Membrana Biofisica.pdf

Universidad Nacional Pedro Henríquez Ureña (UNPHU) FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA BIOFÍSICA TEORÍA BIO-265-02 DOCENTE JHOEL PEGUERO SÁNCHEZ GRUPO No. 4 TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CELULAR PARTICIPANTES KEREN SANCHEZ 17-1898 LISBETH GARCIA 18-0479 AMY MACIAS 17-1385

ÍNDICE

Introducción

2

Membranas Biológicas

3-15

Componentes de la Membrana Biológica

3-7

Estructura funcionamiento de las Membrana Biológica

7-8

Componentes de la Bicapa Lipídica

9-11

Transporte a través de la membrana

11-15

Conclusión 16 Bibliografía 17

INTRODUCCIÓN

La membrana biológica o plasmática dentro de la célula cumple con varias funciones, lo que la convierte en esencial para el adecuado funcionamiento de los diferentes sistemas del cuerpo humano. Dentro de los roles que cumple la membrana plasmática se encuentra el de dividir y delimitar la parte interior y exterior de la célula,proteger la información y estructura del núcleo y citosol y por último transportar sustancias del interior al exterior de la célula. La función de control de sustancias y moléculas de la membrana permite el sustento de la célula, ya que trabaja de manera más eficiente.En su área superficial la membrana limita el intercambio de materiales entre la celula y su medio ambiente , protegiendo su estructura . En su estructura la membrana cuenta con una bicapa lipídica cuya función principal, es la movilidad y transporte de sustancias en la célula esto gracias a su estructura de mosaico fluido que divide los elementos de la bicapa de manera que cada uno cumpla con su función sin interrumpir con las demás , como lo son el transporte de sodio, calcio y potasio dentro y

fuera de la célula para activar los gradientes de concentración de la misma. De esta forma la membrana con ayuda de sus diferentes estructuras da forma a la célula y permite que la misma cumpla con todas sus funciones dentro del organismo y evita errores en los procesos , lo que hace esencial la existencia de la Membrana Biológica o Plasmática dentro de la célula.

MEMBRANAS BIOLÓGICAS

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COMPONENTES DE LA MEMBRANA BIOLÓGICA

Las membranas biológicas son estructuras de gran importancia para las células, ya que le permite a esta crear compartimentos independientes al mismo tiempo que facilitan el intercambio selectivo de sustancias.Esta actúa como una barrera selectivamente permeable dentro de los seres vivos . Las membranas biológicas, en forma de eucariotas membranas celulares , consisten en una bicapa de fosfolípidos con incrustadas, integrales y proteínas periféricas utilizados en la comunicación y el transporte de productos químicos y iones La concentración de sustancias en el interior puede ser controlada mediante mecanismo de transporte . esta regulación de entrada y salida de materiales en la célula se denomina Permeabilidad selectiva y depende del tamaño de la molécula , de su solubilidad de la carga y de la presencia o no de transportadores. además las membranas poseen unos receptores que reciben estímulos del exterior y transmiten la información al interior de la célula. Las membranas poseen 3 componentes mayoritarios : Proteínas, Lípidos y Carbohidratos

1.1 Proteínas Las proteínas de la membranas biológicas hacen diferentes ,funciones que desempeña, como receptores específicos, enzimas, transporte, entre otros. Muchas proteínas de membrana se extienden a través de la bicapa lipídica, las proteínas transmembranales son anfifílicas y en algunos casos su cadena polipeptídica pasa una sola vez la bicapa en forma de hélice simple, otras proteínas transmembranales pasan múltiples veces por la membrana, ya sea como una serie de alpha helices o como hoja beta en forma de barril.

Las membranas plasmáticas además contienen ciertos tipos de proteínas. Una proteína de membrana es una molécula de proteína que está unida o asociada a la membrana de una célula o de un orgánulo. Las proteínas de la membrana se pueden agrupar en dos grupos basados en la manera en que estas se asocian con la membrana.

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Proteínas integrales de la membrana están arraigadas permanentemente dentro de la membrana plasmática. Cumplen muchas funciones importantes; estas incluyen el transporte de moléculas a través de la membrana. Otras proteínas integrales actúan como receptores celulares. Estas proteínas se pueden clasificar de acuerdo a su relación con la bicapa. • Las proteínas transmembranales abarcan toda la membrana plasmática. Estas proteínas están presentes en todos los tipos de membranas biológicas. • Las proteínas integrales mono típicas están arraigadas permanentemente a la membrana de sólo un lado de esta.

Algunas proteínas de la membrana son responsables de la adhesión celular (unión de una célula a otra célula o a una superficie). En el exterior de las membranas celulares, adheridas a otras proteínas, están las cadenas de carbohidratos que actúan como etiquetas que identifican el tipo de célula.

