Tema 2-Membranas Celulares PDF

[Tema 2: Las membranas celulares] Importante recordar que hablamos de membrana celulares NO plasmática. En las membranas residen todas las propiedades intrínsecas de la célula. **Imagen:** Vemos glóbulos blancos de distinto tipo y rojos. Podemos observar el límite de la célula, pero no la membran...

[Tema 2: Las membranas celulares] Importante recordar que hablamos de membrana celulares NO plasmática. En las membranas residen todas las propiedades intrínsecas de la célula. **Imagen:** Vemos glóbulos blancos de distinto tipo y rojos. Podemos observar el límite de la célula, pero no la membrana plasmática. Lo mismo ocurre con la imagen de la envoltura nuclear. La membrana está formada principalmente por **lípidos** y **proteínas**, además de **glúcidos**. Por tanto, es una estructura lipo-proteica que delimita un territorio celular concreto. Esta membrana determina la **individualidad** de la célula. Todas las membranas presentan una composición similar. La membrana de una bacteria, arquea, eucariota se ven igual al M.E. El grosor de la membrana plasmática se dice que es de **7,5 nm**. No obstante, es menor (2 nm menos) y esa medida se observa al M.E, ya que los elementos que se usan para que no pasen los electrones y los podamos ver en las imágenes del microscopio (OsO4, citrato de Pb, acetato de U) tienen afinidad por las zonas polares, entonces se depositan en la cabeza de los fosfolípidos y hace que aumente el grosor de la membrana. Las membranas del exterior al interior se van volviendo más finas. **Imagen:** Tenemos dos células. Los acúmulos que se observan en el microscopio electrónico corresponden a proteínas. Los que son más densos serían lípidos (en la imagen no están). Podemos observar las membranas y el espacio intercelular, en algunas zonas no hay espacio intercelular debido a la presencia de las uniones GAP. En otra imagen vemos como la zona más densa se corresponde con las cabezas. Al lado hay una mitocondria y está el retículo endoplasmático. La membrana presenta **fosfolípidos** que se sitúan formando una bicapa con la parte polar hacia el exterior e interior celular. Por ello hablamos de dos hemimembranas, ya que la estructura se repite hacia dentro y hacia fuera. La exterior es la hemimembrana externa y la interior la citoplasmática. **Composición química:** - - - Las características de la composición de las membranas se han estudiado sobre todo en **eritrocitos**, ya que solo cuentan con membrana. Si por ósmosis entra agua en el eritrocito, se produce la lisis celular. Después, se centrifuga y obtenemos solo la membrana. Respecto a la proporción de las diferentes moléculas en la membrana, más o menos la mitad son proteínas y la otra mitad lípidos, mientras que la cantidad de glúcidos es pequeña. En cuanto a la relación entre lípidos y proteínas, en células vegetales es un poco a favor de los lípidos, en hepatocitos hay más proteínas que lípidos, en la mielina hay 4 veces más lípidos que proteínas. Por último, la membrana mitocondrial interna de los hepatocitos tiene muchas proteínas. **Lípidos** Los lípidos son moléculas **anfipáticas** que pueden **formar estructuras** que ofrecen al exterior su parte polar. Estas estructuras pueden ser **bicapas**, **micelas** (en las que no hay dos capas de fosfolípidos, esto no se forma de manera natural, pues las patas de los fosfolípidos no encajan entre ellas) y el **liposoma** (con un medio hidrofílica en el interior). Se está estudiando generar liposomas para administrar medicamentos, de tal forma que estos se fusionen con la membrana plasmática de las células y así liberar el fármaco hacia el interior celular. Estos lípidos presentan propiedades **impermeables** a sustancias disueltas en el medio acuoso (sales, azúcares, moléculas polares pequeñas). Además, son muy estables debido a la presencia de **interacciones hidrofóbicas** y **fuerzas de Van de Waals**, que hacen que las moléculas estén fuertemente unidas. De hecho, son **estables** incluso cuando las **condiciones externas son variables**. Estas moléculas pueden **formar compartimentos** diferentes para separar el interior del exterior celular o, en el caso de los orgánulos, la luz del orgánulo del citosol. Las dos láminas que forman las membranas se conocen con el nombre **de hemimembrana citosólica o interna y externa o exoplásmica**. La **parte polar** de ambas está hacia el **medio hidrofílico**. **Imagen:** Podemos observar es gris la hemimembrana externa y en rojo la hemimembrana citosólica (hacia el citoplasma). En la mitocondria las hemimembranas externas están enfrentadas y delimitan el espacio intermembrana. Por otro lado, las enzimas necesarias para glucosilar las proteínas solo están presentes en la luz del Golgi. Estos glúcidos unidos a las proteínas quedan orientados hacia el interior de las vesículas, pero cuando se fusionan con la membrana plasmática quedan hacia el exterior de esta. La **mayor parte** de lípidos que forman la membrana son **fosfolípidos** (70%-80% (menor cantidad en vegetales)), estos pueden ser **derivados del diacilglicerol** o **esfingolípidos**. Pero, también contamos con esteroles (20-25%) (en algunas no hay, como bacterias) y con glicolípidos (5-10% (mayor cantidad en vegetales)) formados por la unión de glúcidos a DAG (derivados del Diacilglicerol) o a esfingolípidos (glicoesfingolípidos). Los fosfolípidos están formados por el **glicerol**, un **grupo fosfato**, dos ácidos grasos con dos **cadenas hidrocarbonadas** (en animales de 14 a 24 C, en vegetales de 16-18 y en procariotas de 15-19)), pueden ser saturados o insaturados (no más de 6 insaturaciones), y un **grupo polar** (unido al grupo f0sfato), que puede ser una molécula nitrogenada, como la serina, colina y etanolamina o un polisacárido, como el inositol. Los fosfolípidos reciben su nombre por su grupo polar, así es como distinguimos entre fosfatidil serina, fosfatidil colina, fosfatifil etanolamina y fosfatdil