BIOMEMBRANAS: Membrana plasmática

1. Estructura de las biomembranas. Estructura y propiedades de la

bicapa lipídica. Estructura, composición y propiedades de la

membrana plasmática

2. Modelos de membrana, mosaico fluido.

3. Funciones de la membrana plasmática.

4. La matriz extracelular o glicocalix de células animales

5. La pared celular. Estructura, composición y función. No formación

ESTRUCTURA DE LAS BIOMEMBRANAS

1. Estructura de las biomembranas

La membrana plasmática es una barrera que limita la célula, la

separa de su entorno pero también la comunica, regulando el

transporte de sustancias entre la célula y el exterior, de

manera que ejerce una importante función en el intercambio

de sustancias. También tiene otras funciones importantes,

que veremos.

Además de la membrana plasmática, todos los orgánulos membranosos de la célula están

formados por biomembranas semejantes a aquella y que al MET aparecen con estructura

trilaminar: dos bandas oscuras separadas por una clara que llamamos unidad de membrana o

M. unitaria.

Tiene un espesor de 7,5 nm o 75 Aº y está compuesta, básicamente, por una bicapa lipídica

y proteínas. Un 40% son lípidos (fosfolípidos , glucolípidos, esteroles ) y un

60% proteínas (integrales y periféricas ).

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LA BICAPA LIPÍDICA.

(recordar fosfolípidos-el carácter anfipático que les hace muy apropiados para formar membranas, etc). http://www.youtube.com/watch?v=rmANPjbufrY&feature=related membrana celular

2- ESTRUCTURA, COMPOSICIÓN Y PROPIEDADES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

Componentes de la membrana:

Como hemos dicho, en la membrana encontramos PROTEÍNAS Y LÍPIDOS. Dado que una

parte de ellos son glucolípidos y glucoproteínas, aparece un componente glucídico con

propiedades importantes.

1- LOS LÍPIDOS DE MEMBRANA 1.1 Fosfolípidos – Son los lípidos más abundantes de la membrana y son moléculas

anfipáticas. Presentan una zona hidrófila y (cabeza polar de la glicerina) y una zona

hidrófoba (cola apolar de los ácidos grasos). Forman la bicapa fosfolipídica ya que

el exterior y el interior de la célula son disoluciones acuosas, presentando los

extremos hidrófilos orientados hacia el exterior y las cadenas hidrófobas

enfrentadas y dirigidas hacia el interior.

La fluidez de la membrana está

influida por:

- la temperatura (temperaturas

más altas hacen que la membrana

sea más fluida) y por

-las características de los ácidos

grasos. Si son insaturados y si son

de cadena corta, la membrana es

más fluida porque tienen mayor

capacidad de rotación y flexión, que

veremos ahora.

Los fosfolípidos presentan movimientos dentro de las

membranas plasmáticas: laterales, de flexión de las colas

hidrófobas, rotación y flip-flop o paso de una monocapa a

la otra (flipasas). Debido a esta capacidad de movimiento de

moléculas, dentro de las membranas (que también se da en

las proteínas), se dice que la membrana es DINÁMICA.

1.2- Glucolípidos- Son lípidos muy semejantes a los

anteriores pero poseen una parte glucídica que se compone

de pequeñas cadenas laterales de oligosacáridos. En las

células animales son derivados de esfingolípidos.

Se encuentran en la cara externa de la membrana plasmática, lo que hace que la membrana tenga distinta

estructura a un lado y al otro. Debido a esto, que también

ocurre con algunas proteínas, se dice que la membrana es

ASIMÉTRICA.

Estas moléculas están relacionados con el reconocimiento

celular (ver glucocálix).

1.3- Esteroles – Son otro grupo de lípidos que aparecen en las

membranas. En las células animales, el más abundante es el colesterol . En las células vegetales hay fitoesteroles.

Los esteroles se unen por enlaces débiles a los fosfolípidos y son

moléculas rígidas que dan estabilidad a la membrana: conservan

la estructura de la bicapa, manteniendo su flexibilidad y

dinamismo.

Podemos reconocer la estructura del esterano en esta molécula. Los fosfolípidos confieren fluidez a la membrana, mientras que el colesterol le proporciona estabilidad.