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Proteínas periféricas de la membrana son proteínas que sólo se asocian a la membrana de manera temporal. Se pueden eliminar fácilmente, lo que les permite involucrarse en la comunicación celular. Estas proteínas se pueden adherir a proteínas integrales de la membrana o se pueden pegar a pequeñas porciones de bicapas lipídicas por ellas mismas. Las proteínas periféricas están asociadas a menudo con canales iónicos y con receptores transmembranales. La mayoría de este tipo de proteínas es hidrófila.

1.2 Lípidos

Los lípidos constituyen aproximadamente el 50 % de las moléculas de las membranas biológicas, en la mayoría de las células. está formada por lípidos con colas hidrófobas y cabezas hidrófilas. Las colas hidrófobas son colas de hidrocarburos cuya longitud y saturación son importantes para caracterizar la célula. Las balsas de lípidos ocurren cuando las especies de lípidos y las proteínas se agregan en los dominios de la membrana. Estos ayudan a organizar los componentes de la membrana en áreas localizadas que están involucradas en procesos específicos, como la transducción de señales.

Los glóbulos rojos, o eritrocitos, tienen una composición lipídica única. La bicapa de los glóbulos rojos está compuesta de colesterol y fosfolípidos en proporciones iguales en peso. La membrana de eritrocitos desempeña un papel crucial en la coagulación de la sangre. En la bicapa de los glóbulos rojos está la fosfatidilserina. Esto suele ser en el lado citoplásmico de la membrana. Sin embargo, se voltea a la membrana externa para ser utilizada durante la coagulación de la sangre

1.3 Carbohidratos Las células eucariotas también contienen carbohidratos, en cantidades diferentes dependiendo de la especie y del tipo celular, estos carbohidratos están unidos en forma covalente a los compuestos lipídicos y proteicos. El contenido de los carbohidratos en la membrana varía de un 2 al 10% de peso y más del 90% tiene enlaces covalentes con las proteínas para formar glucoproteínas, el resto de los carbohidratos forma enlaces covalentes con lípidos y forman glucolípidos. Estos carbohidratos se encuentran orientados hacia fuera en el espacio extracelular. Los carbohidratos ubicados en la membrana celular interna van hacia el lado contrario del citosol.

La adición de un carbohidrato se llama glicosilación. Los carbohidratos se encuentran en forma de oligosacáridos, estos pueden unirse con varios aminoácidos diferentes por medio de dos tipos de enlaces (O-glucosídico y N-glucosídico).

Estos carbohidratos son importantes en la mediación de las interacciones de la célula con su

ambiente y también para llevar a su destino a las proteínas de la membrana hacia los respectivos compartimentos celulares. Los carbohidratos de los glucolípidos de la membrana de los eritrocitos son los que determinan el tipo sanguíneo de una persona y dependen de la cadena de azúcares corta unida por enlaces covalentes con los lípidos de membrana y proteínas de la membrana celular. Los grupos sanguíneos son A, B, AB, u O a este último se le denomina universal y carece de enzimas que puedan unirse a ningún azúcar terminal por el contrario el tipo B presenta una enzima que es capaz de agregar galactosa al final de la cadena, las personas con tipo sanguíneo A tienen una enzima que agrega una Nacetilgalactosamina a un extremo de la cadena, el tipo AB presentan las mismas enzimas que el tipo A y B.

2.

ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS •

Estructura de las membranas biológicas

Son superficies delgadas y flexibles cuya función principal es separar a la célula y a sus partes del medio que las rodea y de igual manera regular la entrada y salida de componentes o elementos celulares.Todas las membranas poseen componentes diferentes aunque tienen una composicion común , las membranas son abundantes en fosfolípidos , los cuales en medio acuoso forman una bicapa lipídica , de igual manera , la membrana contiene proteínas, que junto a los fosfolípidos son capaces de difundirse dentro de la membrana, así obteniendo propiedades de mosaico fluido. La estructura de la membrana es comprendida de manera dinámica, esto gracias al modelo de mosaico fluido , que está comprendido de una bicapa lipídica , que es complementada con una gran variedad de proteínas.

2.1.1. Mosaico Fluido Este modelo refiere que la membrana está integrada por proteínas, colesterol, ergosterol y otros tipos de moléculas insertadas en los fosfolípidos,esto permite que los mismos puedan moverse en libertad a través de la membrana a la parte opuesta de la membrana , que está a minutos cuando expuesta a la temperatura ambiente. El modelo de mosaico fluido lo que establece o más bien representa es la estructura o conformación de la bicapa lipídica dentro de la célula.