inositol. De este último derivan los fosfoinosítidos, que presentan los -OH esterificados con grupos fosfato. Por ejemplo, PiP o Pi3 (trifosfato), muy importante para la señalización celular. Estos fosfatidil inositol son de gran importancia, ya que, actúan de **armazón estructural**, tiene carga negativa importante para el **potencial de membrana** y es clave en la **respuesta a estímulos externos**. Las **características físicas de la membrana** están determinadas por las **características de los fosfolípidos**. La primera es el número de ácidos grasos y la segunda el número de insaturaciones. Cuanto **más larga sea la cadena y menos insaturaciones** tenga **más rígida** es; más cortos y más insaturados más fluida. Los fosfolípidos que llevan serina e inositol presentan carga **negativa** y el fosfatidil etanolamina y fosfatidil colina son neutros. Esto es importantísimo para **el potencial de membrana**. **Fosfatidil serina e inositol** se colocan hacia el **interior**, de ahí que la carga del interior celular es negativa. Los **lisofosfolípidos** son fosfolípidos a los que se ha eliminado una cadena de ácido graso y nos genera variantes. Los **plasmalógenos** son fosfolípidos en los que los ácidos grasos son sustituidos por cadenas hidrocarbonadas. Estos son abundantes en membranas de cardiomiocitos y neuronas. El otro grupo de fosfolípidos es el de los **esfingolípidos**. La diferencia fundamental es que el alcohol y el ácido graso en vez de estar unidos al glicerol está **unido a serina fosfato**. El alcohol se denomina **esfingosina**. Se denomina **ceramida** a la serina unida al ácido graso de cadena larga (R1) y el alcohol esfingosina (R2). Además, pueden tener un **grupo fosfato unido a colina o etanolamina**. Por ejemplo, la esfingomielina (fosfocolina), que lleva una ceramida + fosfato + colina; la fosfoetanolamina, ceramida + fosfato + etanolamina; y la fitoesfingosina (la más frecuente en vegetales). La ceramida se sintetiza en la piel. Las células de la superficie de la piel están muertas, una estrategia para que la piel se mantenga lustre es depositar ceramida y fitoesfingosina que sintetiza el propio organismo entre el estrato piramidal y la córnea. Los **glicolípidos** son mono o polisacáridos unidos a moléculas lipídicas, la cabeza polar no la forma el fosfato. Pueden ir unidos a una esfingosina, formando **glucosilcerebrósidos** (esfingosina + glucosa) y, a veces se unen 1 o 2 disacáridos más o menos ramificados en los que aparece ácido siálico (Nana), que reciben el nombre de **gangliósidos**. Estas moléculas se encuentran hacia el exterior. Dentro de los lípidos con restos hidrocarbonados situados hacia el exterior están los derivados del DAG (en bacterias y vegetales, restos Gal o Glc y en animales: galactosilpalmitoilglicerol), y glicoesfingolípidos (exclusivos en animales, derivados de esfingolípidos y con glúcidos de tamaño y composición muy variables). Se puede hacer una primera clasificación de estos en aquellos con cadenas cortas no ramificadas (\20) y en gangliósidos (ramificados 3-7 restos y NANA abundante). También podemos hacer una segunda clasificación, distinguiendo entre neutros o cerebrósidos y ácidos o gangliósidos (NANA abundante). El otro gran elemento lipídico que presenta la membrana es el de los esteroles. Este tipo de molécula solo está presente en eucariotas (de forma abundante, incluso podría superar a los fosfolípidos), en procariotas **no**. Es más abundante en la membrana plasmática que en las endomembranas (colesterol (animales), estigmasterol y fitoesterol (vegetales) y ergoesterol (levaduras)). Entre el 50% y el 90% del colesterol celular se encuentra en la membrana plasmática y en las vesículas asociadas a esta. En la membrana mitocondrial externa de los animales hay colesterol. Esta molécula presenta cuatro anillos esteroideos, una cola hidrofóbica y un grupo hidroxilo polar, que le confiere a la molécula las características anfipáticas. La membrana plasmática es la que más colesterol tiene, además de la de vesículas de endocitosis y exocitosis, ya que se forman a partir de la membrana. En el resto la cantidad es muy baja. El colesterol **se distribuye de manera equilibrada** entre las dos hemimembranas. La **rigidez** de la membrana viene determinada por la **interacción entre los ácidos grasos** y el colesterol. La parte polar del colesterol se sitúa hacia la cabeza de los fosfolípidos de tal forma que la otra parte del colesterol interactúa con las colas de los fosfolípidos y da una mayor rigidez a la membrana. A medida que envejecemos podemos tener límites altos de colesterol, lo que sería perjudicial para la salud. No obstante, el colesterol no es malo, simplemente hay que tenerlo dentro de unos valores. Esta molécula es muy importante para **mantener la fluidez**, aportar rigidez, y aporta los **dominios de la membrana**, que son zonas de esta donde hay menos fluidez. Asimismo, el colesterol es fundamental para **formar la bilis**. Además, muchas **moléculas como la testosterona, la progesterona... tienen en su base el colesterol**, al igual que la **vitamina D**, que es importante en el metabolismo del calcio. El colesterol, también, se une a una molécula que se llama **"Hedgehog",** que es afuncional hasta que al unirse el colesterol se vuelve funcional. Esta molécula interviene en el correcto desarrollo embrionario, se asegura de que es correcto y las células migren donde deben y no haya mal formaciones. Por eso el nivel del colesterol es uno de los parámetros que miden en las embarazadas junto al ácido fosfórico. Los lípidos determinan una serie de **propiedades de la membrana**. En los **lugares donde se sintetiza** un determinado tipo de fosfolípidos hay **más cantidad**. No obstante, debe haber una **redistribución** para **alcanzar un equilibrio**, y que tengan las membranas la misma cantidad. Las diferentes membranas pueden tener **características diferentes**, ya que, por ejemplo, en las células