Clase Membranas 2008[1]

MEMBRANA CITOPLASMÁTICA:

FUNCIONES DE LA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES ♦ Sirve de límite entre el citosol y el ambiente Todas las células están rodeadas por una membrana que define el límite de la célula, y separa su contenido del ambiente. Su estructura e integridad es fundamental para el funcionamiento correcto de la célula.

♦ Tiene permeabilidad selectiva ♦ Sirve de comunicación entre las células ♦ Contiene receptores de la repuesta celular ♦ Responsable del reconocimiento de lo que es propio de lo ajeno

FUNCIONES DE OTRAS MEMBRANAS ♦ Muchos organelos intracelulares están rodeados por una membrana

ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA

también

♦ Químicamente la membrana está constituida por lípidos y proteínas.

♦ Permite que el organelo ejecute funciones especializadas manteniendo su contenido separado del resto de la célula

♦ La unidad fundamental son los lípidos. En los mamíferos los lípidos de membrana más importante son los fosfolípidos. Son responsables de la estructura básica de la membrana

♦ Proporciona el límite que establece una gradiente electroquímica: por ejemplo, transmisión del impulso nervioso y generación de ATP.

♦ Los fosfolípidos están compuestos por dos cadenas de ácidos grasos unidos entre sí por una cabeza polar.

ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS GRASOS cabeza hidrofílica

COOH

COOH

(CH2)7

(CH2)n

CH

CH3

cola hidrofóbica

CH (CH2)7

ácido graso

CH3 ácido graso modificado

FOSFOLÍPIDOS ♦ la mayoría de los fosfolípidos está formado por: ♦ glicerol

CH2-CH-CH2 OH OH OH

♦ dos cadenas de ácidos grasos unidos a dos de los tres átomos de carbono del glicerol. ♦ el tercer átomo está sustituido por un fosfato y este fosfato a su vez está unido a una molécula pequeña de naturaleza hidrofílica (polar) ♦ Esta molécula tiene, por lo tanto una cabeza hidrofílica y una cola hidrofóbica: ANFIPÁTICA

CARACTERÍSTICAS DE ÁCIDOS GRASOS ♦ Consisten en cadenas largas de hidrocarburos lineales (16 a 18 átomos de carbono, saturados o no saturados). ♦ Su característica más importante para la función de la membrana es que son insolubles en agua o hidrófobicos.

PRINCIPALES FOSFOLÍPIDOS (>50%) •Carga neta: (-)

GLICOLÍPIDOS • Muy asimétricos • Contienen azúcar •Sólo se encuentran la cara no citosólica membranas especialmente en balsas lipidicas • Se asocian entre si por sus cadenas saturadas Función: Protección (células epiteliales) Carga proporciona efectos eléctricos (células nerviosas) Reconocimiento celular

Glicerol

En mamíferos derivan de serina principalmente

Serina

En medio acuoso los fosfolípidos se orientan espontáneamente con las cabezas polares hacia afuera y las colas hidrofóbicas hacia adentro formando la BICAPA LIPÍDICA. Forma una barrera entre dos fases acuosas. Se considera que la membrana es un fluido en dos dimensiones. La fluidez está relacionada con la temperatura y con la composición del ácido graso. • cadenas más cortas: mayor fluidez • menor temperatura: menor fluidez • La presencia de dobles enlaces también aumenta la fluidez

Fluidez de las membranas: efecto de la temperatura y de la composición Temperatura de fusión o temperatura de transición de fase: Temperatura en que una membrana pasa de estado líquido a estado mas rígido (o gel).

Efecto de la insaturación FL con ácidos grasos saturados: gran interacción A baja temperatura se hace más rígido. 18:0 54ºC: temperatura a la cual pasa a gel

>Tº
FL con ácidos grasos no saturados: menor interacción A baja temperatura se hace menos rígido. Se mantiene fluida a temperaturas bajas 18:1

FL con ácidos grasos de mayor largo de cadena: mayor interacción, mayor temperatura de fusión o de transición de fase, es decir se “congelan” a mayor temperatura. Membranas con FL con cadenas más cortas se mantienen fluidas a temperaturas más bajas

16:0 41ºC 14:0 23ºC

-20ºC

FLUIDEZ DE LA MEMBRANA (solo considerando fosfolípidos)

COLESTEROL Otro lípido que forma parte de la membrana es el colesterol. También tiene un extremo polar. Tiene una estructura rígida de 4 anillos

COLESTEROL Función del colesterol: • La inserción del colesterol limita la movilidad de la membrana especialmente en zonas en que se encuentra en alta concentración, como balsas lipidicas • Además, al disminuir la interacción entre las colas de ácidos grasos de los fosfolípidos mantiene la fluidez de la membrana a temperaturas bajas. . Aumentan la impermeabilidad de la membrana porque la hacen más indeformable Las células vegetales y bacterianas no contiene colesterol.

COLESTEROL Se orienta entre las moléculas de fosfolípidos.

