Tema 3 Biología PDF

# Tema 3. SUPERFICIE CELULAR ## I. MEMBRANA PLASMÁTICA ### CONCEPTO DE MEMBRANAS CELULARES - Membrana plasmática o plasmalema - Límite con el medio externo - Proporciona individualidad - Limita y permite comunicación con el entorno - Otras membranas celulares: Componentes y organizaci...

# Tema 3. SUPERFICIE CELULAR ## I. MEMBRANA PLASMÁTICA ### CONCEPTO DE MEMBRANAS CELULARES - Membrana plasmática o plasmalema - Límite con el medio externo - Proporciona individualidad - Limita y permite comunicación con el entorno - Otras membranas celulares: Componentes y organización similares a los de la membrana plasmática - Variaciones dependientes de orgánulo - Limitan compartimientos intracelulares específicos - Posibilitan la regulación independiente de actividades específicas ### FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA - Define la extensión y fisonomía de la célula - Permite la homeostasis del medio interno - Controla el paso de moléculas e iones (permeabilidad selectiva) - Implicada en la comunicación celular - Participa en diversos procesos celulares - Transmisión de impulsos nerviosos - Recepción de estímulos - Reconocimiento celular - Establece uniones con otras células o estructuras extracelulares - Permite la adaptación al medio ### COMPONENTES Y ORGANIZACIÓN MACROMOLECULAR - Lípidos (30-80%) - Proteínas (20-70%) - Hidratos de carbono (1-10%) - La proporción lípidos/proteínas varía según: - Tipo celular - Tipo de membrana - Organización básica similar: Modelo de Mosaico fluido (Singer y Nicolson, 1972) #### ✓ LÍPIDOS ##### TIPOS - Moléculas anfipáticas - Polo hidrofílico → cabeza - Grupos polares - Polo hidrofóbico → colas - Cadenas hidrófobas - Ácidos grasos (apolares) - Hidrocarburos de 16-20 carbonos con un grupo carboxilo en un extremo - Saturados - Monoinsaturados → 1 doble enlace - Poliinsaturados → varios dobles enlaces ##### ORGANIZACIÓN DE LOS LÍPIDOS EN LA MEMBRANA Y PROPIEDADES QUE LE CONFIEREN - Forman doble capa → Bicapa lipídica (interacción de colas hidrofóbicas) - Soporte estructural de la membrana - Barrera que evita movimiento aleatorio de sustancias hidrosolubles de un lado a otro del compartimiento - En una solución acuosa, las bicapas lipídicas se pliegan espontáneamente formando compartimientos cerrados - Termodinámicamente Desfavorable - Bicapa con bordes expuestos - Compartimiento cerrado → Termodinámicamente Favorable - Se disponen de forma asimétrica - Espacio extracelular - Fosfatidilcolina - Esfingomielina - Fosfatidilserina - Fosfatidilinositol - Citosol - Fosfatidiletanolamina - Contribuyen a la asimetría de la membrana ##### ✓ PROTEÍNAS ##### TIPOS Y FUNCIONES - Propias de cada tipo celular y cada tipo de membrana - Tipos de proteínas atendiendo a su disposición en la bicapa lípidica - Proteínas integrales - Se comportan como integrales, en general - Exterior - Unión glicosil-fosfatidilinositol (GPI) NH2 - Interior - barril ß - a-hélice (una o varias) - COOH - Unión covalente un ácido graso de 15-20C - Proteínas ancladas a lípidos → en la superficie, unidas covalentemente a un lípido dentro de la bicapa - Proteínas Integrales: Dominio(s) insertado(s) en la bicapa lipídica (dominios transmembrana) - Extracción mediante agentes desorganizadores de la bicapa (detergentes) - Anfipáticas - Porciones hidrófobas: Interior de la bicapa entre colas lípidos - Porciones hidrófilas: Regiones extracelulares y/o citoplasmáticas - Proteínas periféricas - Se comportan como periféricas, en general - Funciones de las proteínas de membrana: Responsables