del intestino tanto la parte apical (hacia la luz del intestino) y los dominios basolaterales (hacia las células) necesitan diferentes requerimientos. Por lo que la membrana apical es diferente de la basal. La membrana será más fluida y más permeable cuanto más cortos e insaturadas sean las cadenas de ácidos grasos de los fosfolípidos. Más larga y con menos insaturaciones es más rígida. También es **más rígida donde hay más colesterol**. Las membranas celulares son cada vez más gruesas desde el interior hasta el exterior celular. Las membranas son mas gruesas si entre los fosfolípidos hay **colesterol**, por ejemplo, una membrana de fosfatidil colina es menos gruesa que si tiene colesterol. Si además está formada por **esfingomielina** en vez de fosfatidil colina, también es **más gruesa**. Por lo tanto, el grosor depende de la composición de la membrana (cantidad de esfingolípidos y fosfolípidos DAG). Por otro lado, las cabezas de los distintos fosfolípidos no son del mismo tamaño. Unas son grandes, con lo que la morfología del fosfolípido es igual a la de un cilindro, y otras son pequeñas, siendo **la morfología del fosfolípido cónica**. Cuando estos últimos fosfolípidos se asocian **forman una estructura curvada**. Esto resulta decisivo a la hora de formar vesículas. En cuanto a la asimetría distinguimos dos hemimembranas. Los **fosfolípidos** se disponen de **forma asimétrica**. Los **esteroles**, no obstante, están en la **misma proporción** en ambas hemimembranas. Los **glucolípidos,** por último, están hacia el **exterior**. Como hemos dicho antes, **fosfatidil serina y fosfatidil inositol** tienen carga negativa y se colocan hacia el **interior**, haciendo que la carga negativa de la célula sea mayor en el interior que en el exterior celular. Esto lo podemos ver en la gráfica. Observamos que la **fosfatidil colina y la esfingomielina están hacia el exterior**. La esfingomielina y la fosfatidil colina dan menos fluidez en la parte exoplasmática y la fosfatidil serina, inositol y etanolamina mayor fluidez en la parte citosólica. Dado que los lugares de síntesis de la membrana influyen en la composición que tendrán estas (esfingomielina presente en la cara luminal del Golgi y fosfoglicéridos en la cara citosólica del RE, para que se normalice la concentración de los fosfolípidos entre la membrana debe haber unas moléculas denominadas **flipasas**. Gracias a estas moléculas los fosfolípidos pueden **pasar de una hemimembrana a otra**, haciendo un movimiento que se llama **flip-flop**. No pueden hacerlo solas, ya que tendrían que sumergir la parte polar de la molécula en la parte hidrófoba. Sin embargo, no se explica que haya más fosfatidil colina en la hemimembrana exoplásmica. Estas moléculas juegan un papel muy importante en la señalización celular. Por ejemplo, la presencia de fosfoinosílitos, es importante en la liberación de Ca. La fosfatidil serina normalmente está en la cara citosólica, no obstante, cuando pasa a la exoplasmática, sirve de señal de que va a morir. De esta forma se activan los macrófagos para que fagociten la célula. Con lo que concluimos que resulta decisiva la distribución de fosfolípidos entre la hemimembrana interna y externa. **Modelo de balsas** Todos conocemos el modelo de mosaico fluido, que describe la membrana como una capa fluida formada por lípidos en la que hay proteínas, glucolípidos y glucoproteínas, que pueden desplazarse a través de ella. No obstante, Simons y Kore descubrieron lugares de la membrana **más rígidos** de unos **50 nm** de diámetro donde **abundan los glicoesfingolípidos y el colesterol**. Estos dominios se conocen como **lipid rafts**. Estas estructuras menos fluidas dentro de la membrana fluida recuerdan a una balsa y **engloban proteínas**. ¿Por qué las proteínas viajan juntas? Podría haber sido que estuviesen unidas, pero esto no es así. ¿Qué sentido tiene que estas proteínas se agrupen? Es porque tienen una **función común**. Por ejemplo, resulta útil invaginar varias moléculas en una misma zona para que se forme una gran vesícula, como es el caso del colesterol, cuyos receptores se encuentra en la misma zona. Además, para las moléculas receptoras y ejecutoras es de gran interés que estén en la misma zona. Pues la molécula receptora recibe la señal y se la trasmite a otra proteína de la hemimembrana citosólica, que es la ejecutora. Si no estuviesen juntas, el proceso no sería inmediato. Un ejemplo de proteínas receptoras y ejecutora son las proteínas G, que se encuentran en una misma balsa. Los dominios son de unos 50 nm. La membrana es fundamentalmente el **almacén de lípidos**. El cuerpo humano almacena lípidos en forma de **triglicéridos y ésteres de colesterol**, que son muy **hidrofóbicos**. La célula cuando está saturada en energía, es decir, tiene un alto contenido en azúcar en su interior, convierte el azúcar en grasas (triglicéridos y ésteres de colesterol). Esos lípidos pueden ser utilizados para **formar membranas**, pero si ya hay suficientes esas gotas de grasa **se introduce entre las dos hemimembranas** debido al carácter hidrófobo de estas moléculas. Si se acumulan muchos lípidos la hemimembrana interna intenta rodear la gota y en ese intento por rodearla se acaba separando de la membrana una monocapa de fosfolípidos envolviendo ese colesterol y triglicéridos. Si se acumula mucho el volumen de las células aumenta, con ello el volumen de los tejidos. Esto da lugar a las lorzas. Hay grasa que está asociada a otros tejidos, recubriendo órganos. Cuando alguien hace régimen trata de perder la grasa asociada a esos tejidos. En el caso de la cirrosis se produce una degeneración de hepatocitos por el consumo de alcohol, entre otras sustancias. El estadio anterior a esta enfermedad es el hígado graso. Si consumo mucho alcohol y ese azúcar que contiene se transforma en lípidos que se acumula entre las hemimembranas y dificulta su funcionamiento. **Proteínas** Le dan el toque de membrana especial. Las