Membranas 1

Karen: 8825198, [email protected] Membranas biológicas

Jaime Fornaguera Trías

Las membranas biológicas se convierten en esenciales para los seres vivos ya que definen a una célula como unidad y estructura básica de la vida si no fuera por estas no sería posible. Además gracias a ellas se determina la estructura básica de los diferentes tejidos. Otra de las características de las membranas es que permite la compartimentalización lo cual significa que separa a las células tanto unas de otras, como las organelas dentro de cada una de ellas. Esto es muy importante para darle protección (inclusive de ella misma), especialización y sobre todo aumentar la eficiencia a la célula porque nos permite separar ciertos procesos biológicos. Habla otro rato sobre compartimentalización y eficiencia pero en si dice lo mismo, pone como ejemplo la revolución industrial donde para lograr mas eficiencia se separaron funciones.

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Otra función muy importante es la de mantener el ambiente intracelular, como por ejemplo las membranas regulan la entrada o salida de iones que son muy importantes para la vida ya que sin ellos o con un desequilibrio de ellos, la célula muere. En el sistema nervioso y muscular las membranas son las que permiten la excitabilidad, gracias a las diferencias de potenciales que se generan gracias a ellas y es lo que permite dichos impulsos. Otra función proteger; los medios, si las organelas están compartimentalizadas se mantiene un medio dentro de cada organela para cumplir su función sin afectar a las otras, como los lisosomas que tienen pH mas ácido que el resto de la célula. Adhesión, entre una y otra célula, es decir los tejidos se forman por la unión de las células por ciertas señales que dan las moléculas de adhesión que se encuentran asociadas a la membrana. Reconocimiento = receptores (no todas las células tienen los mismos receptores dependen de la función y de las condiciones del medio, es por esto que hay tantos efectos secundarios por algunas drogas o no funcionan en algunos tejidos). Transporte. Transducción de señales: barrera semipermeable pero que también tiene receptores, prots que permiten la transducción de señales.

Existen diferentes membranas sin embargo todas ellas comparten ciertas características en su estructura: lípidos (glicerofosfolípidos, esfingolípidos y colesterol), prots, carbohidratos pero solo en la parte externa de la célula (algunas no tienen COH).

La membrana esta compuesta de una bícapa de fosfolípidos, lo cual es muy importante porque permite que esta tenga tanto una parte hidrofóbica (en el centro entre el 78 y 80% de la membrana por lo tanto facilita el paso de sustancias liposolubles) e hidrofílicas en los extremos lo cual les permite interactuar tanto con el medio intra como extracelular. ¿Xq evolutivamente se escogió una doble capa? Por estabilidad ya que las cabezas polares están dirigidas hacia medios hidrofílicos y esta estructura les permite estar ahí. Todos los lípidos de las membranas son anfipáticos sino le quitarían estabilidad, osea que tienen un comportamiento hidrofóbico e hidrofílico al mismo tiempo. Fosfolípido típico como la lecitina (fosfaditilcolina): cabeza polar del grupo fosfato y su esqueleto con los dos brazos de ácidos grasos los cuales pueden tener longitud variable de un fosfolípido a otro.

También es importante que pueden ser saturados como en los ejemplos anteriores o insaturados ya sea en una cola o en ambas. Estas diferencias son para darle variaciones estructurales y funcionales a la membrana. Los lípidos más frecuentes en las membranas son los glicerofosfolípidos que además de los ácidos grasos y el esqueleto de glicerol tienen un fosfato. Los otros lípidos de membrana que también son abundantes son los esfingolípidos que a diferencia de los glicerofosfolípidos tienen esfingosina en lugar de glicerol, existen esfingolípidos que tienen fosfato y se les llamaría esfingofosfolípidos, pero también hay otros que en lugar de fosfato tienen un azúcar que es lo que les da la polaridad y se les llama glicolípidos; y los azucares más frecuentes son: glucosa, manosa, fructosa. El otro es el colesterol que tiene una pequeña cabeza polar que le permite unirse a los glicerofosfolípidos y los esfingolípidos en la membrana.

Los principales ácidos grasos que se encuentran en los fosfolípidos son los cuales aparecen en la figura de abajo, generalmente de 14 a 20 C, esto no quiere decir que no existan más pequeños (8) o más grandes (24). Pueden ser saturados o insaturados.

El tipo de lípidos que posea una membrana va a ser lo responsable de modelar como será la célula y hacer las diferencias entre cada tipo de células, obviamente las prots van a influir un poco pero lo esencial es cuales ácidos grasos están componiendo los lípidos de la membrana.

Luego habla un poco sobre la historia de la bícapa lipídica y del modelo del sándwich pero no creo que sea muy importante. Todas las membranas son mosaicos, o sea que no son estructuras uniformes, además de esto y lo más importante es que son fluidas (tienen movimiento sus elementos). Las diferentes membranas tienen diferente composición de cada uno de sus elementos y todo esto va a estar determinado por su función. Como se muestra en los gráficos de abajo.