2.2 Funcionamiento de las Membranas Biológicas Las membranas celulares o biológicas cumplen con varias funciones dentro del cuerpo humano las cuales permiten el adecuado funcionamiento de la misma dentro de las cuales

están: •

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Compartimentalización, que es la función de dividir y delimitar las áreas de la célula y diferenciar el contenido de la misma , por ejemplo , el contenido citosólico y el contenido exterior celular. Proteger la célula de posibles agresiones externas. Con su permeabilidad selectiva,controlar el intercambio de moléculas, entre el interior y exterior de la célula, lo que las convierte en impermeable para los iones y para la mayoría de moléculas polares Reconocimiento y Transducción de señales externas Establecer Interacciones intracelulares o con componentes de la matriz Catalizar ciertas reacciones llevadas a cabo por las proteínas

3. COMPONENTES DE LA BICAPA LIPÍDICA La bicapa lipídica es un fluido bidimensional donde los lípidos se pueden difundir de manera libre.Esta bicapa y su fluidez depende de la composición y temperatura de la misma .Estas bicapas son impermeables a los solutos y a los iones . La bicapa lipídica está formada por: •

Fosfolípidos:conforman la estructura básica membrana, y su característica principal es que son anfipáticos , es decir, tienen regiones hidrofóbicas e hidrofílicas. Sus región hidrofílica es la parte de la cabeza, la cual está compuesta por alcohol que de él se deriva el glicerol , que luego da origen a la colina etanolamina y la serina y , también está compuesta por un grupo fosfato. Y su región hidrofóbica es su cola, está compuesta por ácidos grasos, saturados e insaturados que son de enlace simple y doble respectivamente.

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Proteínas: Son el segundo componente esencial de la bicapa lipídica, conforman el 10% de la membrana y le dan funcionalidad .Existen dos tipos de proteínas esenciales; Las proteínas integrales que se encuentran íntimamente dentro de la membrana y dan origen a las proteínas transmembrana , que forman canales iónicos que ayudan a pasar electrones y canales de agua que permiten el paso de otras sustancias; Las proteínas tipo bomba, que pasan los iones en dirección contraria a los gradientes de concentración.Igualmente están las proteínas periféricas de membrana se encuentran en las superficies exterior o interior de las membranas, unidas a las proteínas integrales o a los fosfolípidos.

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Colesterol: Da fuerza a la membrana y de igual manera limita el movimiento de la misma,uy abundante en las membranas de células animales, sirve para crear una estabilidad mecánica de la membrana orientando su grupo OH hacia la porción polar de la bicapa y la rígida estructura de sus anillos se coloca entre las cadenas de los fosfolípidos, aumentando la fluidez.

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Glucolípidos: Cadenas de ácidos grasos, cadena carbonada de la esfingosina en esfingoglucolípidos , están orientado a la parte externa de la membrana , aceptan los receptores, ayudan al transporte de sustancias y conforman el 90% de la membrana plasmática o molecular.

3.1 Funciones de la Bicapa Lipídica La función de bicapa lipídica es la de aislar y proteger a la célula, de manera que evita el paso de sustancias que no requiere o son perjudiciales. Por lo tanto podemos decir que su principal función es como barrera siendo ésta una membrana delgada que delimita a la célula.Esta capa también permite a la célula regular las concentraciones de electrolitos y del pH.

4. TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA

La estructura de mosaico fluido de las membranas biológicas les permite funcionar con permeabilidad selectiva o impermeabilidad, permitiendo que algunas sustancias pasen a través de ellas. Mediante la regulación del tráfico químico a través de su membrana permite que la célula controle su volumen y composición iónica. Es esta regulación que permite que el espacio intracelular sea diferente del espacio extracelular. El movimiento a través de la membrana puede suceder de varias manera, estas se conocen como difusión facilitada, transporte activo primario y transporte activo secundario.

Existen estructuras que facilitan este movimiento. Los sistemas de proteínas de transporte permiten que moléculas que normalmente no pueden atravesar la membrana tengan una manera para hacerlo. Los tipos de sistemas proteicos de transporte de membrana son los poros, los canales y la proteínas transportadoras. Los poros son proteínas integrales de membrana que contienen pasajes acuosos que permiten iones y moléculas pequeñas atravesar la membrana. Las acuaporinas son proteínas transmembrana de canal que permiten que agua pase a través de las membranas. Existen 13 tipos conocidos de esta familia (0-12) y no permiten el paso de iones y otras moléculas pequeñas. Ejemplos de donde se encuentran y cumplen una función crítica como los túbulos renales de los mamíferos y ayudan a prevenir la deshidratación regresando el agua de los túbulos renales a la sangre.

Los canales iónicos son proteínas transmembrana que se se ensamblan con el fin de crear uno o más pasajes llenos de agua a través de la membrana. Estos canales son diferentes de los poros en que su selectividad depende del potencial de membrana, la unión de un neurotransmisor u cualquier otro estímulo para que los iones puedan atravesar el núcleo

lipídico. El movimiento de iones es facilitado por el equilibrio electroquímico de la célula.