proteínas suelen clasificarse por su **posición relativa**. Hay proteínas que atraviesan la membrana y por ello tienen dominios por dentro y por fuera de ella, se conocen como **proteínas transmembrana**. Otras están asociadas a otras proteínas transmembrana, a lípidos o a glucolípidos. Estas últimas son **periféricas**. Recordamos que tres cuartas partes de la membrana mitocondrial interna son proteínas mientras que en la membran de la vaina de mielina apenas hay proteínas. Las proteínas de membrana son muy importantes, una cuarta parte de las proteínas que codificamos son proteínas asociadas a la membrana (7.000 de los 30.000 genes). Entre las funciones de estas proteínas está la **función de transporte**, ya que forma canales y poros para permitir el paso de sustancias a través de la membrana. Además, hay proteínas que funcionan como **receptores**. Otras, como las proteínas G, que se encargan de **trasmitir la señal al interior celular**, y proteínas que son **conectoras**, por ejemplo, se encargan de relacionar nuestras células, de unir el citosol a la membrana. Pueden ser también **antígenos, enzimas y proteínas G.** **Dibujo:** No todas las proteínas que realizan estas funciones son transmembrana, solo las transportadoras. Las proteínas de la cara citoplasmática captan ligandos, que se utilizan para la señalización celular, iones, metabolitos, proteínas de señalización\... Las del interior forman en su interior canales, poros o grandes complejos para que pasen las sustancias, asociándose con dominios de otras proteínas. Mientras que las de la cara citosólica se anclan al citoesqueleto e inician la cascada de señalización intracelular. Hay tres grandes grupos de proteínas: - Integrales o **transmembrana** - **Periféricas**: proteínas que se unen mediante **uniones débiles a otras proteínas** de la membrana o a las cabezas polares de los fosfolípidos. - Asociadas a **lípidos o glucolípidos** mediante **enlaces covalentes fuertes** (también son periféricas). **\*\*** **Proteínas transmembrana** [Dibujo:] Los **extremos son hidrófilos** y están en el exterior. En el **interior** de la membran se encuentra la **parte hidrófoba**, que tiene que interactuar con las colas de los fosfolípidos. Concluimos, por ello, que el **dominio exoplasmático y citosólico presenta aa' polares** y el **dominio transmembrana aa' hidrófobos,** que interactúan con las cadenas de ácidos grasos del interior de la membrana. El dominio transmembrana normalmente se organiza en **α-hélice** (también puede organizarse en láminas β). Podemos tener proteínas, como la gliforina, que son unipaso, que tiene un dominio transmembrana formado por 23 aminoácidos hidrofóbicos, y el dominio citosólico y exoplasmático con aa' hidrófobos. La gliforina forma dímeros. Hay proteínas con 7 dominios transmembrana, son proteínas que la atraviesan siete veces. Hay partes que quedan hacia afuera, mientras que otras quedan hacia el interior de la célula. El dominio transmembrana es α-hélice, y lo **atraviesan perpendicularmente** y, a veces, **de forma oblicua**. El receptor de linfocitos T está formado por 8 dominios transmembrana. Está formado por proteínas de 4 tipos y cada tipo tiene dos monómeros (esto es muy complejo). Como los dominios tienen cargas diferentes se atraen y se forma el octómero. **Se trata de una proteína unipaso tetradimérica.** Hay algunas proteínas en las que el dominio transmembrana no es α-hélice. Las porinas "barrels" (de baúl) se asocian de tres en tres. Cada monómero tiene 16 láminas β que van girando y forman una especie de barril con un poro central. Si se asocian proteínas, los "huecos" del barril se cierran. A través de estas proteínas pasan iones, proteínas (en la mayor parte de los casos). El recubrimiento de la membrana tiene que ser hidrofóbico para poder estar entre la membrana, mientras que el interior hidrofílico para poder permitir el paso de sustancias a través de ella. Lo bueno de estas proteínas es que los aa' que tapizan el barril por dentro son hidrofílicos, mientras que los que los tapizan por fuera son hidrófobos. Esto le permite estar entre la membrana y que los iones puedan pasar a través de ella. (Las porinas no son como las acuaporinas, el dominio transmembrana de las acuaporinas es α-hélice). Este tipo de porinas son abundantes en las membranas de bacterias gram negativas y en la membrana externa de mitocondrias y plastos (esto puede ser una prueba de la endosimbiosis). Esto se trata de una estructura muy común en los transportadores ABC. **Proteínas ancladas a lípidos o a glicolípidos** Si están unidas a glicolípidos entonces están solo en la hemimembrana externa, las unidas a lípidos pueden estar en la interna. La molécula que permite la unión de la proteína se denomina ancla. Estas son distintas en el lado exo- y cito-plásmico. La unión de las proteínas a la cara interna puede ser de dos tipos: - [Acilación:] proteína unida por **N-terminal de resto glicina a un ácido graso** (mirístico o palmítico). - [Prenilación:] **se unen a grupos fernesilos o gerenilgeralino** (son isoprenoides) a través de un **enlace tioéter mediante el grupo -SH de una cisteína C-terminal**. Hay secuencias que no tienen una función, esta solo sirve para identificarlos. Los que llevan la secuencia determinada CAAX son los que sufren prenilación, pues ahí se unirá el grupo fernesilo o gerenilgeralino. Esta unión puede ser doble, con un 2º grupo geranilgeranilo o ácido palmítico. Dentro de la familia de las GTPasa, encontramos las Ras y las Rab. Las Ras participan en la señalización intracelular. Muchos cánceres se originan por alteraciones en las Ras. Las Rab están en relación con las proteínas SNARE. Las Rab son necesarias para que la vesícula se fusione con la membrana del destino. Tanto Ras como Rab se unen por prenilación a la membrana, en este caso la unión es doble (se unen por dos grupos geranilo). En la **hemimembrana externa están unidos a glucolípidos**. En el dibujo