Parte glucídica

GLUCOLÍPIDO

Son los principales componentes lipídicos de

las membranas y le dan fluidez.

2- LAS PROTEÍNAS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

Un 60% de la membrana son PROTEÍNAS. Según su colocación en la membrana distinguimos:

2.1- Integrales: las que están

inmersas en la bicapa lipídica y que

pueden ser:

-Transmembranales- son las

que atraviesan toda la membrana

debido a que poseen regiones

hidrófobas que se sitúan hacia el

interior e hidrófilas, hacia el

exterior. Sólo se separan de la

membrana si ésta se destruye (con

detergentes neutros, por ejemplo).

-Parcialmente integradas- se

encuentran en la cara externa y

llevan glúcidos unidos a ellas

covalentemente. Se trata por tanto de glucoproteínas que originan la asimetría de la

membrana que hemos mencionado.

2.2-Perifericas- Son proteínas que no penetran en la bicapa porque no tienen zona hidrófoba

que les permita hacerlo. Se unen a la membrana por enlace iónico y se separan con facilidad.

Aparecen, sobre todo, en la cara interna (asimetría).

Las proteínas de la membrana pueden desplazarse lateralmente, tienen movilidad, al igual que

los lípidos.

3- LOS GLÚCIDOS DE LA MEMBRANA: EL GLICOCÁLIX

Las partes glucídicas de glucolípidos y glucoproteínas son

oligosacáridos que se encuentran en la cara externa de la

membrana formando una matriz extracelular o estructura

fibrosa que une las células, llamada glicocálix.

No se encuentra en las membranas de los orgánulos celulares y

a veces tiene mayor grosor que toda la membrana. Funciones:

-Soporte- mantiene la forma de las células y la estructura

del tejido. Suele formar la sustancia intercelular.

-Es importante en el reconocimiento celular: reconocimiento

entre óvulo y espermatozoide en la fecundación. Es

responsable de la identidad celular.

-Tiene propiedades inmunitarias como la identificación de

antígenos

Está muy desarrollado en células epiteliales y del conjuntivo.

Es una estructura que no se encuentra en las células vegetales (no le llamamos orgánulo).

Parte glucídica de

CARACTERÍSTICAS O PROPIEDADES DE LA MEMBRANA:

Carácter dinámico- La membrana tiene

mucha FLUIDEZ Y MOVILIDAD debido a que los

lípidos y las proteina pueden desplazarse

lateralmente por ella. No es estática.

Asimetría- La composición de los lípidos y

proteínas es diferente en sus dos caras, externa

e interna.

Permeabilidad selectiva- No es una barrera

pasiva sino muy activa y consume mucha energía

(veremos)

MODELOS DE MEMBRANA

1- Modelo de Davson y Danielli (modelo de sándwich), según el cual la bicapa lipídica

estaría recubierta por proteínas en una estructura rígida, sin movilidad, formando poros.

2- Modelo de Singer y Nicholson, (modelo del mosaico fluido), según el cual la membrana

es una estructura fluida, no rígida, que permite el movimiento de las proteínas. Es la teoría

que hoy día se acepta y que hemos explicado.

ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

Las funciones derivadas de la presencia de la bicapa lipídica son:

1- Mantener separados el medio interno y externo

2- Realizar los procesos de endocitosis y exocitosis

Las funciones que derivan de las proteínas son:

Regular la entrada y salida de moléculas- La membrana es una barrera selectiva.

Mantiene la estructura del tejido, protegiendo a la célula de lesiones

Une las células gracias a estructuras protéicas.

Posibilita el reconocimiento y comunicación celular. Recibe señales químicas y

mensajeros del medio externo, los reconoce y responde a ellos.

GRUPOS SANGUÍNEOS

Las diferencias entre los grupos sanguíneos se

hallan determinadas por ciertos oligosacáridos

muy cortos, presentes en las membranas

plasmáticas de los glóbulos rojos o

eritrocitos. Estos oligosacáridos sólo difieren

en sus monómeros terminales y están ligados a

una proteína transmembranal o a una ceramida

de la membrana plasmática. Por ejemplo, los

eritrocitos pertenecientes al grupo sanguíneo

A, presentan como monosacárido terminal una

N-acetilgalactosamina y los del grupo B una

galactosa. Cuando ambos monosacáridos

terminales están ausentes estamos en

presencia del grupo 0.

