Membrana plasmática

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Membrana plasmática.

4.1 Estructura y función.

¿Qué es? Es una estructura de 5 a 10nm que delimita la celula y la separa del medio externo.

Tiene 7 funciones.

Compartimentalización.

Andamiaje para actividades bioquímicas.

Barrera de permeabilidad selectiva

Transporte de solutos.

Respuesta a señales externas.

Interacción celular.

transducción de energía.

1) Rodea el contenido de toda la celula, esto permite la presencia de actividades especializadas y la regulación dependiente de las actividades celulares.

2) Las membranas, aparte de rodear compartimentos, también son un compartimento en sí mismas. Mientras haya reactivos en una solución es imposible estabilizar sis posiciones relativas y las interacciones dependen de colisiones aleatorias. Las membranas proporcionan un marco dentro del cual los componentes se ordena para su interacción efectiva.

3) La membrana representa un medio de comunicación entre las moleculas de un lado a otro y de los mismos compartimentos que la separan.

4) Maquinaria para transporte de solutos de una parte de la membrana a otra. De una región de baja concentración de un soluto específico a una de alta concentración. Permite que la célula acumule sustancias necesarias para para alimentar su metabolismo.

5) Transducción de señal: Respuesta a estímulos externos. Diferentes tipos de células cuentan con distintos receptores en su membrana. Ligando se una a un receptor de membrana

6) La membrana permite que las células se reconozcan y se envíen señales unas a otras.

7) Las membranas participan en convertir un tipo de energía a otro.

4.2 Historia de los estudios sobre la estructura de la membrana plasmática.

•Durante la década de 1890 Ernest Overton tuvo las primeras nociones sobre la naturaleza química de la capa limitante externa. Concluyó que el poder de disolución de la capa limitante externa de la célula se equiparaba al de un aceite graso.

•En 1925 E. Gorter y F. Grendel propusieron por primera vez que las membranas celulares podrían contener una bicapa lipídica.

•En 1935 Hugh Davson y James Danielli propusieron que la membrana plasmática estaba compuesta por una bicapa lipídica recubierta en sus dos superficies por una capa de proteínas globulares.

•En 1972 Jonathan Singer y Garth Nicolson propusieron “el modelo de mosaico fluido”, que ha servido como dogma central de la biología de membrana durante más de 30 años, la bicapa lipídica se mantiene como el centro de la membrana, pero la atención se enfoca en el estado físico del lípido.

4.3 Composición química de las membranas.

Las membranas son ensambles de lípidos y proteínas, sus componentes se mantienen juntos en una hoja delgada de enlaces no covalentes.

El centro de la membrana consiste en una hoja de lípidos. La bicapa lipídica sirve como columna estructural para la membrana y establece la barrera que impide el desplazamiento aleatorio de de materiales hidrosolubles.

Existen 3 tipos principales de lípidos de membrana los cuales son:

Fosfoglicéridos:

Estos lípidos tienen un grupo fosfato y están formados sobre una columna de glicerol.

Los que se encuentran en la membrana son diglicéridos.

En raros casos en el grupo fosfato se une un grupo adicional.

Esfingolípidos:

Son menos abundantes que los fosfoglicéridos.

Consisten en una esfingosina unida con un ácido graso(ceramida).

Ceramida+carbohidrato= Glucolípido

Carbohidrato(monosacárido)=cerebrósidos

Carbohidrato(oligosacárido)=gangliósidos

Ceramida+fosfocolina=Esfingomielina

Colesterol:

Estos están orientados de tal manera que tienen su grupo hidrofílico hacia fuera y el resto de la molécula se encuentra sepultada en la bicapa lipídica.

4.4 Estructura y funciones de las proteínas de membrana

•Cada proteína de membrana tiene una orientación definida en relación con el citoplasma, por lo que las propiedades de una y otra superficie de la membrana difieren mucho. Esa asimetría se conoce como “lateralidad”.

•Las proteínas de membrana pueden agruparse en tres clases distintas caracterizadas por la intimidad de su relación con la bicapa lipídica.

Proteínas integrales

Proteínas periféricas

Proteínas ancladas al lípido

1) •Penetran la bicapa lipÍdica, son proteínas trasmembrana, o sea que cruzan por completo la bicapa lipÍdica por lo que tienen dominios que sobresalen por los lados extracelular y citoplásmico de la membrana.