observamos un **fosfatidil inositol** de rojo (los ácidos grasos de ese fosfolípido se insertan en la membrana). Luego del fosfatidil inositol hay una **cadena de glúcidos** que permiten la unión de la **proteína** a ellos a través de **grupos carboxilo**. Este tipo de **anclas** las denominamos **GPI** de glucosil fosfatidil inositol. Todas las anclas de la cara externa comparten el fosfatidil inositol, pero lo demás puede variar mucho. Los proteoglucanos de la matriz extracelular tienen una forma parecida, pues son unas proteínas unidas a glúcidos. **Glúcidos** Los glúcidos son el **8%** de la membrana. Estas moléculas nunca están aisladas, siempre están **unidas a fosfolípidos o a proteínas**, formando **glucolípidos** o **glucoproteínas** respectivamente. Se encuentran en la **cara externa** de la membrana plasmática, pero en la **interna de los orgánulos**. La cantidad de glúcidos presentes en la membrana es lo que más varía. Por ejemplo, en la membrana plasmática y en la membrana de vesículas de exocitosis y endocitosis hay muchos, pero, algunas, no tienen nada, como en la membrana de los tilacoides y la membrana mitocondrial interna. Los glúcidos que están anclados a lípidos y proteínas forman el **glucocáliz o glucocálix** (este nombre hace referencia a lo que se ve a través del microscopio electrónico. (Esquema de la membrana) Los glúcidos siempre **se unen a las proteínas a través de restos serina, treonina y asparagina** (Hay diferencias entre la o-glucosilación y la N-glucosilación, en las primeras están unidas a grupos -OH (como la serina y treonina) y en la segunda a grupos amino (como en la asparagina)). Los glúcidos que **se unen a lípidos**, se unen **mediante glicerol o esfingosina.** Como hemos dicho antes los lípidos son el armazón estructural de la membrana, las proteínas dan las características químicas y los glúcidos le dan el toque especial. Es decir, **son decisivos en la interacción con muchos componentes celulares**. Dentro de las funciones de los glúcidos de membrana está la **unión de virus y bacterias** a esos glúcidos que permite el **reconocimiento** al darse la primera unión con ellos. Además, permite la **identificación de las células**. Cada uno tenemos un patrón glucídico en nuestras células y eso hace que la compatibilidad entre tejidos no sea fácil (**histocompatibilidad**). Los glúcidos permiten identificar, por tanto, bien las células como parte de una entidad. Otras de las funciones de estas moléculas es la de **reconocer las hormonas** que llegan a las células, pues se unen a los glúcidos. Si la hormona no fuese reconocida por la célula se pueden dar problemas, por ejemplo, un tipo de enanismo. Asimismo, las células deben reconocerse entre ellas. Por otro lado, las células que darán lugar a los espermatozoides o al ovocito se encuentran en el intestino primitivo de un embrión. Estas células tienen que migrar a las gónadas que se están formando, para ello necesitan de unas **cadenas de glúcidos que las guíen**. Por último, son importantes para el **plegamiento de una proteína** (si una proteína no está bien plegada, en cuanto en el exterior se detecten aminoácidos hidrófobos, la proteína se destruye). Si una proteína no se pliega bien, no podrá hacer su función adecuadamente. Los glúcidos, además, **protegen a las proteínas y alargan su vida útil**. Además, se relacionan con los componentes de la matriz extracelular y tienen propiedades inmunitarias (grupos sanguíneos). [Funciones:] - - Los grupos sanguíneos pueden clasificarse de acuerdo a 38 formas. Todas las personas de los grupos sanguíneos A, B y O tienen una base común. No obstante, las personas del grupo A poseen una enzima llamada, N-acetil glucosamina transferasa que transfiere un grupo NAG y los del B presentan la galactosil transferasa que coloca una galactosa. Las personas del grupo AB tienen las dos enzimas. **Imágenes:** Muestran como se ve el glucocáliz o glucocálix en microscopía óptica y electrónica. En la imagen de microscopía óptica se puede apreciar el epitelio intestinal. Se ve un ribete teñido de fucsia, que corresponde con el glucocálix. Se ven, además, unas células coloreadas de fucsia, dado que son células caliciformes, que segregan mucus (formados por oligosacáridos). **Repasando lo visto hasta ahora...** La membrana se trata de un **mosaico fluido**, es **asimétrica** y en ella hay zonas de movimiento limitado (pese a ser fluida) que se conocen como **lipid rafts**. Asimismo, las membranas pueden **ser diferentes por zonas (regionalidad)**. El movimiento de los lípidos puede ser variado, uno de ellos es el **flip-flop** que ha de ser mediado por **flipasas**. Cuando hay **menos calor**, la **interacción** de los fosfolípidos es **más estrecha**, mientras que, con más calor, la interacción ya no es tan estrecha, se rompe y eso hace que sea más fluida y más permeable. Una técnica para poder demostrar que las proteínas se mueven a través de la membrana es aquella que consiste **en unir esas proteínas a un reactivo fluorescente**, agotar esa fluorescencia en una zona y observar al cabo de un rato que la zona que no tiene fluorescencia se ha **distribuido** por la membrana. Esta técnica se denomina FRAP (Recuperación de la fluorescencia tras fotoblanqueamiento). **[Funciones]** La membrana delimita las células, en el caso de la membrana plasmática, o los orgánulos, zonas con unas características determinadas. Además, transporta elementos, genera y transmite señales bioeléctricas, interviene en la comunicación intercelular y permite la adhesión intercelular y con la matriz extracelular. - [Transporte a través de la membrana] La membrana plasmática es una **barrera fisicoquímica**, genera un límite, ya no solo químico sino físico. Si solo hubiese lípidos sería impermeable. No obstante, debido a la presencia de **proteínas** la membrana es **permeable**, y funciona como una barrera que permite el **paso selectivo de las moléculas**. Si fuera una simple