Grupos sanguíneos

TRANSPORTE DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA

Las células requieren nutrientes del exterior y deben eliminar sustancias de desecho

procedentes del metabolismo y mantener su medio interno estable. La membrana es

semipermeable pero presenta una permeabilidad selectiva, ya que permite el paso de

pequeñas moléculas, siempre que sean lipófilas, pero regula el paso de no lipófilas. La

membrana presenta gran facilidad de penetración para sustancias liposolubles.

Abordaremos dos casos: El paso de sustancias disueltas y el de grandes partículas

A-EL PASO DE SUSTANCIAS DISUELTAS puede ser de dos tipos, según se consuma o no

energía: Pasivo si no consume ATP y activo si consume energía.

1- EL TRANSPORTE PASIVO: Es un proceso de difusión de sustancias a través de la

membrana que se produce siempre con dos características:

- Se da a favor del gradiente,

es decir, de donde hay más

concentración hacia el medio

donde hay menos.

- No hay gasto de energía.

Mediante transporte pasivo

entran en la célula O2, CO2, agua,

sales, monosacáridos, ac. Grasos,

glicerina y aminoácidos.

Dentro de éste se dan otros dos tipos:

1.1- Difusión simple- Es el paso de pequeñas moléculas y lípidos a favor del gradiente; puede

realizarse a través de la bicapa lipídica o a través de canales proteicos.

-Difusión de gases como el oxígeno, el nitrógeno atmosférico y el CO2

-Moléculas lipídicas como las hormonas esteroideas, fármacos liposolubles....

Algunas moléculas polares de

muy pequeño tamaño, como el

agua, el etanol y la glicerina,

también atraviesan la

membrana por difusión

simple. (recordamos que la

difusión del agua recibe el

nombre de ósmosis).

1.2- Difusión simple a través de canales (2).

Es utilizado por moléculas polares pequeñas

como los iones (sodio Na+, potasio K+, calcio Ca2-)

Se realiza mediante las denominadas proteínas

de canal que tienen un orificio o canal interno.

Los iones tienen carga eléctrica, y se necesita

en la membrana una proteína que le sirva de

pasaje. La proteína es un canal, y tiene una

puerta que se puede abrir o cerrar para

permitir el paso. Estos canales no son

específicos, es decir que iones pequeños con la

misma carga pueden entrar. Es a favor de

gradiente y no hay gasto de energía.

1.3- Transporte pasivo facilitado (difusión facilitada). Las

moléculas polares o hidrófilas (glúcidos, aminoácidos...) no

pueden atravesar la doble capa lipídica por difusión a favor

del gradiente de concentración. Requieren que proteínas

trasmembranosas faciliten su paso. Éstas son llamadas

permeasas y actúan como "barcas" para que estas

sustancias puedan salvar el obstáculo que supone la doble

capa lipídica. Las permeasas, all unirse a la molécula a

transportar sufren un cambio en su estructura que arrastra

a dicha molécula hacia el interior de la célula.

Este tipo de transporte tampoco requiere un consumo de

energía, pues se realiza a favor de gradiente.

2-TRANSPORTE ACTIVO Características:

1- Se da en contra gradiente (de concentracióno o eléctrico).

2- Se da mediante proteinas transportadoras específicas instaladas en la membrana.

3- Se da con gasto de energía (ATP).

Se transportan, además de pequeñas partículas, moléculas orgánicas de mayor tamaño.

Son ejemplos de transporte activo la bomba de Na/K, y la bomba de Ca.

1-Difusión 2-poro 3-dif. Facilitada 4-Transp.activo. En todos ellos, se distingue uniporte

cuando se transporta una sola sustancia y cotransporte cuando son dos simultáneamente, pudiendo darse

sinporte o antiporte si el transporte es en el mismo sentido o en sentido contrario. 1-

LA BOMBA DE NA+/K+ se encarga de mantener el equilibrio de iones en la membrana, pues

el sodio Na+ trata de entrar a la célula a favor de gradiente y el potasio K+ de salir.

