Lección 8: Estructura y Funciones de las Membranas Celulares PDF

Leccion 8: Estructura y funciones de las membranas celulares La membrana plasmática es una bicapa lipídica que delimita todas las células. Es una estructura laminada formada por fosfolípidos, glicolípidos y proteínas que rodea, limita, da forma y contribuye a mantener el equilibrio entre el interior...

Leccion 8: Estructura y funciones de las membranas celulares La membrana plasmática es una bicapa lipídica que delimita todas las células. Es una estructura laminada formada por fosfolípidos, glicolípidos y proteínas que rodea, limita, da forma y contribuye a mantener el equilibrio entre el interior y el exterior de las células. La membrana plasmática regula la entrada y salida de muchas sustancias entre el citoplasma y el medio extracelular. Es similar a las membranas que delimitan los orgánulos de células eucariotas. 1.-Funciones de las membranas celulares Las membranas celulares son de una importancia biológica determinante, ya que desempeñan funciones como:  Separa físicamente el interior de la célula del entorno.  Regula el paso de materiales a través de ella de una manera muy específica.  Contribuye a mantener el medio interno a unas condiciones adecuadas.  Las membranas celulares crean compartimentos para la separación de determinados reactivos, según interese su proximidad o lejanía.  Las membranas celulares sirven de anclaje para determinadas proteínas que actúan como enzimas.  La existencia de la membrana permite a la célula almacenar energía, esto se consigue al crear un una diferencia de cargas y concentraciones a los dos lados de la membrana, lo que genera un gradiente de potencial electroquímico. 75 2.-Estructura de las membranas celulares 2.1.-Las membranas celulares tienen una naturaleza lipo -proteica El constituyente principal de las membranas son dobles capas de fosfolípidos, que cuentan con una cabeza de naturaleza hidrófila formada por un glicerol y un grupo fosfato, y una cola formada por dos ácidos grasos de naturaleza hidrófoba. A este tipo de moléculas se las denomina anfipáticas. Las proteínas se encuentran incrustadas en la membrana y a veces también podemos encontrar carbohidratos ramificados unidos por enlaces covalentes a los lípidos o a las proteínas. 2.2.-Modelo de mosaico fluido Las membranas se comportan como un cristal líquido, ya que tiene una distribución ordenada (cristal) y un movimiento constante (líquido). Esta teoría dice que las membranas celulares son mosaicos fluidos de proteínas que flotan en una bicapa fluida de fosfolípidos. 76 2.3.-Diverisdad de membranas celulares Los carbohidratos que se unen a la membrana son normalmente cortos pero adoptan distintas configuraciones pudiendo, de esta manera, diferenciar las células. También los carbohidratos vinculados al exterior tienen una función protectora respecto a los daños mecánicos o químicos, mejoran la hidratación de la superficie y la dotan de un tacto resbaladizo. 2.4.-Asimetria de las membranas celulares Las membranas celulares son asimétricas, ya que la composición en la bicapa orientada hacia el exterior varía respecto de la bicapa orientada hacia el interior. Su composición varía a lo largo de su vida ya que está en constante síntesis y movimiento continuo: 1. En el retículo endoplasmático se sintetizan las proteínas y los lípidos que constituyen la membrana. Se añaden carbohidratos. 2. El aparato de Golgi modifica las glucoproteínas y añade carbohidratos a los lípidos. 3. Estos componentes se transportan hasta la membrana mediante las vesículas. 4. Una vez que las vesículas llegan a la membrana se funden y depositan los componentes. 2.5.-Cambios en la composición de las membranas. Las membranas tendrán una serie de cambios en su composición que estará determinada por sus funciones. Como por ejemplo mayor o menor grosor, distintos fosfolípidos, más o menos proteínas… 77 3.-Propiedades de las membranas celulares Las propiedades más características de las membranas celulares son:  La fluidez: facilidad con la que se mueven los componentes de la membrana. Está determinada por factores como: a) La temperatura. La fluidez aumenta al aumentar la temperatura llegando a un pico máximo en una determinada temperatura, a partir de ahí se empieza a producir la destrucción de los componentes de la membrana. b) Composición de la porción hidrófoba. La composición de la cola de los fosfolípidos es determinante para la fluidez ya que está compuesta por dos ácidos grasos. c) Presencia de esteroides como el colesterol.  La permeabilidad. La permeabilidad es la facilidad con la que una sustancia difunde a través de la membrana. Depende en básicamente de la composición de la membrana y de la sustancia que la quiera atravesar. Una sustancia de pequeño tamaño y apolar a priori tiene mayor facilidad para atravesar la membrana. El tipo de proteínas que estén vinculadas a la membrana también generan una serie de variaciones en la permeabilidad. 78  4.-Las proteínas de la membrana Las proteínas también son un factor determinante en la permeabilidad. 4.1.-Tipos de proteínas de la membrana Podemos clasificar a las proteínas de la membrana en función de su colocación en:  Proteínas integrales, se unen directamente a la bicapa y solo son posibles de extraer con detergentes. Estas proteínas pueden a su vez atravesar la bicapa totalmente (proteínas transmembrana) o encontrarse parcialmente incrustadas.  Proteínas periféricas, se pueden extraer con procedimientos mucho menos agresivos ya que su unión a la bicapa es menor fuerte que en las proteínas integrales. 4.2.