de la mayor parte de las funciones específicas de la membrana - Transportadores - Conectores - Receptores - Enzimas - Espacio extracelular - Citosol - Nutrientes - Iones - Metabolitos - Puntos de anclaje - Citoesqueleto y la matriz extracelular - Citoesqueleto de células vecinas - Movimiento de las proteínas de membrana: - Difusión dentro del plano de la bicapa lipídica (rotación y traslación) - Existen proteínas confinadas en regiones especializadas funcionalmente → Dominios de membrana - La célula limita el movimiento de las proteínas mediante: - Su anclaje a: - Proteínas del citoplasma bajo la membrana (corteza celular) - Proteínas de la matriz extracelular - Proteínas en la superficie de otra célula - Barreras de difusión ##### MOVIMIENTO DE LAS PROTEÍNAS DE MEMBRANA - Conformación más frecuente de una cadena polipeptídica para atravesar la membrana → a hélice: Cadena lateral de aminoácidos hidrófobos, Puentes de hidrógeno entre enlaces peptídicos que forman un esqueleto - Algunas → Láminas ß plegadas para formar un cilindro: barril ß - Ej. Porinas ##### ✓ HIDRATOS DE CARBONO Y GLUCOCALIX - Cadenas de oligosacáridos - Unidos mediante enlaces covalentes a lípidos y proteínas de la membrana - Forman glucoproteínas y glucolípidos de la membrana - Situados únicamente en la cara externa de la membrana - Constituyen el glucocálix: cubierta celular de las células eucariotas animales - 10-20 nm espesor - Viscosa y lubricada (asociación de moléculas de agua) - PAS positiva - Funciones del glucocálix - Protección frente a estrés iónico y mecánico - Barrera frente a invasión de microorganismos - Anclaje para enzimas en ciertas células - Media interacciones de las células con su ambiente - Reconoce y fija partículas que la célula interiorizará por endocitosis - Importante en el reconocimiento celular - Permite asociación de células durante del desarrollo - Participa en uniones intercelulares - Responsable de rechazo a transplantes - Determinan grupos sanguíneos (eritrocitos) ##### ✓ ORGANIZACIÓN MACROMOLECULAR DE LA MEMBRANA (MODELO DE MOSAICO FLUIDO) (SINGER Y NICOLSON, 1972) - Espacio extracelular - Glucoproteína - Glucolípido - Hojuela externa - Colas de ácido graso - Canal - Cabeça polar - Colesterol - Hojuela interna - Proteína periférica - Proteína integral - Citoplasma - Tarea: Descripción de esquema - Importancia de la fluidez de la membrana - Permite interacciones transitorias dentro de la membrana - Difusión rápida de proteínas en el plano de la bicapa - Interacción (señalización celular) - Ensamblage de proteínas - Estructuras de unión - Complejos fotosintéticos.. - Posibilita la fusión de las membranas → importante en transporte vesicular y procesos de renovación de membranas - Indispensable para procesos celulares elementales: movimiento, crecimiento, división... - *debe mantenerse dentro de ciertos límites* #### ✓ BALSAS LIPÍDICAS - Microdominios transitorios ricos en esfingolípidos, colesterol y ciertas proteínas (receptores) - Menos fluidos que regiones circundantes y altamente ordenados - Mayor grosor, con glucocálix denso - Plataformas flotantes que concentran proteínas específicas para que trabajen juntas (regiones especializadas transitorias de la membrana). - Facilitan la detección de señales químicas del ambiente externo y la activación subsecuente de eventos en citosol (señalización) - Balsa lipídica - Cara E - Glucoesfingolípidos - Proteínas periféricas unidas a oligosacáridos unidos a fosfatidil inositol - Colesterol - Cara P - https://www.youtube.com/watch?v=yKW4F0Nu-UY #### ✓ SÍNTESIS