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Biomembranas / Membranas biológicas.
La célula es la mínima unidad estructural y funcional considerada materia viva. Y que
independientemente de los diferentes tipo, tamaños y funciones que realicen, todas las células
poseen 4 características básicas que son las de tener: un centro de información dado por el ADN ,
la maquinaria para realizar las reacciones metabólicas de obtención y transformación de energía (
los procesos metabólicos), el citoplasma y la membrana plasmática.
•MEMBRANA PLASMÁTICA.
• IMPORTANCIA BIOLÓGICA:
Para poder subsistir, crecer, comunicarse y reproducirse, la célula necesita obtener energía y
nutrientes del ambiente que se encuentra a su alrededor. Y además necesita eliminar los desechos
que se generan por resultado de su metabolismo. A través de la membrana Plasmática que una
célula realiza éstas funciones. Éste pasaje de sustancias no se produce de una manera sencilla: La
membrana regula el intercambio ejerciendo una permeabilidad selectiva para una gran variedad
de sustancias.
La membrana plasmática es una estructura compleja que controla funciones vitales para la célula,
y por lo tanto para todo el organismo en su conjunto.
• COMPOSICIÓN QUÍMICA:
Todas las membranas celulares poseen macromoléculas: lípidos, proteínas e hidratos de carbono.
Lo que Varía es la composición de éstas moléculas.
Características de los hidratos de carbono:
Éste grupo es el que se encuentra en menor cantidad en una membrana biológica. Tiene dos
características importantes: 1- siempre se encuentran unidos a proteínas o en menor proporción
con lípidos conformando las Glicolípidos (cerebrócidos y gangliósidos) y las glicoproteínas. Ésta
unión de los hidratos de carbono tanto a lípidos como a proteínas es una unión estable , covalente
que hace que éstos se mantengan unidos a la membrana.
2- se encuentran fundamentalmente en la cara externa de la membrana Plasmática formando una
cubierta llamada glicocaliz ( protege a las células de amenazas químicas o daño estructural).
Los hidratos de carbono unidos a los lípidos y a las proteínas son responsables de funciones muy
importantes de la membrana biológica.
Características de los Lípidos:
Aportan un gran porcentaje a la composición de la membrana plasmática. Se los puede encontrar
como Fosfolípidos, colesterol y Glicolípidos.
Los Fosfolípidos poseen una estructura química Dada por un esqueleto de 3 átomos de carbono, al
que se le unen por un lado dos cadenas de ácidos grasos y por el otro un grupo fosfato al que a su
vez pueden unirse diferentes tipos de moléculas. Ej: la etanolamina, dándole lugar al Fosfolípido
conocido: fosfatidiletanolamina. Ésta estructura química le da a los Fosfolípidos la particularidad
de poseer una cabeza polar, que puede interactuar con el medio acuoso que lo rodea, por lo tanto
es hidrofílica. Y una cola no polar, insoluble en agua, por lo tanto hidrofóbica
Cuando en una misma molécula se encuentran ambas características se dice que es Anfipáticas. Ej
de Fosfolípidos con algunas moléculas unidas al grupo fosfato dando origen al: fosfatidilinositol,
fosfatidiliserina, Fosfatidilicolina.
La composición de la cara externa de la membrana plasmática, la que está en contacto con el
medio extracelular es diferente a la que está en contacto con el medio intracelular, quiere decir
que la membrana Plasmática presenta asimetría. Ésta característica es responsable de muchas
funciones llevada a cabo por las membranas biológicas.
Otra característica de Los Fosfolípidos que componen la membrana Plasmática es que se pueden
mover, quiere decir que la membrana plasmática no es estática. Un Fosfolípido puede girar
alrededor de su eje en un movimiento de rotación, también puede desplazarse lateralmente por
la membrana o también pero no es muy común realizar una translocación o inversión (flip-flop) y
pasar de una cara a otra.
