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Unidad 5 BIOMEMBRANAS Y TRANSPORTE EL PRESENTE MATERIAL ES UNA SÍNTESIS QUE NO REEMPLAZA, SINO QUE COMPLEMENTA, AL RESTO DE LOS MATERIALES MEMBRANA CELULAR Esta estructura que envuelve a la célula y la delimita. Tiene un grosor aproximado de 0.0075 a 0.01 µm Está compuesta por fosfolípidos (bicapa), proteínas y glúcidos. 2 Características de la membrana CARACTERÍSTICAS Compuesta por bicapa lipídica (fosfolípidos y colesterol), proteínas y oligosacáridos en distintas proporciones según las diversas membranas Fluida: debido al movimiento de lípidos y proteínas en la bicapa Asimétrica: las dos monocapas de la bicapa son diferentes. La externa contiene principalmente fosfatidilcolina, y la interna fosfatidilserina y fosfatidiletanolamina. A esta asimetría también contribuyen las proteínas y los glúcidos (oligosacáridos). Presenta permeabilidad selectiva: controla el paso de sustancias a través de ella. La selectividad depende de la naturaleza de las moléculas que atraviesan la membrana. 3 Funciones de la Membrana FUNCIONES Delimitar la célula (y sus compartimientos); separarla de su entorno Constituir una barrera con permeabilidad muy selectiva, controlando el intercambio de sustancias Controlar el flujo de información entre las células y su entorno Constituir el anclaje del citoesqueleto y el sitio de uniones intercelulares 4 Modelo del Mosaico Fluido Numerosos experimentos condujeron a S.J. Singer y G. Nicolson a postular el “modelo del mosaico fluido” en 1972, que representa la estructura actualmente aceptada de las membranas. 5 Lípidos de membrana Son anfipáticos Pueden formar Glucolípidos Forman bicapa - Fosfolípidos - Colesterol Dan asimetría a la membrana Se relacionan con la fluidez 6 Ácidos grasos Ácidos grasos saturados Ácidos grasos insaturados (poseen enlaces dobles en la cadena) Las cadenas cortas e insaturadas aumentan la fluidez. Las cadenas largas y saturadas la disminuyen. 7 Bicapa de Fosfolípidos Los fosfolípidos tienen una cabeza polar (grupo fosfato unido un residuo de colina, etanolamina, serina o inositol y a un glicerol) y dos colas hidrofóbicas (cada una de ellas es un ácido graso). Las colas varían en su longitud y en su grado de saturación (presencia de dobles enlaces), estas diferencias afectan la fluidez de la membrana. 8 Movimientos de los lípidos MOVIMIENTOS Rotación: giro en torno a su eje. Difusión lateral: las moléculas se difunden de manera lateral dentro de la misma capa. Es el movimiento más frecuente. Flip-flop: movimiento de la molécula lipídica de una monocapa a la otra. Es el movimiento menos frecuente, por ser energéticamente más desfavorable. Flexión: son los movimientos producidos por las colas hidrófobas de los fosfolípidos. 9 Movimientos de los lípidos 10 Fluidez de la membrana Depende de factores como: Temperatura: la fluidez aumenta al aumentar la temperatura. Naturaleza de los fosfolípidos: la presencia de lípidos insaturados y de cadena corta favorecen el aumento de fluidez Presencia de colesterol: regula la fluidez y la permeabilidad. 11 Proteínas de membrana Desempeñan funciones especificas Tienen movilidad en la bicapa POTEÍNAS DE MEMBRANA INTEGRALES Están insertas entre los lípidos. Suelen atravesar la bicapa lipídica una o varias veces; por esta razón se les llama proteínas transmembrana PERIFÉRICAS Se localizan a un lado u otro de la bicapa lipídica y están unidas débilmente a las cabezas polares de los lípidos de la membrana u a otras proteínas integrales por enlaces de hidrógeno 12 Proteínas de membrana Distintas proteínas de membrana 13 Funciones de las proteínas de membrana Transportadoras Fijación unión (estructurales) Receptores Enzimas 14 Glúcidos de membrana Se sitúan en la superficie externa de la membrana (Asimetría) OLIGOSACÁRIDOS DE MEMBRANA Constituyen la cubierta celular en células animales o glucocálix Se unen a lípidos (glucolípidos), o a proteinas (glucoproteinas). 15 Glúcidos de membrana El glicocálix es diferente en cada membrana, por lo que es un tipo de sello o “huella digital” de la celula. 