•Funcionan como receptores que se unen con una sustancia especifica en la superficie de la membrana.

•Conductos o transportadores que participan en el desplazamiento de iones y solutos a través de la membrana.

•Agentes que transfieren electrones durante los procesos de fotosíntesis y respiración.

ESTUDIO DE LA ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LAS PROTEINAS INTEGRALES Y DE LA MEMBRANA

•Por sus dominios hidrófobos transmembrana, las proteínas integrales son difíciles de aislar en una forma soluble.

•Los segmentos de la proteína incluidos dentro de la membrana, que se describen como DOMINIOS TRANSMEMBRANA, tienen una estructura sencilla y consisten en una cadena con cerca de 20 aminoácidos de predominio no polar que cruzan el centro de la bicapa lipídica en forma de una hélice.

•De los 20 aminoácidos que conforman la hélice de un monómero de glucoforina, todos salvo tres tienen cadenas laterales hidrófobas

•Al conocer la secuencia de aminoácidos de una proteína integral de la membrana, casi siempre es posible identificar los segmentos transmembrana mediante una gráfica de hidropatía, en la que se asigna un valor a cada sitio de un polipeptido que representa una medida de la hidrofobia del aminoácido en ese sitio.

•La hidrofobia de los aminoácidos puede determinarse con varios criterios, como su solubilidad en lípidos o la energía necesaria para transferirlos de un medio lipídico a uno acuoso.

2) •Se sitúan completas fuera de la bicapa lipídica ya sea en el lado citoplásmico o en el extracelular, aunque se relacionan con la superficie de la membrana mediante enlaces no covalentes.

• Por lo general, las proteinas perifericas tienen una relación dinámica con la membrana: Se atraen o se liberan de ella según las condiciones prevalentes.

3) •Se localizan fuera de la bicapa lipídica ya sea en la superficie extracelular o en el lado o en la citoplásmica, pero tienen enlaces covalentes con una molécula de lípido que se encuentra dentro de la bicapa.

4.5 Lípidos de membrana y fluidez de membrana

Esta permite que haya interacciones con otras células y que dentro de la membrana se acoplen las proteínas y se formen estructuras especializadas

Al haber frio los enlaces de la membrana se insaturen. Menor temperatura, mayor insaturación.

•Si la temperatura se reduce lentamente, se llega un punto en el cual la bicapa cambia. (Temperatura de Transición).

- El lípido pasa de una fase cristalina líquida a in gel cristalino congelado, en el cual los movimientos de las cadenas de ácido graso están limitados.

Gracias a la fluidez de la membrana, las moleculas que interactuan pueden unirse, realizar la reacción necesaria y separarse.

4.6 La naturaleza dinámica de la membrana plasmática

LA DIFUSION DE LAS PROTEINAS DE MEMBRANA DESPUES DE LA FUSION CELULAR

•Es una técnica en la que dos tipos de células, o células de dos especies diferentes, se fusionan para producir una célula con un citoplasma común y una sola membrana plasmática continua.

•La fusión célula se induce al volver “pegajosa” la superficie de las células para que sus membranas plasmáticas se adhieran entre sí.

•La fusión celular ha tenido un papel importante en la biología celular y en la actualidad se usa en una técnica invaluable para preparar anticuerpos específicos.

RESTRICCIONES A LA MOVILIDAD DE PROTEÍNAS Y LÍPIDOS.

• Control de la movilidad de las proteínas de membrana.

Parece que las proteinas plasmáticas no son del todo libres para vagar al azar en el "mar" de lípidos. Éstas están sometidas a diversas influencias que alteran su movilidad. Esto induce la organización del interior de la membrana.

Algunas membranas son ricas en proteínas, por lo que los movimientos aleatorios de una moléculas pueden estar impedidos por sus vecinas.

• Movilidad de lípidos en la membrana.

El movimiento de las proteinas en la bicapa lipídica está limitado por su gran tamaño.

Los fosfolípidos conforman el mismo tejido de la bicapa lipídica, son moleculas más pequeñas en comparación de las proteínas, sin embargo su difusión está también restringida: El fosfolípido se difunde con facilidad dentro de un compartimiento antes de saltar la "valla" hacia el compartimiento vecino, y luego al adyacente, etc.