Y RENOVACIÓN DE LA MEMBRANA - La mayor parte de componentes se sintetiza en el retículo endoplasmático (RE) - Proteínas integrales en RER y periféricas y ancladas a lípidos de hemimembrana interna en ribosomas libres - Lípidos en REL - Citosol - Bicapa lipídica del retículo endoplasmático - Luz del RE - Glicerol fosfato - Ac graso-CoA - Citosol - La síntesis de fosfolípidos contribuye a la formación de la mitad citosólica de la bicapa - Citosol - La flipasa cataliza la transferencia de moléculas de fosfolípidos - Expansión simétrica de ambas mitades de la bicapa - Trasnferencia selectiva de fosfolípidos específicos - Asimetría de la membrana - Glicosilación (de lípidos y de proteínas) se completa en el complejo de Golgi - Membrana plasmática (renovación) - Mediante formación y fusión de vesículas (direccional) - C. Golgi - Membrana plasmática - Vesícula ## II. MATRIZ EXTRACELULAR ### CONCEPTO - Red organizada de materiales extracelulares sintetizados por las propias células a las que está asociada - Papel regulador clave para determinar la forma y la actividad celular ### COMPONENTES - Fibras - Colágenas - Reticulares - Elásticas - Sustancia fundamental amorfa #### A. FIBRAS COLÁGENAS - Resistentes a fuerzas de tensión - Flexibles - 0,5-20μm Ø - Forman haces - M.O. Acidófilas - H-E → Rosa anaranjado - Tricrómico de Mallory →azules - Tricrómico de Masson → verdes - Haz de fibras - Fibrilla - Tricrómico de Mallory - Hematoxilina-Eosina - Fibra - M.E.T ► Formadas por fibrillas - 20-100 nm Ø - Bandas alternas claras y densas a los electrones (periodo 67 nm) - Estructura de la fibrilla de colágeno - a. Fibril - D - b. Packing of molecules - Hole zone (0.6 D) - Overlap zone (0.4 D) - Tropocolágeno - c. Collagen molecule - 300 nm (4.4 D) - d. Triple helix - 10.4 nm (0.15D) - 1.5 nm diameter - α1 - Tropocolágeno - α2 - α1 - e. Typical sequence of α1 and α2 chains - 1.74 nm - Hydroxyproline - Glycine - Varios tipos de colágeno - Proline - -87 nm - - + Glucosa y galactosa #### B. FIBRAS RETICULARES - Colágeno tipo III muy glicosilado (fibrillas 30-40 nm Ø fibras delgadas → red) - PAS + - M.O. → ARGIRÓFILAS (TINCIÓN DE GOMORI→ NEGRAS) - M.E.T FIBRILLAS CON ESTRIACIÓN TRANSVERSAL - M.E.T. - Estructura amorfa + Microfibrillas (+) - Electronodensidad media - M.E.T. - C - ω - ω #### C. FIBRAS ELÁSTICAS - Elasticidad (estiramiento hasta 150% su longitud) - 0.2-1 µm Ø → Red tridimensional - 4-5 µm Ø →Haces paralelos - Láminas fenestradas - M.O. - Tinción con resorcina-fucsina→violetas - Técnica de verhoeff — Negras - Tinción con orceína → pardas - Composición - ✓ Componente amorfo: Elastina (proteína) - Centro de elastina - Microfibrillas - Elastina no distendida - Enlaces covalentes desmosina-isodesmosina - Tropoelastina - Elastina distendida - Tropoelastina - ✓ Microfibrillas: Fibrilina, fibulina (glucoproteínas fibrilares 12 nm Ø) #### • Sustancia fundamental amorfa - Consistencia Gel, transparente e incolora - M.O. - Basófila - PAS + - Metacromática - M.E.T. - Grumosa - Electronodensidad (Fijación con vapores de formol o congelación) - Función - Difusión de sustancias hidrosolubles (nutrición) - Barrera a penetración sustancias extrañas - Composición - ✓ Agregados de proteoglucanos - Proteoglucanos - Hialuronano (Enlace mediante proteínas de unión) - ✓ Proteoglucanos - Glucosaminoglucanos (GAGs) + Proteína (eje central) (unión mediante enlace covalente) - Queratansulfato - Proteína eje - Zona de unión - Condroitinsulfato - GAGS - Proteoglucano - Glucosaminoglucanos: Polisacáridos lineales de cadena larga - Formados