Membrana Celular: Transporte - PDF

Membrana celular Facilitadora: AIDAMALIA VARGAS L. FUNCIÓN DE LAS MEMBRANAS Define los límites de las células y organelos Barrera permeable Sitio específico de funciones bioquímicas Regulación del movimiento de sustancias hacia dentro o fuera de la célula Detecta las señales extracelulares Mecanismo...

Membrana celular Facilitadora: AIDAMALIA VARGAS L. FUNCIÓN DE LAS MEMBRANAS Define los límites de las células y organelos Barrera permeable Sitio específico de funciones bioquímicas Regulación del movimiento de sustancias hacia dentro o fuera de la célula Detecta las señales extracelulares Mecanismos de contacto, adhesión célula – célula y comunicación 2 Modelos de la estructura de membranas 3 Modelos de la estructura de membranas 4 LÍPIDOS DE LA MEMBRANA - Fosfolípidos - Glicolípidos - Esteroles p = phosphate, G = glycerol, E = ethanolamine, I = inositol, S = serine, C = choline, PG = phosphatidylglycerol, PE = phosphatidylethanolamine, PI = phosphatidylinositol, PS = phosphatidylserine, PC = phosphatidylcholine O’Neal et al. eLife 2020;9:e61675. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.61675 5 Modelos de la estructura de membranas https://www.asturnatura.com/articulos/envoltura-celular/membrana-plasmatica.php 6 Naturaleza dinámica de la membrana plasmática Translocadores de fosfolípidos 7 Las membranas contienen proteínas integrales, proteínas periféricas y proteínas ancladas a lípidos 8 Clases principales de proteínas asociadas a la membrana plasmática 9 Proteínas integrales Cadena de aproximadamente 20 aa no polar (mayormente), que abarcan el núcleo de la bicapa lipídica como una hélice Glicoforina A Principal proteína integral de la membrana plasmática de los eritrocitos 10 Proteínas integrales La bacteriorrodopsina es una proteína integral de membrana de paso múltiple situada en la membrana plasmática de Halobacterium. Sus siete segmentos transmembrana, que cuentan con el 70% de sus 248 aminoácidos, se organizan en un canal de protones. Los extremos C-terminal y N-terminal de la proteína tienen segmentos hidrofílicos cortos, que sobresalen por las superficies interna y externa de la membrana plasmática, respectivamente. Los segmentos hidrofílicos cortos se ligan a cada uno de los segmentos transmembrana. 11 Proteínas integrales No todas las proteínas integrales de membrana contienen hélices α transmembrana. Varias proteínas de membrana contienen un canal relativamente grande colocado dentro de un círculo de cadenas β que se extienden por la membrana organizadas en un barril Los canales acuosos construidos de barriles β solo se han encontrado en las membranas externas de bacterias, mitocondrias y cloroplastos Porinas 12 Permeabilidad: Fluidez y viscosidad de las membranas La fluidez de las membranas va a depender de la composición lipídica, la temperatura y su contenido en colesterol Membranas à Dos fases: - Cristal líquido à cadenas de hidrocarbono más móviles - Gel à cadenas de hidrocarbono rígidas (sólidas) La temperatura a la cual se produce el paso de un estado a otro es la temperatura de transición de fase (Tm) GEL Tm LÍQUIDO 13 Permeabilidad: Fluidez y viscosidad de las membranas La presencia de ácidos grasos de cadena corta o con insaturaciones cis reduce la temperatura de transición, mientras que los ácidos grasos saturados y el aumento de la longitud de las cadenas hidrocarbonadas hacen que esta temperatura se incremente 14 Permeabilidad: Fluidez y viscosidad de las membranas 15 Balsas lipídicas: otra controversia científica A = espacio intracelular o citosol; B = espacio extracelular, luz del Golgi o de vesícula; 1 = membrana sin balsa lipídica; 2 = balsa de membrana; 3 = proteína transmembrana asociada a la balsa lipídica; 4 = proteína fuera de la balsa de membrana; 5 = restos glucídicos (en glicoproteínas o glicolípidos; 6 = proteína con anclaje GPI (glicosilfosfatidilinositol) 7 = colesterol; 8 = glicolípido 16 Balsas lipídicas: otra controversia científica Plataformas flotantes para concentrar proteínas específicas, lo cual organiza la membrana en compartimientos funcionales 17 Transporte a través de las membranas celulares 18 Movimiento de solutos a través de las membranas Dos medios para el movimiento de sustancias a través de una membrana: 1) pasivamente por difusión, 2) activamente por un proceso de transporte acoplado a la energía. 