipídicas son anfipáPcas, disponiéndose las zonas polares hacia el medio acuoso externo e interno y las zonas polares hacia el interior, dando lugar a la bicapa lipídica de las membranas. - Tanto las proteínas como los lípidos pueden desplazarse lateralmente (membrana fluida). - Los lípidos y las proteínas integrales se disponen en mosaico. - Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución de sus componentes: lípidos, proteínas y glúcidos, sobre todo los glúcidos que sólo aparecen formando glucolípidos y glucoproteínas, en la cara externa de la membrana. 4  (MIRAD el dibujo de la pág 101 del libro) 4.- FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA (EBAU) - Controla también el flujo de información entre las células y su entorno. Las células son capaces de responder a esgmulos y señales externas gracias a ciertas moléculas situadas en la membrana plasmáPca, denominadas receptores de membrana o receptores de superficie. Estos receptores generalmente son proteínas y reconocen de forma específica a una determinada molécula-mensaje que puede ser una hormona, un neurotransmisor o un factor químico como los factores de crecimiento. - Confiere a la célula su individualidad al separarla de su entorno, pero no la aísla del medio. - Facilita el intercambio de sustancias con el medio, consPtuye una barrera de permeabilidad muy selec]va que controla el intercambio de sustancias y regula la composición iónica y molecular del medio interior. - Es puente entre el citoesqueleto y la matriz extracelular. - Proporciona el medio óp]mo para el funcionamiento de las proteínas de membrana (enzimas, receptores y proteínas transportadoras). Las enzimas de la membrana catalizan reacciones que di[cilmente tendrían lugar en medio acuoso. 5. DIFERENCIACIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA (EBAU sólo una vez) En los organismos pluricelulares, tanto vegetales como animales, las células que forman los tejidos se encuentran en contacto unas con otras. Se unen entre sí mediante modificaciones de la MP, denominadas uniones intercelulares. Las 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. En la mayoría de los tejidos de vertebrados hay tres tipos principales de uniones intercelulares: uniones herméticas, uniones de anclaje y uniones de comunicación o tipo gap. 1. Uniones herméticas (estrechas u oclusivas): Son uniones que no dejan espacio intercelular y por lo tanto no permiten el paso de sustancia entre las células. Están formadas por proteínas transmembrana que sueldan las membranas entre sí. Un ejemplo serían las células que recubren las cavidades de los mamíferos. 5  2. Uniones de anclaje o desmosomas: son puntos de contacto intercelulares (como remaches) que mantienen unidas a las células, aumentando su resistencia como tejido. Las células permanecen unidas mecánicamente y funcionan como una unidad estructural. Los desmosomas se localizan en tejidos sometidos a fuertes tensiones mecánicas, como el músculo cardiaco y el cuello del útero. Las MP no se fusionan, suele quedar un espacio intercelular. 3. Uniones de comunicación o de tipo “gap”: Estas uniones son canales intercelulares que permiten el paso de iones y pequeñas moléculas entre células adyacentes. La unión se realiza mediante conexones, que son estructuras hexagonales formadas por la asociación de seis proteínas transmembrana. Son importantes en la comunicación intercelular; así las contracciones sincronizadas del músculo cardíaco se consiguen mediante el flujo de iones a través de estas uniones. También son esenciales para la nutrición de células que están alejadas de los vasos sanguíneos, como las del cristalino y el hueso, y durante el desarrollo embrionario. 6. TRANSPORTE DE SUSTANCIAS La permeabilidad de la membrana plasmática es extraordinariamente selectiva, ya que debe permitir que moléculas esenciales, como la glucosa, aminoácidos…., penetren fácilmente en la célula, y que los productos de desecho salgan de ella. También las células tienen que regular las concentraciones iónicas intracelulares, lo que supone transportar iones a través de la membrana. La permeabilidad selectiva de la membrana plasmática le permite a la célula mantener un medio interno constante. Los distintos mecanismos por los cuales las moléculas atraviesan la membrana dependen de la naturaleza y del tamaño de la molécula a transportar. Dado que la bicapa lipídica actúa como una barrera muy impermeable a los iones y a la mayoría de las moléculas polares, las células han tenido que desarrollar sistemas para transportar estas sustancias a través de sus membranas; esto lo consiguen mediante las proteínas transportadoras especializadas. 