Resumen (tutorías): Los Fosfolípidos son lípidos que están compuestos por una cabeza hidrofílica
y una cola hidrofóbica, la cabeza hidrofílica es una sección de la molécula que tiene la capacidad
de atraer las moléculas de agua ej: Fosfatidilicolina y en su cola hidrofóbica tienen dos ácidos
grasos saturados o insaturados y que son la cola hidrofóbica. La cola hidrofóbica repele el agua.
Éste comportamiento se llama Anfipático y le da a los Fosfolípidos la capacidad de comportarse de
diferentes maneras según en la solución que se encuentren.
Hay 3 tipo de estructuras que van a formar los Fosfolípidos cuando se encuentran: En una solución
de agua y aceite forman una monocapa ( que está formada por los Fosfolípidos, dónde se van a
ubicar con todas sus cabezas polares (cabeza hidrofílica) en contacto con el agua, mientras que los
ácidos grasos (cabeza hidrofóbica) van a estar en contacto con el aceite.
Si la solución de agua y aceite se mezcla la monocapa deja de existir para convertirse en una
misela , dónde las cabezas de los Fosfolípidos van a estar hacía afuera en contacto con la región
acuosa, mientras que la cola hidrofóbica van a estar en contacto con los Lípidos. La misela tiene
una función muy importante dentro de la dieta porque permite absorber los Lípidos que uno
ingiere.
Y finalmente tenemos a los liposomas , que se forman cuando los lípidos están en una solución
acuosa, se forma una bicapa lipídica que tiene las cabezas q entran en contacto con el agua tanto
por dentro como por fuera, éstos liposomas son muy utilizados porque pueden servir para
introducir genes dentro de en una célula, o medicamentos o hasta cosméticos.
El colesterol, otro componente lípidico, también es anfipático. Es decir, tiene una parte de la
molécula hidrofílica, dónde se encuentra el hoxidrilo y otra parte hidrofóbica que corresponde al
esqueleto carbonado.
El colesterol se encuentra dentro de la membrana Plasmática tanto en la cara externa como en la
interna. Al intercalarse entre los Fosfolípidos, el colesterol puede impedir que las cadenas
hidrofóbicas de los Fosfolípidos cristalicen y por otro lado brinda una cierta rigidez a la membrana
que favorece a la permeabilidad selectiva de determinadas sustancias.
El colesterol se ubica en la membrana plasmática entre los Fosfolípidos, se ubican uno al lado del
otro y ésto le da ciertas propiedades a las membranas que tiene que ver con su fluidez. Si bien
éstos están ligados , no están unidos de forma covalente ni Fosfolípido, ni colesterol. Se
encuentran unidos por fuerzas electroestáticas entre los Lípidos y el agua que los rodea.
Proteínas de la membrana Plasmática:
Se clasifican en integrales, si están inversas, parcial o total dentro de la bicapa lípidica y en
periférica si están por afuera de la membrana pero unidas a las cabezas polares de los fosfolípidos
o a otras proteínas a través de uniones electrostáticas débiles.
Existen diversos tipos de proteínas integrales, ej: proteínas estructurales, que ejercen una función
mecánica de anclaje y conexión en el citoesqueleto o también a las proteínas transportadoras ,
que son las encargadas de llevar sustancias específicas a través de la membrana. También están
los receptores , que son las proteínas encargadas de reconocer a diferentes tipo de moléculas y
generar una respuesta por parte de la célula y adosadas a éstos receptores están las proteínas
traductores de señales que convierten la señal del exterior al interior de la célula para su mayor
amplificación. También hay proteínas con actividad enzimáticas.
También están las Proteínas antigénicas o antígenos y las moléculas de adhesión que permite q la
célula sea reconocida por otras células y también que se reconozcan entre si, también están las
proteínas que forman canales y compuertas, y que están relacionadas con el movimiento de
sustancias a través de la membrana Plasmática.
Las proteínas integrales pueden atravesar una o reiteradas veces la membrana plasmática.