• Dominios de la membrana y polaridad celular.

En su mayoría, los estudios de la dinámica de la membrana se realizan en una membrana plasmática relativamente homogénea situada en una placa de cultivo. Sin embargo, la mayoría de sus membranas presentan variaciones distintivas en su composición proteínica y su movilidad.

EL ERITROCITO: UN EJEMPLO DE ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

De todos los tipos de membrana, la membrana plasmática del eritrocito humano es las mas estudiada y la mejor comprendida.

Las células son sencillas en comparación con otros tipos celulares, carecen de membranas nuclear y citoplasmica que siempre contaminan las preparaciones de membrana plasmática de otras células.

Las células responden al choque osmótico mediante la captación de agua y se hinchan, un fenómeno llamado HEMÓLISIS.

Una vez que se aíslan las membranas plasmáticas de eritrocito, las proteínas pueden solubilizarse y separarse unas de otras, lo que de una mejor idea de la diversidad de proteínas dentro de la membrana.

• Proteínas integrales de la membrana del eritrocito.

Las proteínas integrales mas abundantes son dos, que cruzan la membrana y contienen carbohidratos; la banda 3 y glucoforina.

La banda 3 se encuentra como dímero formado por dos subunidades idénticas, cada subunidad atraviesa la membrana al menos una docena de veces y contiene una cantidad relativamente pequeña de carbohidrato.

La glucoforina A fue la primera proteína de la membrana en la que se determino la secuencia de aminoácidos.

A diferencia de la banda 3, cada subunidad cruza la membrana solo una vez y contiene una cubierta ramificada de carbohidrato que consiste en 16 cadenas de oligosacaridos que juntas constituyen casi el 60% del peso molecular

• El esqueleto de la membrana eritocítrica

El principal componente del esqueleto es una proteína fibrosa alargada llamada espectrina.

Las proteínas periféricas de la membrana plasmática del eritrocito se sitúan en la superficie interna y constituyen un esqueleto fibrilar en la membrana.

Si se eliminan las proteínas periféricas de los fantasmas de eritrocitos, la membrana se fragmenta en pequeñas vesículas, lo que indica que le red proteica interna es necesaria para mantener la integridad de la membrana.

4.7 EL movimiento de sustancias a través de las membranas celulares

Toda comunicación entre célula y el medio extracelular está mediada por la estructura de la membrana. La membrana be conservar los materiales dentro de la célula para que no se escapen y al mismo tiempo debe permitir el intercambio necesario de materiales hacia dentro y fuera de la célula.

Hay dos formas básicas de movimiento de sustancias a través de la membrana: Pasiva por difusión, o activa por proceso de transporte.

- Transporte Pasivo

Difusión simple por la bicapa lipídica.

Difusión facilitada por un un transportador proteínico.

1) Para que un no electrólito pueda difundir de forma pasiva a través de la membrana , la sustancia debe estar presente en mayor concentración de un lado y la membrana debe ser permeable a la sustancia. (La membrana puede ser permeable que el soluto puede pasar directo por la bicapa lipídico o porque soluto puede cruzar por un poro acuoso).

2) La sustancia se une de forma selectiva con una proteína que abarca toda la membrana que llamada transportador facilitador, este facilita el proceso de difusión.

- Transporte activo

El transporte activo es un mecanismo celular por medio del cual algunas moléculas atraviesan la membrana plasmática contra un gradiente de concentración, es decir, desde una zona de baja concentración a otra de alta concentración con el consecuente gasto de energía

El transporte activo depende de proteínas integrales de la membrana que se unen en forma selectiva con un soluto y lo desplazan a través de la membrana. Sin embargo, a diferencia de la difusión facilitada, el desplazamiento de un soluto en contra de un gradiente de concentración depende de energía. Las proteínas que realizan el transporte activo a menudo son llamados "Bombas".

Transporte activo primario: acoplamiento del transporte activo a la hidrólisis del ATP (Bomba de Sodio y Potasio)

Se encuentra en todas las células del organismo, en cada ciclo consume una molécula de ATP y es la encargada de transportar dos iones de potasio que logran ingresar a la célula, al mismo tiempo bombea tres iones de sodio desde el interior hacia el exterior de la célula, ya que químicamente tanto el sodio como el potasio poseen cargas positivas.7​El resultado es ingreso de dos iones de potasio (ingreso de dos cargas positivas) y regreso de tres iones de sodio (regreso de tres cargas positivas), esto da como resultado una pérdida de la electropositividad interna de la célula, lo que convierte a su medio interno en un medio "electronegativo con respecto al medio extra celular". En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo-descanso. Participa activamente en el impulso nervioso, ya que a través de ella se vuelve al estado de reposo.