bicapa solo podrían atravesarla los gases (el CO2 no lo atraviesa bien, debe ir unido a otro elemento) y moléculas pequeñas polares, aunque con cierta dificultad. El transporte puede ser: de **pequeñas moléculas e iones** o de **macromoléculas** (como partes de otras células, moléculas complejas). Este último puede ser hacia el interior, conocido como endocitosis (pinocitosis, de sustancias, sobre todo, y fagocitosis, de agentes grandes) o hacia el exterior, exocitosis. **Tipos de transporte de pequeñas moléculas:** - - - Por difusión pasiva pasan los gases (el amoniaco, al igual que el CO2, tampoco atraviesa muy bien la membrana y necesita de trasportadores de apoyo). ¿De qué depende que el H2O y la glucosa atraviese la membrana? De la mayor o menor fluidez de la membrana, lo que implica una mayor o menor permeabilidad. La fluidez a su vez depende de las insaturaciones de los ácidos grasos y de la cantidad de colesterol. (Hay que diferenciar entre gradiente químico y electroquímico. El gradiente químico se refiere a que hay más moléculas a un lado que a otro de la membrana. En cambio, el gradiente electroquímico está relacionado no solo con el número de moléculas, sino con las cargas). [Difusión simple] Los **gases** pueden pasar la membrana sin ayuda de proteínas. No obstante, el CO2 no puede atravesarla con tanta facilidad. Otras sustancias, como la **glucosa**, podrán atravesarla con mayor o menor facilidad atendiendo a la naturaleza lipídica de las membranas (si los ácidos grasos son más cortos e insaturados más fluida será, con lo que será más permeable). Algunos autores denominan difusión al paso de las sustancias cuando no intervienen proteínas, en el caso de que lo hiciesen, lo denominarían transporte, pese a que fuese sin gasto de energía, a favor de gradiente. [Transporte facilitado] A través de **proteínas** **a favor de gradiente**, **sin gasto de energía**. Dentro de este transporte, este puede ser a través de **canales**, **carriers** y **ionóforos** (presentes en las procariotas, aunque se han detectado en la membrana de algunas eucariotas). Hay que tener cuidado, carriers y canales no son lo mismo. Las carriers son proteínas que cambian de conformación, mientras que los canales siempre presentan un canal hidrofílico en el centro. - - - [Transporte activo] **En contra de gradiente con gasto de energía** en forma de ATP o GTP. - - - [Endocitosis, exocitosis y transcitosis] (lo captan por un lado con endocitosis y lo expulsan por el otro con exocitosis) - - - - - **Modificaciones de la membrana plasmática** - [Modificaciones de la superficie]: pliegues (interdigitaciones /laberinto basal), **esterocilios y microvellosidades**, que son diferentes, ya que, los primeros son más largos y con ramificaciones. Además, de **cilios y flagelos**. Los cilios y estereocilios no son lo mismo, los primeros están formados por microtúbulos y los segundos están formados por filamentos de actina como las vellosidades. - [Modificaciones que permiten la unión y adhesión entre las células]: Incluye la adhesión, temporal o estable, célula a célula o célula-matriz extracelular. La mayor parte de estas uniones se ha estudiado en las **células epiteliales**, sobre todo en el intestino, ya que, es donde hay un **mayor requerimiento** de la unión entre estas células y donde hay más **variedad** de estas uniones. Los elementos **proteicos y glucoproteínas** que participan en estas uniones son la **familia de la CAMs**. Gran familia de la que hay varios grupos. Las uniones entre células **pueden ser** **fuertes y permanentes**. Este tipo de unión busca que las células estén estrechamente unidas y puedan **soportar tracciones mecánicas**, esto es muy importante en la piel. En otros casos las **uniones son débiles, puntuales y selectivas**. Por ejemplo, cuando nos hacemos una herida, en la superficie de esas células hay unos oligosacáridos que permiten la unión de los leucocitos que los reconocen. ¿Cuándo puede verse modificada la unión fuerte y permanente? En los cánceres, por ejemplo, cuando las células que revisten el intestino pierden la unión, estas pueden migrar hacia otros tejidos, sobre todo, a través del sistema linfático. También a través de la sangre, hacia el hígado, pues la mayor cantidad de sangre que sale del intestino va al hígado a través de la vena porta. De ahí, la metástasis que se produce en el cáncer de colon. Todas estas uniones tienen un **dominio exterior** que interacciona con el dominio exterior de otra célula, **provocando su unión**. La longitud de este dominio varía, cuanto **más corto, más unido están**. Además, tienen un **dominio transmembrana**, normalmente **α-hélice**, unipaso. Además de los **dominios exteriores**, tiene un dominio intracelular, que a partir de proteínas puente se une al citoesqueleto, y esto es fundamental. El citoesqueleto, a su vez, conecta con otras proteínas intermediarias que penetran en la envoltura nuclear y tienen lugares de unión con el ADN. Por lo que muchas uniones célula a célula **determinan la expresión de determinados genes**. Esta adhesión es de gran importancia, ya que permite la adhesión entre células y con la matriz extracelular. Cuando hablamos de uniones, nos referimos a **uniones físicas y uniones de conjunción fisiológica**. Las células "saben" cuando están unidas a la matriz extracelular o a otras células y eso determina como se comportan. Por ejemplo, si ponemos unas células en un medio óptimo para su crecimiento, si esas células no están unidas al sustrato jamás se van a dividir. Para ello se emplean plásticos cargados con electricidad o plásticos tratados con polilisina, que permite que las células se anclen. Las células sanguíneas no necesitan unirse al sustrato para dividirse. Las CAMs, necesarias para formar estas uniones, son muy variadas, fundamentalmente hay cuatro grupos. Presentan un dominio externo, los dominios externos de las distintas CAM se unen entre ellos. Asimismo, al ser proteínas