RESUMEN:
La membrana plasmática está compuesta por lípidos que se disponen espacialmente formando
una bicapa lipídica y además posee proteínas distribuidas por todo su volumen e hidratos de
carbono en forma de Glucolípidos y glucoproteínas.
Ésta composición le confiere determinadas características y propiedades como la polaridad, dada
por la característica de los Fosfolípidos con una cabeza polar y una cadena carbonada hidrofóbica ,
la fluidez generada por los movimientos de los lípidos y las Proteínas por la membrana. Ésta
características junto a la disposición asimétrica de los compuestos químicos es lo q llevó a Si… y
Nicolson en 1972 postular el modelo de la membrana Plasmática como un Mosaico Fluido. Otra
característica es la presencia de dominios en la membrana plasmática que son zonas con
características especiales que permiten que las proteínas y los Lípidos se muevan dentro de los
mismos pero no puedan atravesarlos. También existen zonas de uniones o contacto entre dos
células vecinas que permiten la adhesión entre ellas o impiden el pasaje de sustancias por su
intermedio.
• FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA:
Su función más sencilla es que delimitan a la células, siguiendo con su acción como barrera con
una permeabilidad selectica, ésto genera que la membrana plasmática tenga la capacidad de
regular la composición del medio extracelular y fundamentalmente la del medio intracelular en un
proceso dinámico llamado
Homeostasis. Por otro lado provee el soporte físico para las reacciones enzimáticas (aceleran las
reacciones químicas) que ocurren en ellas y poseen moléculas que le permiten adherirse a otras
células (adhesión) y también permite que las células sean vistas por otras diferentes
(reconocimiento). A través de los receptores ubicados en la membrana plasmática interactúan con
hormonas, neurotransmisores y otros mediadores químicos para generar una respuesta o acción
específica. Y es fundamental en el transporte de sustancias en ambos sentidos. Es decir, desde el
medio extra celular al intracelular y desde éste hacia afuera de la célula. Relacionado a éstos
participa activamente de la endocitosis(cuando hay moléculas o pequeñas células del exterior
celular que son invaginadas por la membrana, introducidas en la célula y la membrana
posteriormente libera esa vesícula que se incorpora al citosol) y la exocitosis ( que es el
mecanismo inverso , ciertos agregados que provienen generalmente del golgi se sacan de la
membrana mediante la formación de vesículas que van al exterior celular)
Resumen de las funciones de las membranas:
- Barreras permeables selectivas
- Soporte físico para enzimas
- Formación de vesículas Transportadoras )que van a uno y otro lado dentro del citosol)
- Forman parte de los procesos de Endocitosis y exocitosis
- Intervienen en el Reconocimiento y adhesión celular.
- Receptor de sustancias exógenas a la celula.
• MOVIMIENTO DE SUSTANCIAS A TRAVES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA:
Una de las funciones de la membrana es mantener en un estado de equilibrio óptimo las
concentraciones de los diferentes solutos tanto en el medio extracelular como en el intracelular,
ésto lo logra porque la membrana es una barrera semi permeable, presenta una permeabilidad
selectiva.
La difusión es el proceso por el cual los átomos y las moléculas se mueven continuamente y al azar
debido a su propia energía térmica.
De esta manera las moléculas o solutos que están separados por una membrana permeable y que
están en mayor concentración de un lado de la membrana que del otro tenderan
espontáneamente alcanzar un estado de equilibrio dinámico (difusión neta) ya que las partículas
nunca dejan de moverse.( gradiente de concentración)
Concepto de gradiente: El soluto se mueve desde el medio que se encuentra más concentrado
hacia donde se encuentra menos concentrado y así se produce esa distribución. Esa diferencia de
la concentración que se produce a una velocidad que es proporcional a la diferencia entre las
concentraciones del soluto se denomina gradiente. Tipo de gradiente: de concentración, de voltaje
( si el soluto también posee carga eléctrica) y osmótico (la diferencia de agua hacia uno y hacia
otro).