Los transportadores pueden ser considerados enzimas que catalizan el movimiento en lugar de una reacción bioquímica. Para que el transporte ocurra el soluto se une a un sitio dentro de la proteína transportadora a un lado de la membrana. Luego de que el soluto se une al sitio de unión ocurre un cambio en la conformación de transportador que provee un conducto a través el cual pasa el soluto al espacio intracelular.

4.1.Tipos de transporte Luego de que sabemos que tipo de proteínas que facilitan el transporte ahora es momento de describir los tipos de transporte de moléculas.

La difusión simple es el movimiento impulsado por un gradiente de concentración a través de una membrana, desde donde hay menos hasta donde hay más. En este tipo de la célula no necesita de energía (ATP) para que esta suceda. en el caso de la membrana celular las moléculas que podrán difundirse por esta deben de ser liposolubles. La difusión facilitada utiliza los gradientes de concentración electroquímicos y en esta proporcionan una vía selectiva por la cual los solutos orgánicos; como la glucosa, ácidos orgánicos y urea, para que se puedan mover a través de la membrana hacia su gradiente electroquímicos. El ejemplo más común es la familia de transportadores de glucosa GLUT.

El transporte activo primario el soluto se desplaza en contra del gradiente electroquímico. Los transportadores activos primarios son bombas que mueven solutos a través de la membrana utilizando adenosin trifosfato (ATP). El ejemplo más común es la bomba de Sodio-Potasio. + + La Bomba de Sodio-Potasio es una Na -K ATPasa que es común en todas las células y utiliza una sola molécula de ATP para transportar tres átomos de sodio fuera de la célula + + (Na ) y simultáneamente entrar dos átomos de potasio (K ). Este movimiento va en contra de sus gradientes electroquímicos.

Primero tres iones de sodio se unen a la proteína transportadora. Luego un grupo fosfato del ATP se transfiere a la proteína transportadora. La fosforilación de esta provoca un cambio en la forma de la misma lo que hace que esta libere los tres iones de sodio (Na+) fuera de la + célula. Luego dos iones de potasio (K ) se unen a la proteína transportadora, el fosfato se libera y permite que la proteína transportadora regrese a su forma original trayendo consigo

+ los dos iones de potasio (K ) que se liberan dentro de la célula. La bomba sodio potasio se encarga de mantener un volumen celular óptimo. Este sistema propicia la salida de iones sodio; por lo tanto, el ambiente extracelular adquiera cargas positivas.

El transporte activo secundario utiliza el gradiente electroquímico de un soluto para conducir el movimiento hacia arriba de otro soluto usando energía (ATP). Este transporte puede pasar de dos modos: cotransporte y contratransporte.

El cotransporte utiliza el gradiente electroquímico de un soluto para conducir el flujo de un segundo o incluso un tercer soluto en la misma dirección del primero. El cotransportador de + + Na -Cl utiliza el gradiente de concentración del sodio (Na ) para mover el cloro (Cl ) en la misma dirección.

El contratransporte utiliza el gradiente electroquímico de un soluto para conducir el flujo de + 2+ un segundo soluto en dirección opuesta. El intercambiador de sodio-calcio, Na -Ca , ayuda 2+ a mantener concentraciones de (Ca ) bajas dentro de la célula.

CONCLUSIÓN Las membranas biológicas permiten separar el interior de la célula del exterior, algunas moléculas pueden pasar con facilidad a través de la membrana y otras no. Las moléculas que forman la membrana están en constante movimiento por lo que a la membrana se la ha llamado mosaico fluido.

Tienen una estructura altamente dinámica, que además de constituir los límites celulares, desempeñan actividades metabólicas, reciben y transmiten señales del medio externo y las convierten en cambios moleculares que capacitan a las células responder a dichas señales, e interaccionar con el medio que las rodea.Un estado de fluidez, de movilidad y traslación de una membrana puede estar sujeto a la concentración y tipo de lípidos que la conformen, la interacción de las proteínas integrales, con las periféricas y la temperatura. El transporte de sustancias implica un movimiento de moléculas de una zona de gran concentración a otro con menor concentración y viceversa . El transporte celular puede darse de manera pasiva (mediante ósmosis, difusión o difusión facilitada) o activa (mediante + exocitosis, Bomba de Na - Cl o endocitosis que a su vez se divide en Pinocitosis y en fagocitosis). La membrana constituye uno de los elementos más importantes de la célula ya que facilita la especialización de la misma, separa a los dos ambientes (intracelular y extracelular), protegiendo uno de otro, y subsecuentemente ayudando a mantener un equilibrio entre ambos que propicia la vida, en sentido general.

BIBLIOGRAFÍA

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