Biologia Celular - Clase 04

MEMBRANA PLASMÁTICA Estructura que envuelve a la célula núcleo Retículo endoplásmico

peroxisoma lisosoma

Aparato de Golgi vesícula mitocondria

Membrana plasmática

FUNCIONES DE LA MEMBRANA

Recibe información (señalización)

Capacidad de movimiento y expansión

Importación y exportación de moléculas

ESTRUCTURA GENERAL DE LA MEMBRANA

bicapa lipídica

Lípido

Proteína

BICAPA LIPÍDICA • Fosfolípidos: los más abundantes de las membranas biológicas • Colesterol: Se asocia a las colas hidrofóbicas de los fosfolípidos • Glicolípidos: Ubicados exclusivamente al lado opuesto al citoplasmático de las membranas

Componentes Lipídicos varian ampliamente con la función de la membrana

FOSFOLÍPIDOS

Insaturaciones y fluidez

Insaturaciones doblan el esqueleto de carbono y con ello aumentan la separación de las moléculas.

COLESTEROL Cabeza polar Estructura esteroide de anillos rígida y planar

Cola hidrocarbonada apolar

Cabezas polares Región rigidizada por colesterol

Región más fluida

Favorece la “rigidez” de la membrana celular. Decrece la permeabilidad de la membrana a moléculas pequeñas. Fuera de las membranas, es precursor de hormonas esteroidales

GLICOLÍPIDOS ESPACIO EXTRACELULAR

Distribución asimétrica de los fosfolípidos y glicolípidos en la bicapa lipídica.

CITOSOL

Aislan y protegen la membrana Actúan como receptores de membrana Ayuda en la asociación de células a la matriz extracelular y a otras células

Ejemplos de glicolípidos

TIPOS DE PROTEÍNAS DE MEMBRANA

2) Unidas a lípidos 3) Unidas a proteínas 1)Proteínas Transmembrana

PROTEÍNAS INTEGRALES DE MEMBRANA

PROTEÍNAS PERIFÉRICAS DE MEMBRANA

CLASES DE PROTEÍNAS DE MEMBRANA • Tipo I Amino terminal (in) • Tipo II Amino terminal (out) • Tipo III Amino terminal (in o out)

• Tipo IV aparea con otras • Tipo V esta ligado a lipidos • Type VI, integral y ligada a lipidos

PROTEÍNAS DE MEMBRANA Y SUS FUNCIONES

PROTEÍNAS DE MEMBRANA

Transportador

Enzima

Receptor

Marcador Adhesión celular Anclaje al de superficie citoesqueleto

Glucocáliz

Célula humana marcada con rodamina

Célula de ratón marcada con fluoresceína

Conclusión del experimento: La Membrana Plasmática es un “MOSAICO FLUIDO” Sus componentes se pueden mover libremente sobre ella

TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA I.- DIFUSIÓN

Al agregar un sólido (hidrofílico) al agua, éste se solubilizará espontáneamente y eventualmente se obtendrá una solución homogénea). Todo esto se debe al MOVIMIENTO BROWNIANO

Dirección de la gradiente

Gradientes de Concentración Membrana semipermeable Moléculas de soluto

El movimiento de una partícula a favor de su gradiente de concentración libera energía El movimiento de una pártícula en contra de su gradiente de concentración requiere energía

Difusión de 2 solutos

membrana

equilibrio

Osmosis:

paso de un solvente (agua) a través de una membrana semipermeable, y desde una región de menor concentración de solutos a una de mayor concentración. En un organismo vivo, el solvente es generalmente agua y la membrana semipermeable es la de la célula.