16 Funciones del Glucocalix protege la superficie celular contra la interacción de otras proteínas extrañas o lesiones físicas o químicas actúa en el reconocimiento celular (en los procesos de rechazos de injertos y transplantes) GLUCOCALIX confiere viscosidad a las superficies celulares, permitiendo el deslizamiento de células en movimiento, como , por ejemplo, las sanguíneas presenta propiedades inmunitarias, por ejemplo los glúcidos del glucocálix de los glóbulos rojos representan los grupos sanguíneos del sistema sanguíneo 17 Transporte a través de la membrana Mecanismos de transporte PASIVO • Se da a favor de un gradiente de concentración (diferencia en la concentración de una sustancia dentro y fuera de la célula). • No requiere gasto energético por parte de la célula. ACTIVO • Se da en contra de un gradiente de concentración. • Requiere de energía Difusión simple Difusión facilitada Ósmosis Bombas ATP-asa Cotransporte Endocitosis - 19 1.-Difusión simple Exterior celular Citoplasma Se define como el desplazamiento de partículas desde una zona de mayor concentración a otra de menor 20 concentración. 2.-Difusión facilitada Es el paso se sustancias a favor de un gradiente de concentración utilizando una proteína y sin gasto de energía. Las proteínas transportadoras a unen a la molécula que van a transportar y sufren un cambio estructural que permite el paso de la sustancia hacia el otro lado de la membrana. Ej.: monosacáridos y aminoácidos. Las proteínas canal permiten el paso de ciertos iones cuando están abiertas. 21 3.-Osmosis OSMOSIS Se define como: "proceso de difusión de un Solvente a través de una membrana semipermeable, desde una solución más diluida a otra más concentrada " El agua, que es el solvente celular, pasa a través de la membrana y tiende a igualar la presión osmótica intra y extra celular. 22 Movimiento del Agua Medio hipotónico H2O Medio hipertónico El agua se moviliza desde una zona de baja concertación de soluto (solución diluída o medio hipotónico) hacia una zona de alta concentración de soluto (solución concentrada o medio hipertónico) , hasta llegar al equilibrio de las concentraciones (estado isotónico) 23 Se igualan las concentraciones, no los volúmenes. 24 25 Transporte activo Es el paso de una sustancia a través de una membrana semipermeable, en contra de un gradiente de concentración (desde una zona de menor concentración a otra de mayor concentración), con gasto de energía. PRIMARIO Energía derivada del ATP directamente empuja a la sustancia para que atraviese la membrana. Ejemplo: la bomba de Na+/K+ en las neuronas. Esta bomba actúa como una enzima que rompe la molécula de ATP y también se llama bomba Na+/K+-ATPasa. SECUNDARIO Los sistemas secundarios de transporte activo o Cotransporte aprovechan la energía cinética de un gradiente iónico para transportar un segundo soluto contra un gradiente. Así, un ión pasa a favor de gradiente y otra sustancia (glucosa, aminoácidos) la atraviesa en contra. 26 Bombas ATP- asa Bomba de Na+/ K+: el sodio es bombeado hacia el exterior de la célula, mientras que el potasio es bombeado hacia el interior de la misma. Ambos en contra de gradiente. 27 Transporte Activo Secundario 28 Transporte en Masa Transporte de partículas de gran tamaño (macromoléculas completas, virus, células procariontes, etc.). Para transportar grandes partículas a través de su membrana, la célula emplea dos procesos: la endocitosis y la exocitosis. ENDOCITOSIS La célula toma moléculas grandes o partículas de su medio externo, mediante la invaginación de la membrana celular y formación de vesículas intracelulares. - Pinocitosis (pino = beber): mediante este proceso, la célula obtiene macromoléculas líquidas - Fagocitosis (fago = comer): proceso que le permite a la célula ingerir partículas de gran tamaño, como microorganismos y restos de otras células. Las o vacuolas que se forman se llaman fagosomas, los cuales se fusionan con los lisosomas y degradan el material ingerido EXOCITOSIS Mediante este proceso, las células vierten al exterior tanto deshechos como macromoléculas que producen en su interior: hormonas, enzimas, etc. En este caso, las vacuolas con las sustancias que se van a excretar se fusionan con la membrana celular desde el interior y expulsan el contenido. 29 Endocitosis 30 31