transmembrana tienen un dominio en la membrana y, además, presentan un dominio intracelular. **Grupos de adhesión celular más importantes (mayor parte glucoproteínas)** - - - - Las uniones entre las CAMs pueden ser **homófila**, si la unión es entre **elementos de la misma familia**, o **heterófilas**, dado que algunas se pueden unir a otros **elementos que no son de su familia**. Por ejemplo, las integrinas se unen al colágeno 4 y a la fibronectina, mientras que las selectinas se unen a azúcares. **Imagen:** vaso sanguíneo/neutrófilo. Las selectinas en el endotelio son capaces, en determinadas ocasiones, de anclarse a oligosacáridos de la membrana del neutrófilo. En una infección, se produce una extravasación hacia el foco de infección mediado por selectinas y luego, por integrinas. **Uniones célula a célula** Las uniones se pueden clasificar en **zónulas, máculas o fascias**. Las **zónulas** se dan cuando la modificación de la membrana es **continua y rodea a la célula**. Si **no es continua**, hablamos de **fascia**, que es más grande y de **mácula**, que es **más pequeña** que la anterior. No hay forma de distinguir las dos últimas en el microscopio. También podemos clasificar las uniones en **oclusivas**, si la separación entre células (de 20 nm) desaparece, y **adherentes** si el **espacio permanece**, pero se permite la unión. Existen zónulas ocluyentes y adherentes, y máculas ocluyentes y adherentes. En los cardiomiocitos, es donde, por ejemplo, únicamente se establece una fascia adherente. Las uniones célula a células se estudian en el epitelio, que revisten superficies (tracto respiratorio, vasos sanguíneos...) por dos razones. La primera de ellas es que en esos epitelios las células tienen que estar **muy unidas entre sí**. La segunda es que en tejidos donde solo hay células ¿mec? se da unión célula-matriz. En epitelio, célula a célula. **Imagen:** Pueden verse dos zónulas, de las cuáles la más apical es ocluyente y la otra, por debajo de la anterior es adherente. Las zónulas adherentes se denominan desmosomas. En estas imágenes vemos como la zónula ocluyente de la parte apical une las células de tal manera que no se ve espacio intercelular, mientras que, en la adherente, sí se ve. El desmosoma se relaciona con filamentos intermedios, por eso lo vemos más oscuro. [Uniones ocluyentes] En diferentes lugares puede haber uniones ocluyentes que hace que haya espacios completamente cerrados. **Claudina** (20 tipos) **y ocludina** son dos proteínas que participan en este tipo de unión. Estas se llaman **tetraspaninas**, porque tienen cuatro dominios que atraviesan la membrana. Las **JAM** tienen un único dominio transmembrana. Las claudinas son decisivas para la adhesión. Las ocludinas también, pero su misión fundamental es que la unión no se pierda, mantener la unión estable. Mientras tanto, las JAM participan en la adhesión y estabilización. Se unirán a otras proteínas intermedias como afadina y otras, que unen las proteínas de adhesión al citoesqueleto (a actina). Estas uniones entre células son de gran importancia. Ejemplo de ello es el de las células del intestino, si bloqueo el espacio intercelular las moléculas que pasan por la luz del intestino no pueden entrar a través de ese espacio intercelular. Con la unión ocluyente, solo pasa a través de las células, es la célula la que decide qué pasa y qué no pasa. Si no hubiese estas adhesiones, pasaría todo. También son importantes para que no pase ninguna sustancia a la luz del intestino desde el espacio intercelular. Hay ratones que mueren en estadio fetal, porque pierden líquido intercelular hacia el intestino debido a una mutación en una de las proteínas que forman estas uniones. Además, si se establece un anclaje entre las células, las proteínas del lado apical de la membrana permanecen en esa zona y no se van a la zona basal, al igual que ocurre con las de la zona basal que no podrán moverse a la zona apical. Esto supone que cada parte de la célula pueda realizar funciones distintas, lo que conlleva una **regionalidad y polaridad**. Asimismo, las vesículas del aparato de Golgi que contenga colesterol irán al extremo apical, mientras que la que forma un desmosoma irá al basal (para que los nutrientes pasen del enterocito a la sangre). En muchos casos se producen abortos espontáneos, porque se producen mutaciones en proteínas que participan en uniones ocluyentes, estas no son compatibles con la vida. Otras veces producen deformaciones, como el síndrome paladar hendido, que se debe una mutación en una proteína ocluyente. Esto provoca que el labio no se cierre. También puede darse el síndrome del paladar hendido, quedando comunicadas la cavidad bucal y nasal. Estas están relacionadas con la Nectina-1. La claudina 16, con el síndrome de pérdida de magnesio y la afadina con deleción en ratones, muerte embrionaria. [Uniones adherentes] En la piel aparecen uniones adherentes, llamadas desmosomas. En los enterocitos, en la cara apical, debajo de las uniones ocluyentes, aparecen uniones adherentes. En este tipo de unión **no se ocluye el espacio intercelular**. De hecho, a veces parece agrandado. Estas uniones están formadas por **cadherinas**, que son una gran familia de proteínas. Todas las proteínas de mecanismos de unión trasmiten esta al **citoesqueleto**, a través de **proteínas puente**. Dentro de las uniones adherentes distinguimos entre las **zónulas adherentes** (o desmosoma en banda) y las **máculas adherentes** (desmosoma). Las **zónulas adherentes** se forman por la participación de **cadherinas**. Es de gran importancia la unión de estas cadherinas a los filamentos de actina del citoesqueleto, a través de proteínas como la **afadina y cateninas (α, β y p120)**. La actina, como podemos ver en las imágenes por microscopía, confluye en la misma zona. La **catenina β y p120**, además de participar en la unión, son **sensores que trasmiten señales intercelulares** para que la célula sepa a qué está unida y