El agua fluye hacia concentraciones más altas de sales

Cómo la Tonicidad del Medio Afecta a las Células

Medio Isotónico: no hay flujo neto de agua

Medio Hipotónico: entra agua a la célula, pudiendo reventar

Medio Hipertónico: sale agua de la célula, sufriendo

crenación

TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA TRANSPORTE DE IONES O MOLÉCULAS PEQUEÑAS Atraviesan la membrana plasmática

Transporte Pasivo

(sin requerimiento de energía)

Difusión Simple: Transporte pasivo inespecífico - Transp. a través de la bicapa lipídica - Transp. A través de canales Difusión Facilitada: Transporte pasivo específico - Uniporte

Transporte Activo (Dependiente de Energía)

Primario: Transp. a través de bombas (ATP) Secundario: Cotransporte o Transporte Acoplado ● Simporte ● Antiporte

PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA Moléculas pequeñas no cargadas

Moléculas polares grandes y iones

Difusión Simple a través de la Bicapa Lipídica

Tipos de Difusión Simple: A favor de la gradiente de concentración, no requiere energía

bicapa lipídica (inespecífico, no selectivo)

Canal (inespecífico, selectivo)

Difusión Simple o Pasiva

ORDENAMIENTO DE SEGMENTOS TRANSMEMBRANA rererererereePARA FORMAR CANALES

Transportador de Glucosa

Agua Acuoforina

COMO FUNCIONAN LOS TRANSPORTADORES.1.- La esfera de hidratación alrededor del soluto se reemplaza, por interacciones débiles no covalentes con la proteína transportadora 2.- Así, se disminuye la energía través de la membrana

y se suministra una via hidrofílica a

3.- El transportador se forma con segmentos de α-helices

DIFUSIÓN FACILITADA Es un proceso que permite el paso de compuestos por difusión a través de transportadores estereoespecíficos El transportador suele ser una proteína integral de membrana: permeasa La difusión facilitada exhibe las siguientes propiedades: Especificidad de sustrato: cada permeasa transporte un solo tipo de sustratos químicamente parecidos. Son saturables, es decir, la velocidad de transporte aumenta con la concentración de sustrato, hasta un valor límite. El aumento del soluto no aumentan dicha velocidad (debido a que todas las porinas disponibles están ya totalmente ocupadas)

Difusión Facilitada

A favor de la gradiente de concentración, no requiere energía Mediada por TRANSPORTADORES (proteínas integrales de membrana)

Uniporte (específico)

TRANSPORTE PASIVO (DIFUSION FACILITADA) No requiere de energia, a favor de la gradiente de concentración • Transportadores moviles -ionoforos (valinomicina, nigericina, dinitrofenol) • Proteinas-translocadoras - (porinas, transportador de glucosa) - canales de ionóforos, • Canales canales dependientes de voltaje K+ y Ca2+), canales (Na+, dependientes de ligando.

TRANSPORTADORES MOVILES (IONOFOROS)

Transportan iones a favor del gradiente de concentración hasta el equilibrio.

Claves: tienen dos formas marcadamentes diferentes: diferentes 1.- forma hidrofílica (transportador libre de ion) 2.- forma unida al ion, lípido soluble

Difusión Facilitada es saturable

DIFERENCIAS ENTRE LA DIFUSIÓN FACILITADA Y LA DIFUSIÓN PASIVA • La velocidad de transporte Facilitado es más rápido que el de la difusión Pasiva. • En la difusión facilitada, el transporte es específico; cada transportador lleva sólo un tipo de molécula o un grupo de moléculas estrechamente relacionadas. • El transporte ocurre a través de un número limitado de moléculas. En consecuencia existe una Vmax, que se alcanza cuando el transportador está trabajando a su máxima velocidad.

Difusión Pasiva

Difusión Facilitada

Transporte Activo

Transporte Activo Primario (mediado por bombas): utiliza directamente la energía proveniente de la hidrólisis del ATP para transportar sustancias en contra de su gradiente de concentración.

Transporte Activo Secundario (cotransporte): Se transportan simultáneamente 2 sustancias, una a favor y la otra en contra de su gradiente. La energía proveniente del transporte de una sustancia a favor de su gradiente se utiliza para transportar a la otra en contra de su gradiente. En el Simporte se transportan las dos sustancias en la misma dirección. En el Antiporte se transportan ambas sustancias en direcciones opuestas.