Hace una relación de cada uno de los compuestos cuales son los más abundantes en cada una de las membranas, explica la diferencia de la concentración de colesterol de la membrana plasmática con la membrana interna de la mitocondria y explica que es mucho mayor en la plasmática porque necesita más estabilidad y mayor protección ya que esta tiene que enfrentarse a las condiciones del medio en cambio la membrana interna de la mitocondria esta mucho más protegida por otras membranas. Además diferentes células tienen diferente composición de las moléculas que se encuentran en las membranas (lípidos y prots). Da el ejemplo de la membrana interna de la mitocondria donde es mucho mayor la proporción de prots y otra vez podemos relacionarlo con lo de estructura – función ya que es aquí donde se da lo de la cadena respiratoria.

Prots No todas las prots de membrana son anfipáticas por lo tanto para que aquellas que no tienen este carácter de tener una parte polar y otra no polar puedan sobrevivir o seguir formando parte de la membrana tienen que actuar como prots periféricas en el caso de ser hidrofílicas para mantenerse estables. De acuerdo con donde estén localizadas las prots podemos decir si son o no anfipáticas. El otro tipo de prots que existe son las integrales que se dividen en dos: integrales y transmembrana. Las primeras están dentro de la membrana pero no la atraviesan del todo a diferencia de las transmembrana que si pasan por la membrana de lado a lado. Ambos tipos de prots integrales tienen que ser anfipáticas para poder atravesar tanto las cabezas polares como las colas no polares. Ejemplos de prots transmembrana son los canales iónicos y de integrales integrales como las prots G. La extracción y el aislamiento de prots de membrana es bastante complicado sobre todo si son transmembrana, es difícil extraerla sin que se rompa la prot. Habla mucho de lo mismo de que aun hoy en dia a pesar de que se identifican las prots por marcaje es muy difícil conocer su estructura primaria por esta dificultad que existe para aislarlas. Sin embargo las prots periféricas son mucho más fácil de separar pero las otras siempre o están contaminadas por un lípido o están rotas. Algunas prots que parecen ser periféricas en ocasiones tienen algún componente transmembrana también entonces hay que tener cuidado. Estas prots que están asociadas con las cabezas polares algunas veces también se internalizan con parte de ácidos grasos

para poder anclarse mejor y eso les permite quedarse más tiempo ahí. Pero a pesar de esto siguen siendo periféricas, como las que aparecen en la figura de abajo.

Tipos de prots integrales. Tipo I: estas prots tienen el extremo amino en la parte de afuera y el extremo carboxilo en la parte de adentro, con un solo dominio transmembrana. Tipo II: igual que las anteriores solo poseen un dominio transmembrana pero se diferencian en que estas tienen el extremo amino en la parte de adentro y el carboxilo afuera. Nota: las prots en algunas ocasiones dependiendo del número de subunidades que posean pueden tener más de un extremo amino Terminal y carboxilo Terminal. Tipo III: tiene más de un dominio transmembrana, pero una única subunidad peptídica, ya que solo posee un extremo amino terminal y uno carboxilo terminal. Tipo IV: varias subunidades, cada una puede tener varios dominios transmembrana en este tipo es una sola proteína funcional pero que posee varias subunidades; o sea este tipo de prots son las que poseen estructura cuaternaria. Como el receptor nicotínico de Ach que tiene 5 subunidades y cada una de ellas con 4 dominios transmembrana, Tipo V: este tipo es el que es integral pero no transmembrana, una porción esta asociada a los lípidos pero no atraviesan las dos capas, es cierto que la mayoria de estas se encuentran por dentro aunque también existen por fuera. Las prots G son un buen ejemplo para este tipo. Tipo VI: es poco frecuente, una sola subunidad es un dominio transmembrana pero además otra parte de la prot se forma como algo integral integral.

Esta imagen muestra un canal de sodio y es importante aprender a reconocerlos, todos los canales tienen muchas alfa hélices ya que estas son más fáciles de meter en ambientes hidrofóbicos y además para permitir el paso de los iones a través de ellos.

Los carbohidratos generalmente se encuentran en la capa externa de la membrana, sin embargo también se han encontrado carbohidratos en el lumen del retículo endoplásmico asociados con la membrana pero esto es porque en realidad esta parte es equivalente a la parte externa y lo que da hacia el citoplasma es la parte interna, por lo tanto se puede decir que los carbohidratos presentan cierta simetría puesto que siempre se encuentran en la parte externa de las membranas biológicas. En general las organelas tienen muy poco o nada de carbohidratos y esta relación se puede observar en la figura de abajo, obviamente esto esta determinado también por la función de cada una de las membranas.

Luego vamos a hacer una comparación de la composición de la mielina y el hepatocito de acuerdo a su función: en el caso de la mielina esta posee una proporción bastante mayor de lípidos debido a que actúa como un aislante para acelerar los impulsos nerviosos y como protección secundariamente. Pero en cambio el hepatocito tiene muchas prots porque cumple un montón de funciones metabólicas y para esto es necesaria la presencia de diferentes prots.