-Funciones principales de las proteínas de la membrana: 1. Función de transporte, algunas proteínas pueden actuar transportando sustancias de un lado a otro de la membrana, este tipo de transporte puede ser pasivo (difusión facilitada a través de canales o transportadores) o bien activo (se utiliza energía metabólica, ATP, para mover soluto contra gradiente de potencial químico, para el trasporte activo se utilizan bombas o transportadores). 2. Función enzimática, la mayoría de las enzimas son macromoléculas proteicas encargadas de acelerar las reacciones metabólicas. 79 3. Transducción de señales. Algunas proteínas de la membrana actúan como receptoras de señales externas. Por ejemplo como receptores de hormonas, cuando una determinada proteína de une a una hormona se desencadenan una serie de cambios en el interior de la célula, este proceso se denomina transducción y conste de múltiples pasos que de manera general se puede ver como la conversión de una señal externa a la célula en una señal interna que genera una respuesta específica. 4. Reconocimiento intercelular. Los anticuerpos son proteínas que se unen a los antígenos (sustancias extrañas al organismo que desencadenan respuestas inmunológicas) y bien los desactivan o marcan su destrucción. 5. Uniones intercelulares. Aquellas proteínas encargadas de unir células contiguas impidiendo el paso de fluido entre estas. Como el caso de las uniones estrechas en las células epiteliales de los animales. 6. Fijación al citoesqueleto y a la matriz extracelular. Algunas proteínas de la membrana se unen tanto al citoesqueleto como a la matriz extracelular, lo que permite la cohesión entre células que conforman un tejido. 80 5.-Transporte a traves de la membrana El transporte es el movimiento de iones o moléculas entre distintos compartimentos de un sistema biológico. Se puede estudiar a distintos niveles:  Entre el interior y el exterior del organismo.  Dentro del organismo a largas distancias.  Dentro del organismo a nivel celular, este estudio del transporte condiciona los otros dos anteriores ya que en algún momento se tendrá que atravesar una membrana y esta dificulta el movimiento de moléculas e iones. 5.1.-El potencial químico La difusión de moléculas e iones a través de la membrana biológica depende en gran parte del potencial químico. El potencial químico estima la energía libre por mol y tiene una gran utilidad para el estudio del movimiento de partículas a través de la membrana plasmática. El potencial químico depende básicamente de la composición química del soluto. 5.2.-El potencial de membrana Es el trabajo necesario para mover una carga de un lado a otro de la membrana. Las proteínas de la membrana contribuyen a la generación de un potencial de membrana mediante el transporte de iones contra gradiente de concentraciones, por lo tanto requieren ATP para hacerlo. Las proteínas de la membrana facilitan el transporte de moléculas o iones a través de la membrana, ya sea mediante transporte activo o mediante transporte pasivo. En las membranas biológicas el potencial de membrana suele ser negativo, esto implica que los cationes tienden a entrar a la célula pero necesitan transporte activo para salir de ella, es decir, necesitan energía. 81 Existen dos tipos fundamentales de transporte en función del gasto o no de energía metabólica: Transporte pasivo, se realiza sin consumo de energía metabólica ya que mueve solutos a favor del gradiente químico. Este transporte está basado en la difusión ya que el desplazamiento de moléculas o iones está basado en un continuo movimiento aleatorio. La difusión a favor de un gradiente de concentraciones es un proceso espontáneo y se rige por la 1º Ley de Fick, las variables fundamentales que condicionan la difusión son: voluminosidad de la partícula, medio en el que difunde y una serie de factores ambientales entre los destaca por su vital importancia la temperatura. Para la realización del transporte pasivo se utilizan: 1. Canales: son vías hidrófilas que facilitan el transporte de moléculas e iones. Un canal se puede abrir o cerrar mediante la fosforilación de la proteína o el cambio de potencial de membrana. Un ejemplo de canales son las aquaporinas. 2. Transportadores: son proteínas que mueven moléculas de un lado a otro, para ello deben cambiar de forma. El transporte es más lento. 82 Transporte activo, se realiza con consumo de energía metabólica para mover solutos contra gradiente del potencial químico. El transporte activo permite a la célula mantener las concentraciones de solutos adecuadas entre entorno e interior. Para la realización del transporte pasivo se utilizan: 1. Bombas: consiste en el movimiento desigual de cationes que genera una distribución desigual de cargas a ambos lados de la membrana. El potencial de membrana facilita la entrada de cationes al interior de la célula pero dificulta su salida. Un ejemplo de bomba característica de las membranas plasmáticas es la Bomba Sodio-Potasio. 2. Transportadores: son proteínas que mueven moléculas de un lado a otro, para ello deben cambiar de forma. El transporte es más lento. 83 6.-Endocitosis y exocitosis La endocitosis y la exocitosis son procesos de transporte a través de la membrana plasmática de productos incluidos en vesículas. 6.1.-Endocitosis La endocitosis consiste en el transporte hacia el interior de la célula de productos. El ejemplo más característico de endocitosis es la entrada del colesterol a la célula en el proceso de hipercolesterolemia. 6.2.-Exocitosis La exocitosis consiste en el transporte hacia el exterior de la célula de productos. Algunos ejemplos característicos de células que realizan la exocitosis son: las células secretoras, las células nerviosas, la mayoría de células vegetales… 84