Transporte activo secundario o cotransporte

Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoácidos y la glucosa, cuya energía requerida para el transporte deriva del gradiente de concentración de los iones sodio de la membrana celular

4.8 Potenciales de membrana impulsos nerviosos.

Todos los organismos responden a la estimulación externa, esto es conocido como Irritabilidad.

Las células nerviosas(neuronas) están especializadas en la recopilación, conducción y transmisión de información, que se codifica en forma de impulsos eléctricos de desplazamiento rápido.

El núcleo de la neurona se localiza dentro de una región expandida llamada cuerpo célula, que es el centro metabólico de la célula y el sitio en el que se produce la mayor parte de su contenido material.

Desde el cuerpo celular de la mayoría de las neuronas se encuentra un gran numero de extensiones finas, las dendritas, que reciben información entrante de fuentes externas, casi siempre otras neuronas.

Del cuerpo también emerge una extensión única mas prominente, el axón, que conduce los impulsos salientes lejos del cuerpo celular y hacia las células blanco.

EL POTENCIAL EN REPOSO

Cuando una neurona o un miocito se encuentran en un estado no excitado, este voltaje se le llama potencial de reposo porque esta sujeto a cambios drásticos.

Casi todos los conducto ionicos que están abiertos en la membrana plasmática de una célula nerviosa en reposo son cerrados.

Los que permanecen abierto muestran selectividad por iones de potasio, a menudo se les conoce como conductos de fuga de potasio, no reaccionan a cambios de voltaje.

EL POTENCIAL DE ACCIÓN

El conocimiento actual de los potenciales de la membrana y sus impulsos nerviosos se basa en la investigación realizada en los axones gigantes del calamar a finales de 1940.

Los axones transmiten impulsos a gran velocidad, lo que permite que el calamar escapar con rapidez de sus depredadores.

Si la membrana del axón de calamar en reposo se estimula mediante un ligero golpe con una aguja fina o mediante una sacudida con una corriente eléctrica muy pequeña, algunos de estos conductos de sodio se abren, lo que permite que una cantidad muy limitada de iones se difundan al interior de la célula.

Como el cambio positivo en el voltaje de la membrana induce un descenso en la polaridad entre ambos lados de la membrana, se conoce como despolarización.

PROPAGACIÓN D POTENCIALES DE ACCIÓN COMO IMPULSO.

Una vez que se inicia el potencial de acción, no permanece localizado en un sitio en particular, sino que se propaga como impulso nervioso a lo largo de la célula hasta las terminaciones nerviosas.

Como todos los impulsos que viajan a lo largo de una neurona tienen la misma fuerza, los estímulos mas fuertes no pueden producir impulsos “mas grandes” que los estímulos mas débiles.

La velocidad es esencial, mientras mayor sea el diámetro de un axón, menor es la resistencia al flujo local de corriente y con mas rapidez un potencial de acción en un sitio activa las regiones adyacentes de la membrana.

NEUROTRANSMISIÓN: SALTO DE LA HENDIDURA SINÁPTICA.

Las neuronas están vinculadas con sus células blanco mediante uniones especializadas llamadas sinapsis.

Las dos células no hacen contacto directo, sino que están separadas entre si por una hendidura estrecha llamada hendidura sináptica.

Una célula presinaptica (célula receptora o neurona) conduce impulsos hacia una sinapsis, y del lado receptor de la sinapsis siempre encuentra una célula postsinaptica(una neurona, célula o glandular).

La sinapsis de este tipo se llaman uniones neuromusculares.

Dos de los neurotransmisores mejor estudiados son aceticolina y noradrenalina, que transmiten impulsos a los músculos esquelético y cardiaco.

Todos los botones terminales de una neurona determinada libera los mismos estímulos neurotransmisores, sin embargo un neurotransmisor determinado puede tener un efecto estimulante en una membrana postsinaptica particular y un efecto inhibidor en otra.