Lo que siempre es cierto es que las prots van a estar rodeadas de una gran cantidad de lípidos para poder meterse dentro de la estructura. No podemos confundir las proporción de masa de las prots y lípidos con lo que es el número de moléculas ya que obviamente debido a la diferencia de tamaño entre una prot y un fosfolípido, siempre por cada prot que haya en la membrana van a existir un montón de fosfolípidos. Características de las membranas Todas las membranas biológicas comparten ciertas características que son: asimetría, fluidez. Fluidez: se refiere a esa capacidad dinámica que tienen las moléculas dentro de la membrana, ahora estoy aquí mas tarde estoy en otro lugar, pero no todas las moléculas de una membrana tienen la misma movilidad, ni tampoco tienen la misma movilidad todas las regiones de una misma membrana. Cada molécula dependiendo de sus vecinos, de su tamaño y de su composición química tendrán mayor o menor posibilidad de desplazarse, por lo tanto existirán regiones dentro de la misma membrana de la misma célula que serán más o menos fluidas. La membrana no tiene una composición uniforme sino que esta como en parches dependiendo de la especialización de cada una de las regiones dentro de la misma célula. Entonces dentro de la misma célula la diferente composición de la membrana se asocia con diferentes prots intracelulares, por lo tanto basándose en esto se puede predecir que es lo que esta sucediendo en cada una de esas regiones de la célula. Luego habla un poco de la polaridad de lípidos y de prots en las células epiteliales que los hacen colocarse ya sea en regiones apicales o basales pero no creo que sea muy importante. Los lípidos se desplazan más que las prots. Existe una temperatura llamada de transición que es la temperatura a la cual se pasa de un estado gel o un estado sol que es más fluido, esta temperatura es muy importante porque se utiliza para medir el grado de fluidez de determinadas membranas, entre mayor sea esta temperatura quiere decir que es menor la fluidez de esta membrana.

No todas las prots se mueven en la misma proporción dentro de la membrana esto va a depender de la estructura y de los fosfolípidos que la rodean como se muestra en la figura de al lado: la 1 nunca se mueve en el mismo tiempo que la 2 se desplaza mucho.

Existen varios elementos en los lípidos que pueden alterar la fluidez de esos lípidos: presencia de instauraciones, longitud de la cadena de los ácidos grasos y la presencia o ausencia de colesterol. La longitud de la cadena de los ácidos grasos afecta ya que entre mayor sea la longitud menor va a ser la fluidez ya que aumentan las interacciones entre estas cadenas y sus vecinos como las interacciones hidrofóbicas y los puentes de H.

Instauraciones: a mayor número de instauraciones mayor fluidez en las membranas debido a que esas instauraciones producen un quiebre en la molécula que le impide interactuar con sus vecinos de la misma forma que si estas fueran lineales.

Presencia de colesterol: el colesterol normalmente al aumentar su concentración hace que se disminuya la fluidez, ya que este al ser una molécula tan grande se vuelve muy rígida. Sin embargo algunos libros hablan de que si se sobrepasa cierta concentración de colesterol más bien aumenta la fluidez esto debido a que si hay mucha concentración de este permite que queden muchas moléculas de colesterol juntas las cuales van a realizar muchas interacciones que harán que los colesterol se disuelvan entre ellos y aumente la fluidez. Sin embargo dijo el profe que a el lo que le interesa es lo corriente a mayor colesterol menor fluidez. Movimientos que se dan en la membrana Difusión lateral: el movimiento que se da de un fosfolípido o de una prot es en una sola capa ya sea la externa o interna pero nunca hay un traslape de capas.

Flip-flop: este también se da en lípidos y prots y consiste en que el lípido pasa de una capa a la otra, este movimiento es menos frecuente y bastante más lento que la difusión lateral ya que tiene mucho impedimento termodinámico. Hay una discusión entre científicos que creen que este movimiento se puede dar sin la necesidad de enzimas y otros que creen que son necesarias las enzimas flipasas para que se lleve a cabo ya que según estos es muy difícil que la cabeza polar pase por toda la región no polar. Flipasas: pasan un lípido del exterior al interior. Flopasas: pasan del interior al exterior. Escramblasas: pueden pasar los lípidos en las dos direcciones.

Como ya mencionamos las prots también se mueven y obviamente es mayor en las integrales que las transmembrana debido a su tamaño y a que muchas veces (no siempre) estas están unidas a las prots del citoesqueleto que las mantienen ancladas o a la matriz extracelular.

Asimetría: es una diferencia entre los componentes de la membrana, pero tomando como relación la capa externa y capa interna, para demostrar esta asimetría es necesario tomar un eje de referencia que va a ser el espacio entre las dos regiones hidrofóbicas. O sea asimetría es que lo que tenemos afuera no sea exactamente igual a lo que tenemos en la capa de adentro como se ilustra en esta figura: Como se ve hay una menos asimetría en el ER que la PM.

Aquí otra forma de ejemplificar la asimetría con proporciones de los lípidos en las membranas.

Las proteínas también son asimétricas no solo en sus disposición sino también en la función de una misma prot., aunque una prot este en ambas capas de la membrana su función en cada una va a ser diferente. Al inicio está mi correo y cel. Es que yo no estoy en la lista que enviaron por correo, entonces si hice mucho enrredo y no entienden algo nada más me llaman no hay problema.