19 Movimiento de solutos a través de las membranas Cuatro procesos por los cuales las sustancias se mueven a través de las membranas: 1. Difusión simple a través de la bicapa lipídica 2. Difusión simple a través de un canal acuoso revestido de proteína 3. Difusión facilitada por un transportador de proteínas 4. El transporte activo, que requiere una “bomba” de proteínas, impulsadas por energía, capaz de mover sustancias contra el gradiente de concentración 20 Movimiento de solutos a través de las membranas 21 Movimiento de solutos a través de las membranas 22 Difusión simple 23 Difusión a través de la bicapa lipídica La difusión es un proceso independiente de la energía en el que un soluto desciende un gradiente electroquímico Los solutos inorgánicos pequeños como el O2, CO2 y H2O penetran fácilmente en la bicapa lipídica, al igual que los solutos con alta solubilidad en lípidos 24 Difusión del agua a través de la bicapa lipídica: ósmosis 25 Difusión del agua a través de la bicapa lipídica: ósmosis 26 Difusión del agua a través de la bicapa lipídica: Acuaporinas Túbulo renal = AQP2 Bacterias = aquaglyceroporina 27 Difusión del agua a través de la bicapa lipídica: Acuaporinas Muy cerca de su punto más estrecho, la pared de un canal de acuaporina contiene un par de cargas eléctricas positivas posicionadas con precisión (residuos N203 y N68) que atraen el átomo de oxígeno de cada molécula de agua a medida que avanza a través de la constricción de la proteína 28 Gradiente de concentración y electroquímico 29 Difusión facilitada por un transportador Proteínas cargo (transportadoras o permeasas) unen una o más moléculas de soluto en uno de los lados de la membrana y luego adquiere un cambio conformacional para transferir el soluto hacia el otro lado de la membrana Proteínas de canal (canales iónicos) canales hidrofílicos que transportan la mayoría de las veces iones sin sufrir mayores cambios conformacionales. Porinas 30 Proteínas uniporte & Transportadores acoplados 31 Difusión facilitada GLUT1 - Eritrocitos GLUT2 – Células hepáticas GLUT3 – Neuronas cerebrales GLUT4 - células músculoesqueléticas y adipocitos GLUT5 - célula epitelial intestinal (fructosa) Transporte de la glucosa: Transporte uniporte 32 Mecanismo de transporte de glucosa alimentado por un gradiente Na+ 33 Transporte antiporte La mayoría de las células tienen uno o más tipos de antiportadores impulsados por Na+ en su membrana plasmática que ayudan a mantener el pH citosólico en aproximadamente 7,2. Estos transportadores utilizan la energía almacenada en el gradiente Na+ para bombear el exceso de H+, que se filtra o se produce en la célula por reacciones de formación de ácido. 34 Transporte activo Las bombas impulsadas por ATP (ATP – DRIVEN PUMP): Sistema acoplado de transporte en contra del gradiente, gracias a la hidrólisis de ATP Bombas impulsadas por luz o redox (LIGHT – DRIVEN PUMP): en bacterias, arqueas, mitocondrias y cloroplastos, transporte en conra del gradiente electroquímico de forma acoplada a una entrada de energía de la luz, como con bacteriorhodopsina y fotosistema II. 35 Transporte activo Tres clases de bombas tipo ATPasas / hidrólisis de ATP 1- Bombas tipo P: auto fosforilación durante el proceso de transporte. Bombas iónicas (Na+, K+. H+, Ca2+) a través de la membrana 2- Transportadores ABC (ATP Binding Cassette): bombean pequeñas moléculas orgánicas 3- Bombas tipo V: bombean protones H+ dentro de organelos como lisosomas, vacuolas, vesículas sinápticas 36 1- Bombas tipo P de Ca2+ en el retículo sarcoplasmático en fibras musculares 37 Transporte activo primario: transporte de acoplamiento a la hidrólisis del ATP Na+/K+-ATPasa, o bomba de sodio-potássio Descubierta por el fisiólogo danés Jens Skou en 1957 Impulsa el movimiento de iones en una sola dirección La relación de Na+:K+ bombeada por la Na+/K+-ATPasa no es 1:1, sino 3:2 La Na+/K+-ATPasa es un ejemplo de bomba de iones tipo P 38 Transporte activo primario: transporte de acoplamiento a la hidrólisis del ATP 39 40