por repetición de un disacárido - Con abundantes grupos sulfato y/o grupos carboxilo - Polianiones - Alta capacidad de hidratación - Alta resistencia a la compresión #### Tabla 2. Glucosaminoglucanos de la matriz extracelular | Glucosaminoglucano | Peso molecular (kDa) | Disacárido repetido (A-B)n | Grupos sulfato por Disacárido | Otros glúcidos | |:-----------------------: |:-------------------------: |:----------------------------: |:--------------------------------: |:----------------: | | Ácido hialurónico | 4-8000 | Ác. glucurónico, | 0 | - | | | | N-acetil D-glucosamina | | | | Condroitín sulfato 4 | 5-50 | Ác. glucurónico, | 0.2-2.3 | D-xilosa, | | (sulfato de condroitina A) | | N-acetil D-galactosamina (en el C 4) | | D-galactosa | | Condroitín sulfato 6 | 5-50 | Ác. glucurónico, | 0.2-2.3 | D-xilosa, | | (sulfato de condroitina C) | | N-acetil D-galactosamina (en el C 6) | | D-galactosa | | Dermatán-sulfato | 15-40 | Ác. D-glucurónico o ác. L-idurónico, | 1.0-2.0 | D-xilosa, | | (sulfato de condroitina B) | | N-acetil D-galactosamina | | D-galactosa | | Heparán-sulfato | 5-12 | Ác. D-glucurónico o ác. L-idurónico, | 0.2-2.0 | D-xilosa, | | (sulfato de heparina) | | N-acetil D-glucosamina | | D-galactosa | | Heparina | 6-25 | Ác. D-glucurónico o ác. L-idurónico, | 2.0-3.0 | D-xilosa, | | | | N-acetil D-glucosamina | | D-galactosa | | Queratán-sulfato | 4-19 | D-galactosa, | 0-1.8 | - | | (sulfato de queratán) | | N-acetil D-glucosamina | | D-galactosamina | - ✓ Glucoproteínas estructurales (Glucoproteínas multiadhesivas) - Adhesión células ← Componentes de matriz extracelular - Contienen: - Lugares de unión con otros componentes de la matriz extracelular - Lugares de unión a receptores de la superficie celular - Función reguladora #### LAMININA - Tres cadenas polipeptídicas asociadas - COOH - Lugar de union al colageno - Cadena B₁ - Lugar de unión a proteoglucanos - Lugar de unión a células - Cadena B2 #### FIBRONECTINA - Dos cadenas polipeptídicas unidas por enlaces disulfuro - NH2 - Lugar de unión al colágeno - Lugar de unión a la heparina - -S-S- - -S-S- - COOH - Cadena A #### TENASCINA - Seis cadenas peptídicas dispuestas radialmente - Tenascina - Guía movimientos celulares → Importante en procesos de desarrollo y regenerativos #### ENTACTINA - Forma de pesa - Adhersión de laminina y colágeno #### • ORGANIZACIÓN MACROMOLECULAR DE LA MATRIZ EXTRACELULAR - Red tridimensional: - Core protein - GAG - Collagen fibril - Proteoglycan monomer - Link protein - Hyaluronic acid - Hyaluronic acid - Proteoglycan aggregate - Entactina - Colágeno IV - Laminina - Laminar→ Lámina basal/lámina externa #### > PROPIEDADES DE LA MATRIZ EXTRACELULAR - Las propiedades físicas de la matriz extracelular: - Están definidas por los componentes que la conforman y su organización macromolecular - Varían según el tipo de células a las que la matriz está asociada - Histología y Organografía (segundo cuatrimestre) - La matriz extracelular es dinámica - Presenta variaciones en el espacio y en el tiempo - Sus componentes son móviles en el espacio - Las fibras pueden estirarse y contraerse en respuesta a fuerzas de tensión - Sus componentes están sujetos a degradación y nueva formación de forma continua, imprescindible para: - Procesos necesarios para mantener la funcionalidad (migración, división) - Remodelación durante el desarrollo - Renovación (lenta y continuada) - Restauración de lesiones (rápida) - Degradación — Metaloproteinasas de la matriz (MMP) (enzimas con cinc) - Síntesis → Células a las que está asociada -