6 6.1 TRANSPORTE DE PEQUEÑAS MOLÉCULAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA (SUPEREBAU: interpretar en dibujos el tipo de transporte, explicar los tipos de transporte) El transporte de PEQUEÑAS MOLÉCULAS a través de la membrana se clasifica, en función de los requerimientos energéticos en: transporte pasivo (no requiere energía) y transporte activo (requiere energía). A) TRANSPORTE PASIVO El transporte pasivo es un proceso de difusión a través de la membrana, que no requiere energía, ya que las moléculas se desplazan espontáneamente, a favor de su gradiente de concentración; es decir, desde una zona de concentración elevada a una de concentración baja. El transporte pasivo a través de la membrana puede presentar dos modalidades: difusión simple o difusión facilitada. A1) DIFUSIÓN SIMPLE: Ciertas moléculas pequeñas y sin carga, es decir no polares, como el oxígeno, el nitrógeno, el dióxido de carbono, hormonas esteroideas.. y también las moléculas polares sin carga (de tamaño reducido) como el agua, se difunden rápidamente a través de la bicapa lipídica, a favor de su gradiente de concentración. El paso tiene lugar aprovechando los huecos que aparecen por el desplazamiento de los fosfolípidos. A2) DIFUSIÓN FACILITADA: Los iones y la mayoría de las moléculas polares tales como glucosa, aminoácidos, nucleóPdos y otros muchos metabolitos celulares, no pueden atravesar el interior hidrofóbico de la membrana y se transportan a favor de gradiente de concentración (en el caso de los iones se habla a favor de gradiente electroquímico ,Pene en cuenta la concentración y la carga) mediante proteínas transmembrana que pueden ser: proteínas de canal y proteínas transportadoras específicas. 7 - Las proteínas de canal forman poros que atraviesan la bicapa y permiten el paso de iones de tamaño y carga adecuada. Algunos de estos canales se abren mediante uniones con un ligando y se llaman canales regulados por un ligando. Otros se abren como respuesta a un cambio de potencial y se denominan canales regulados por voltaje (estos canales son importantes en la transmisión del impulso nervioso). También hay proteínas, denominadas acuaporinas, que forman canales que permiten que las moléculas de agua pasen rápidamente a través de la membrana. - Las proteínas transportadoras específicas o permeasas se unen a la molécula a transportar y sufren un cambio conformacional, que permite la transferencia de la molécula a través de la membrana. Cada proteína transporta sólo un ]po de ión o moléculas o un grupo de moléculas estrechamente relacionadas. (MIRAD dibujo pág 102) B) TRANSPORTE ACTIVO (EBAU) Se realiza en contra de gradiente electroquímico e implica un consumo de energía proporcionada por el ATP. El transporte acPvo lo realizan determinados Ppos de proteínas transportadoras denominadas bombas (hidrolizan el ATP para obtener, y al mismo Pempo, alteran su conformación espacial para hacer el transporte). Entre las bombas más importantes se encuentran las que transportan los caPones sodio, potasio, calcio y protones. 8 Bomba de Na+-K+. La mayoría de las células animales tienen una alta concentración de K+ y una baja concentración de Na+ con respecto al medio externo. Estos gradientes se generan por la llamada bomba de Na+- K+, debido a que el movimiento de ambos iones se produce simultáneamente. Se bombean tres Na+ hacia el exterior y dos K+, hacia el interior, con la hidrólisis acoplada de ATP. La bomba de Na+- K+ tiene actividad enzimática de ATP-asa. Las neuronas emplean hasta el 70% de sus recursos energéticos en el funcionamiento de la bomba, otras células emplean un 30 %. La bomba de Na+- K+ es responsable de: Regular el volumen celular. Si se inhibe el funcionamiento de la bomba de Na+- K+, las células animales que no poseen paredes celulares, se hinchan y revientan. Es la responsable del mantenimiento del potencial de membrana (-90mV, el exterior de la célula es posiPvo respecto al interior celular. Permite que las células nerviosas y musculares sean eléctricamente excitables. También interviene en otros sistemas de transporte, debido que en algunas células es capaz de transportar glucosa y aa desde el exterior al interior. 