si no está unida a nada. (En la imagen podemos ver una zónula adherente). La **mácula adherente** tiene **una estructura igual**, pero los **elementos** que intervienen son **diferentes**. Estas uniones son **puntuales** y están distribuidas por las paredes basolaterales del enterocito. Como en la anterior, se conserva el espacio intercelular. En esta unión participan unas **cadherinas**, que reciben el nombre de **desmogleína y desmocolina**. Las proteínas de anclaje son la **desmoplaquina** (muy densa al microscopio electrónico), la **placoglobina**, que desencadena las señales intercelulares y la **placofilina**. Estas uniones no se unen a filamentos de actina, sino que se unen a **filamentos intermedios**. Esto último justifica como se ve más denso en el ME. **Imagen:** Vemos una mácula adherente, podemos ver la desmoplaquina, densa a los electrones. También se ve denso el espacio intercelular, porque se encuentran las cadherinas uniéndose. Vemos las células de la piel unidas por desmosomas. Se observan los filamentos intermedios densos al microscopio. La siguiente es una imagen del conducto deferente. Las patologías asociadas a una falta de desmogleínas son, por ejemplo, el **pénfigo foliáceo**, se trata de una enfermedad ampollosa mediada por anticuerpos en la cual los anticuerpos frente a la desmogleína 1 determinan la pérdida de adhesión de los queratinocitos en las capas superficiales de la epidermis. Es una enfermedad autoinmune. **Imagen:** En esta imagen podemos ver una zónula adherente y una mácula adherente. La mácula es más densa a los electrones, debido a la desmogleína y a que confluyen filamentos intermedios. Cuando se presenta en una célula una zónula ocluyente, zónula adherente y mácula adherente, en ese orden, hablamos de **banda de cierre**. **Uniones célula-matriz** Las células **deben unirse a la matriz**. Hay dos tipos la **adhesión focal** y el hemidesmosoma (la mitad de un desmosoma, ya que, hay una célula solo y la matriz no formaría la otra parte del desmosoma). Las **focales** son **temporales**, mientras que las **hemidesmosomas** son prácticamente **permanentes** en la vida de la célula. Estas uniones están mediadas por proteínas transmembrana y unidas al citoesqueleto. [Adhesión focal] Participa la familia de las **integrinas**. El funcionamiento, por ello, viene mediado por la presencia de **calcio**. Es indispensable que la célula se una a la matriz, ya que, es importante para la **movilidad celular**, pues se establecen puntos de contacto para ir avanzando. En la migración de las gónadas en el desarrollo embrionario es importante, así como para que los fibroblastos lleguen a donde hay una herida. Para avanzar debe darse una prospección y el otro extremo debe retraerse. Estos movimientos son **quimiotácticos**, si la ruta es favorable siguen avanzando por ahí. Además, puede entrar información del exterior que puede determinar procesos como: adhesión, proliferación y supervivencia. **Imagen:** de rojo aparecen las integrinas, de verde los filamentos de actina y de azul el núcleo. (Se trata de unos fibroblastos en cultivo). Esas integrinas, que hemos mencionado que participaban, se unen a colágeno y fibronectina, y a través de proteínas intermediarias se una al citoesqueleto. Las proteínas **(FAK)**, quinasas de adhesión focal (las quinasas fosforilan, es decir, añaden grupos fosfato, normalmente activando un proceso, con lo que regulan la actividad), se unen a la talina y vinculina, de tal forma que hace que se traiga el contenido de la célula hacia donde esta está avanzando. Siempre hay elementos de miosina, para arrastrar el citoplasma a esa zona. [Hemidesmosomas] Se trata de una **unión permanent**e. Establecen la unión con la **matriz extracelular** (lámina basal). Se unen **integrinas** y **BP180** (parecidas a las integrinas), a diferencia del desmosoma, que se unían cadherinas. Las integrinas más frecuentes que establecen esta unión son la **6α-4β**. Además, en esta unión se da una interacción con **laminina y colágeno**, y es de gran importancia en la **morfología y fisiología de las células**. Se relacionan con elementos del citoesqueleto. Los elementos **plectinina** y **distonina** se unen a los filamentos intermedios del citoesqueleto (que en el caso de las células epiteliales la queratina). **Imagen:** Se puede ver que el colágeno está ordenado, luego es un animal joven. - [Modificaciones membrana para la comunicación celular] Dentro de este grupo están las **uniones GAP**, que **[NO]** contribuyen a una unión, como mucho a una conjunción metabólica; y los **plasmodesmos**. **Uniones GAP** En las caras **basolaterales de los enterocitos** hay. Son uniones formadas por **conexina**, una **proteína integral** de membrana. Hay **tres familias**, en humanos se han identificado 21 conexinas diferentes. Esas familias son α, β y γ, que parecen específicas de tejidos/células diferentes. Esas diferentes combinaciones dan lugar a muchos **conexones** diferentes. Estos están formados por **seis subunidades de conexivas** dispuestas **concéntricamente** dejando un **poro central** de 1,5 nm. El tipo de conexinas que se unen, determinan que el poro sea más grande más pequeño, que deje pasar unas sustancias y otras no... **[Los conexones se sintetizan en el Golgi, no en la superficie celular]**. Las Gap junction (unión en hendidura) son **zonas de la membrana** donde tiene lugar la **acumulación y alineación** **de conexones** de las membranas de células en contacto. Tiene que ir cada conexón a un mismo dominio para que pueda establecerse la unión y esta sea funcional. **Imagen:** Vemos al ME lo que parece una unión ocluyente, pero en la ocluyente veríamos que está **abotonado** y densidad por la **actina** cerca de la unión, por lo que es una unión en hendidura. En la segunda imagen se ven uniones por hendidura al ME y con la técnica de criofractura. Las uniones GAP permiten el **paso de moléculas** entre células adyacentes de **\