Bomba de Na+/K+

Unión de Na+

Unión de K+

Hidrólisis de ATP y fosforilación de la bomba

desfosforilación de la bomba

liberación de Na+ al exterior

liberación de K+ al interior

Simporte

Antiporte

Proteína de la enfermedad de Wilson (ATP7B) es un regulador clave de la concentración de cobre en el hígado

Hígado Normal

Hígado ATP7B -/-

TRANSPORTE DE MACROMOLÉCULAS Ocurre por ENDOCITOSIS y EXOCITOSIS Endocitosis: Pinocitosis: ingestión de macromoléculas solubles (beber)

Fagocitosis: ingestión de material sólido como microorganismos o restos celulares (comer). Inicia por la formación de suedópodos

Exocitosis: Vesículas formadas dentro de la célula se fusionan con la membrana plasmática, liberando su contenido al exterior

Señalización Celular Consiste en la comunicación entre células, mediadas por señales químicas o físicas. La interpretación de estas señales para producir un efecto en la célula receptora de la señal, se conoce como

Transducción de Señales

La comunicación célula-célula mediante señalización extracelular requiere de 6 etapas: 1. Síntesis de la molécula señalizadora en la célula señalizadora 2. Liberación de la molécula señalizadora 3. Transporte de la molécula señalizadora a la célula blanco 4. Detección de la señal por un receptor específico 5. Cambio en el metabolismo celular, funciones o desarrollo 6. Remoción de la señal, finalizando la respuesta

Tipos de Señalización Celular

célula señalizadora

célula blanco adyacente

1.- Señalización directa célula-célula

célula señalizadora

célula blanco adyacente

2.- Señalización Paracrina

vaso sanguíneo

Secreción de hormona a la sangre por glándula endocrina

células blanco distantes

3.- Señalización Endocrina

Sitios blanco en la misma célula

4.- Señalización Autocrina

Transducción de Señales

Señales con Receptores Intracelulares

Algunas hormonas hidrofóbicas pequeñas, cuyos receptores son proteínas intracelulares que regulan la expresión génica

Receptores Intracelulares: Acción de Hormonas Esteroidales La hormona atraviesa la bicapa lipídica de la membrana plasmática En el citoplasma se une a su receptor específico El complejo hormonareceptor se transloca al núcleo y activa la expresión de uno o más genes

Receptores de Superficie Celular

Receptor Asociado a Canal Iónico

Receptor Asociado a Enzima

Receptor Asociado a Proteína G

Receptores Asociados a Canales Iónicos

Unión de ligando Apertura de canal Flujo de iones

El cambio en la concentración intracelular de iones gatilla una respuesta celular Disociación de ligando Canal se cierra

Receptores Asociados a Enzimas: Los receptores inactivos se encuentran en la membrana plasmática como monómeros. La unión del ligando provoca la dimerización de éstos y la consiguiente autofosforilación del receptor dimerizado. El receptor activado fosforila a la siguiente proteína en la vía de señalización

Receptores Asociados a Proteína G: La unión del ligando al receptor induce la unión de la proteína G a éste, lo cual provoca el intercambio de GDP por GTP en la proteína G. la proteína G activada se une a otra enzima en la membrana plasmática, activándola. Esta enzima activada sintetiza una molécula señalizadora denominada segundo mensajero.

Proteínas Señalizadoras (“Interruptores Moleculares”)

Señalización por fosforilación: la adición covalente de un grupo fosfato por una proteínaquinasa “enciende” a la proteína señalizadora. La remoción del fosfato por una proteína fosfatasa la “apaga”

Señalización por proteínas que unen GTP: La proteína señalizadora se enciende al intercambiar GDP por GTP. La hidrólisis del GTP unido apaga a la proteína

Cascadas de Proteínaquinasas

Una proteínaquinasa (PK) activada fosforila a la siguiente PK, activándola. Esta fosforila a la siguiente y así sucesivamente, hasta el final de la cascada

Síntesis de Segundos Mensajeros por Enzimas Activadas por Proteína G

Segundos Mensajeros más Comunes