6.2 TRANSPORTE DE MACROMOLÉCULAS Y PARTÍCULAS (EBAU: explicar endocitosis y exocitosis, comparar fagocitosis y endocitosis mediada por receptor, idenPficar microgra[as de endocitosis, rerlacionarlo con digesPón intra celular al interpretar dibujos..)) Las células también intercambian con el medio macromoléculas incluso pargculas de varios micrómetros de tamaño. El proceso por el cual las células ingieren macromoléculas y pargculas del medio recibe el nombre de endocitosis; y el proceso por el cual segregan pargculas al exterior exocitosis A) ENDOCITOSIS Consiste en la inges]ón de macromoléculas y pargculas mediante la invaginación de una pequeña región de la membrana que luego se estrangula formando una nueva vesícula intracelular. Se disPnguen tres Ppos de procesos de endocitosis: fagocitosis, pinocitosis, y endocitosis mediada por receptor. - Fagocitosis, (comida de la célula), consiste en la ingesPón de grandes parjculas, como microorganismos o restos de células, que se engloban en grandes vesículas, llamadas fagosomas. 9 - Pinocitosis, (bebida de la célula), consiste en la ingesPón indiscriminada de líquidos y solutos (incluidas macromoléculas) mediante pequeñas vesículas denominados pinocitos. - Endocitosis mediada por receptor consiste en la incorporación de macromoléculas o pargculas específicas tras su unión a proteínas receptoras de la membrana plasmáPca. Se forman, como en la pinocitosis, pequeñas vesículas. A1) FAGOCITOSIS Es la ingesPón de pargculas sólidas voluminosas, incluso bacterias y restos celulares; la realizan muchos protozoos para tomar alimentos, y también algunas células animales, como los macrófagos, cuya función es la defensa del organismo. Cuando una pargcula se une a los receptores de la superficie celular, induce a éste a emiPr pseudópodos que engloban a dicha pargcula, formando un fagosoma. A conPnuación, el fagosoma se fusiona con uno o más lisosomas y su contenido es digerido y uPlizado posteriormente como alimento por la célula. A2) PINOCITOSIS Casi todas las células eucarióPcas ingieren líquidos extracelulares por pinocitosis. Mediante este proceso no se incorporan macromoléculas específicas a la célula sino cualquier soluto disuelto en el líquido. La MP se invagina y se forma un pequeña vesícula intracelular denominada pinocito, que conPene cualquier sustancia que estuviese en el líquido extracelular. A3) ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTOR Mediante este proceso solo se endocita la macromolécula para la cual existe el correspondiente receptor en la membrana. Así incorporan a la célula, de manera selecPva, algunas macromoléculas importantes para el organismo (hormonas, colesterol). Los disPntos Ppos de células poseen diferentes receptores y, por ello, ingieren diferentes macromoléculas mediante este proceso. Estos receptores se acumulan zonas especializadas de la MP, denominadas depresiones reves]das, ya que en su cara citoplasmáPca están revesPdas por proteína una fibrosa, la clatrina. La unión de la sustancia (ligando) al receptor específico presente en la membrana, acPva el proceso de endocitosis, formándose unas vesículas denominadas endososmas. Estas vesículas pierden rápidamente el revesPmiento formando vesículas de superficie lisa, cuyo contenido termina generalmente en los lisosomas. 10 ACLARACIÓN (importante para interpretar dibujos de digesPón intracelular): En la mayoría de los casos las macromoléculas y pargculas ingeridas por cualquiera de estos procesos de endocitosis terminan en los lisosomas. Dado que los lisosomas conPenen enzimas hidrolíPcas, el material ingerido se digiere y pasa al citosol donde puede ser uPlizado por la célula. B) EXOCITOSIS Es el conjunto de procesos por los cuales la célula vierte al exterior moléculas de gran tamaño. Mediante este proceso las macromoléculas se engloban en vesículas intracelulares que se transportan a la membrana plasmáPca, fusionando sus membranas y liberando su contenido al medio extracelular. Mediante exocitosis se vierten al exterior residuos de la digesPón intracelular, y moléculas que desempeñan su función fuera de la célula que las produce como: proteínas de secreción, hormonas, neurotransmisores, enzimas digesPvos Mediante el proceso de exocitosis se gana membrana plasmá