Hay que evitar esto en todas las células pues es necesario mantener una gran diferencia,

contra gradiente de estos iones. La bomba de Na+/K+ es encarga de ello y requiere una

proteína transmembranosa que bombea Na+ hacia el exterior de la membrana y K+ hacia

el interior.

Esta proteína actúa contra el gradiente gracias a su actividad como ATP-asa, ya que rompe el

ATP para obtener la energía necesaria para el transporte. En el lado interno de la célula, la

proteína se une al sodio Na+ y, la misma proteína, en el lado externo de la célula, se une al

potasio K+. A la bomba se la llama sodio potasio ATPasa

La proteína, al unirse al sodio Na+ del lado interno y al potasio K+ del lado externo, cambia su

forma, dejando al sodio Na+ en el lado externo, y dejando al potasio K+ en el lado interno. Es

decir que saca al sodio Na+ y mete el potasio K+. Se satura la bomba si hay exceso, trabaja a

velocidad máxima. Todas las células del cuerpo tienen esta bomba de sodio potasio, y

mantienen un gradiente. Este sistema se denomina contratransporte porque una sustancia

entra mientras la otra sustancia sale.

COTRANSPORTE: Por este mecanismo, se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia

el interior, con la hidrólisis acoplada de ATP. El transporte activo de Na+ y K+

tiene una gran importancia

fisiológica. De hecho todas las células

animales gastan más del 30% del ATP

que producen ( y las células nerviosas

más del 70%) para bombear estos.

Un tipo de sinporte (activo) es el caso del transporte de glucosa en el intestino.

Es igual que el anterior pero la proteína transportadora transporta una molécula en contra

de gradiente (glucosa) y otra a favor(sodio), acopladas.

Difusión simple o

tendencia a favor de gradiente

B-TRANSPORTE DE GRANDES PARTÍCULAS:

Las macromoléculas o partículas de mayor tamaño penetran en la célula mediante procesos de

ENDOCITOSIS. El proceso opuesto o salida de estas grandes partículas se llama

EXOCITOSIS. Ambos procesos suponen un tránsito de sustancias envueltas en una membrana

que forma vesículas. Se trata de un mecanismo que sólo es utilizado por algunos tipos de

células, por ejemplo: amebas, macrófagos o las células del epitelio intestinal.

I) ENDOCITOSIS o entrada de grandes partículas que entran en la célula envueltas en vesículas

formadas a partir de la membrana plasmática. Distinguiremos dos tipos de endocitosis: la

fagocitosis y la pinocitosis

a-Fagocitosis: Se llama así cuando son

partículas sólidas (bacterias, restos celulares)

y se da por medio de seudópodos - grandes

evaginaciones de la membrana plasmática- que

envuelven a la partícula. Son un especie de

deformaciones de la membrana y la partícula

pasa al citoplasma de la célula en forma de

vacuola fagocítica. Este tipo de transporte

puede ser de gran importancia en ciertas

células, como por

ejemplo, en los

macrófagos y en las

amebas. Las amebas

son protozoos que se

alimentan por fagocitosis

b-Pinocitosis. Es la ingestión de

sustancias disueltas en forma de

pequeñas gotitas líquidas que atraviesan

la membrana al invaginarse ésta. Se

forman así pequeñas vacuolas llamadas

vacuolas pinocíticas que pueden reunirse

formando vacuolas mayores

II- EXOCITOSIS: Consiste en la 1.secreción o 2.excreción de sustancias por medio de

vacuolas, vesículas de exocitosis, que se fusionan con la membrana plasmática abriéndose al

exterior y expulsando su contenido. Las vacuolas provienen de los sistemas de membranas o

de la endocitosis. La membrana de la vacuola queda incluida en la membrana plasmática . En

todos los mecanismos de endocitosis hay una disminución de la membrana plasmática al

introducirse ésta en el citoplasma. Esta disminución es compensada por la formación de

membranas por exocitosis. La membrana plasmática está en estas células en un continuo

proceso de renovación. En un macrófago, toda su membrana es ingerida en 30 min.