ASIMETRÍA DE LA MEMBRANA Reconocimiento de proteínas y ligandos, tanto intra como extracelulares

Diferencia de carga entre el intracelular y el extracelular

Reconocimiento de células vivas y muertas Balsas lipídicas

ASIMETRÍA DE LA MEMBRANA

La distribución de los fosfolípidos en la membrana es asimétrica

Balsas lipídicas

CARACTERÍSTICAS DE LA MEMBRANA ♦ Estabilidad ♦ Fluidez ♦ Movilidad ♦ Impermeabilidad o permeabilidad selectiva

FL de cadena más larga y recta, glicolípidos y colesterol

PROTEÍNAS DE MEMBRANA Las membranas tienen además PROTEÍNAS que son las encargadas de funciones específicas de la célula. La estructura de bicapa lipídica + proteínas se conoce como

MODELO DE MOSAICO FLUIDO (Singer y Nicholson, 1972)

PROTEÍNAS INTEGRALES

PROTEÍNAS DE MEMBRANA Las proteínas se pueden clasificar de acuerdo a la forma que se asocian a los fosfolípidos. ♦ Proteínas integrales o de transmembrana: insertas en la membrana ♦ Proteínas ancladas directamente con al membrana mediante lípidos ♦ Proteínas periféricas: asociadas indirectamente a la membrana, tanto en la cara citosólica como en la cara extracelular

PROTEÍNAS ANCLADAS DIRECTAMENTE

Ambos lados de la membrana

Unidas a través

Dominios transmembrana

• ácido graso unido covalentemente (5)

α hélices

• enlace covalente con un fosfolípido (6)

Láminas β

• de alfa hélice (4)

PROTEÍNAS PERIFÉRICAS La porción externa de las proteínas puede estar glicosilada. Unidas a través de enlace no covalente con otras proteínas

Además tienen enlaces disulfuro En el Intracelular, debido al ambiente reductor, se encuentran grupos sulfhidrilo (SH-)

MOVILIDAD DE LAS PROTEÍNAS De acuerdo al modelo de mosaico fluido las proteínas se pueden mover lateralmente en la membrana. Excepciones ♦ Unión a citoesqueleto. ♦ Balsas lipídicas o “Lipid rafts” ♦ Células polarizadas, por ejemplo células del intestino delgado

FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS DE MEMBRANA ♦ Transporte ♦ Unión a otras células ♦ Unión al citoesqueleto (intracelular) Unión a la matriz extracelular (extracelular) ♦ Receptores

TRANSPORTE

TRANSPORTE Debido a su naturaleza la membranas sólo permiten el paso de moléculas pequeñas, no polares como O2 y CO2 y moléculas pequeñas pequeñas polares como agua y etanol. Estas moléculas pasan movidas por una gradiente de concentración: DIFUSIÓN SIMPLE Un caso particular de difusión es la OSMOSIS en que moléculas de agua pasan a través de una membrana semipermeable cuando hay una gradiente de concentración. Los solutos no pasan

TRANSPORTE Moléculas de mayor tamaño o cargadas requieren un mecanismo de transporte ♦ Difusión facilitada ♦ Transporte Activo ♦ Otros mecanismos

TRANSPORTE Difusión Facilitada: ♦ A favor de una gradiente de concentración ♦ Requiere una o más proteínas ♦ Permite el paso de moléculas más grandes o cargadas ƒ ƒ

Proteínas transportadoras: moléculas específicas Canales: Poros selectivos para el flujo de moléculas pequeñas y cargadas.

TRANSPORTE

Proteína transportadora

Canal

Proteínas transportadora: En cualquier caso (activo o pasivo) se requiere una proteína transportadora Características: Específica Generalmente están en dos formas conformacionales La transformación entre una y otra forma es reversible

Dirección:

de mayor concentración a menor concentración

Uniportadores Las proteínas transportadoras transportan un solo soluto y la velocidad de transferencia depende de capacidad de unir el soluto y a sufrir cambios conformacionales Transporte acoplado: el transporte de un soluto depende estrictamente del transporte de un segundo soluto Sinportadores: ambos solutos en la misma dirección. Ejemplo Na+ y azúcares Antiportadores:

ambos solutos en direcciones opuestas Ejemplo: Na+ y K+

Proteína transportadora

Canales iónicos Se diferencias de un poro porque:

• Son selectivos para un ión • No están siempre abiertos; se abre en respuesta a estímulos

•Se caracterizan además porque, una vez abierto el canal, el flujo de iones tiene una velocidad muy alta

Canales

Dependiente de ligando: receptor de acetilcolina

Canal se abre en respuesta a acetilcolina y permite el flujo de cationes, no de aniones Dependiente de voltaje “voltage-gated”

Dependiente de ligando “ligand-gated”

La familia más grande de transportadores es la Transportadores ABC: ATP-Binding Cassettes Son muy conservados En Bacterias y Eucariontes Ejemplos en Eucariontes: MDR: Multi Drug Resistance: Función normal eliminar compuestos potencialmente tóxicos. MDR y células cancerígenas CFTR: Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator, que es un canal de Cl-

TRANSPORTE ACTIVO ♦ En contra de una gradiente de concentración ♦ Proceso requiere energía ♦ Ejemplos: Bombas iónicas responsables de mantener una gradiente de iones Ion K+ Na+ ClCa2+

Concentración Intracelular (mM) 140 5-15 4 0,0001

Concentración Extracelular (mM) 5 145 110 2,5-5

ATPasa Na-K

TRANSPORTE Otros mecanismos de Transporte

Macromoléculas y partículas: Estas estructuras más grandes requieren otros mecanismos de transporte. Por ejemplo: endocitocis (fagocitocis)

RECEPTORES Además de las moléculas que atraviesan la membrana, existen otras moléculas que son capaces de actuar sobre las células desencadenando una respuesta. Estas señales actúan sobre RECEPTORES en la superficie de la célula. Es decir, en la membrana también hay flujo de información.

♦ Señales de contacto. Ejemplo: reconocimiento célula-célula en sistema inmune ♦ Señales eléctricas. Ejemplo: neuronas, células musculares ♦ Señales Químicas: Ejemplo: neurotransmisores, hormonas