Cuando el movimiento a través de la membrana es de agua y no de solutos el mecánico se llama
ÓSMOSIS Y ocurre desde la solución menos concentrada que se llama hipotonica a una más
concentrada llamada hipertonica. El pasaje neto de agua dejará de ocurrir cuando se logre la
misma concentración de solutos de un lado y otro de la membrana. (Difusión neta de agua).
La ósmosis es el proceso por el cual el agua se mueve desde donde hay menos solutos a dónde
hay más.
Hay sustancias, solutos o iones que atraviesan a la membrana Plasmática a una velocidad mucho
mayor que la calculada de acuerdo a sus características, ésto plantea la necesidad de que exista
algo que facilite el transporte de las mismas a través de la membrana plasmática.
• MECANISMO DE TRANSPORTE
Los mecanismos de transporte de solutos que se llevan a cabo en la membrana plasmática pueden
dividirse en dos grandes grupos:
Los que se realizan sin gasto de energía metabólica ( pasivo) y los que se realizan con gasto de
energía metabólica(activo).
Dentro de los mecanismos de transporte que se desarrollan sin gasto de energía está la difusión:
la cual puede ser pasiva/simple o facilitada.
Los mecanismos con gasto de energía se llaman transporte activo: que pueden llevarse a cabo por
bombas o en masa.
Mecanismos de transporte pasivo Sin gasto de energía metabólica:
Difusión : siempre a favor del gradiente de concentración, Es decir del gradiente químico o
electroquímico si es que el soluto tiene una carga neta.
Difusión Pasiva/simple: los solutos atraviesan la membrana directamente o a través de un canal
que permanecen la mayor parte del tiempo abiertos. La difusión simple Es un mecanismo que se
produce en forma espontánea.
Las sustancias no polares y que son pequeñas difunden fácilmente la membrana ej: los gases:
oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono , atraviesan fácilmente la membrana, también lo hacen
otro tipo de sustancias con naturaleza lipídicas ej,: los ácidos grasos y los Esteroides.
La velocidad es directamente proporcional al gradiente de soluto entre ambos lados de la
membrana.
Difusión facilitada: puede ocurrir por dos mecanismos o a través de canales ionicos o a través de
proteínas permeasas transportadoras , ambos mecanismos son altamente selectivos para cada
soluto, por lo que tendremos canales para el cloruro, potasio, sodio y el calcio entre otros.
También existen canales para el agua y que se llaman aquaporinas.
En cuanto a las proteínas permeasas transportadoras las mismas unen al sustrato de un lado de la
membrana formando un complejo proteína transportadora sustrato. Éste sufre un cambio
conformacional, es decir de la estructura tridimensional y libera el sustrato del otro lado de la
membrana. Puede transportarse una sola sustancia cómo es el caso de las Proteínas uniporte, o
dos sustancias que a su vez pueden transportarse en un mismo sentido llamadas cotransporte o
sinporte o en sentidos contrarios que se llaman contratransporte o Antiportes.
Clases de permeasas: ej:
- Monotransporte de glucosa – cotransporte de Na+ glucosa – contratransporte Na+ glucosa
– contratransporte ADP y ATP
Una característica importante de los canales iónicos que participan de la difusión facilitada es que
están regulados por dos mecanismos, uno de ellos es que la apertura del canal depende del voltaje
o potencial eléctrico de la membrana plasmática (canal iónico dependiente de voltaje) y el otro
es que la apertura solo se produce en presencia de un ligando ( canal iónico mediado por
ligando),también hay canales que depende de ambos mecanismos juntos para que se produzca su
apertura.
Mecanismos de transporte Con gasto de energía metabólica:
Transporte activo: la principal característica es que la dirección del traslado de soluto es siempre
en contra del gradiente de concentración o del gradiente electroquímico si los solutos tiene carga.
Transporte en Bombas: los solutos se transportan a través de proteínas transportadoras llamadas
bombas que además de servir como transporte presentan actividad enzimática que les sirve para
obtener la energía necesaria para realizar el movimiento a través de la membrana plasmática.
Ej: La bomba Na+/k+ (sodio -potasio)es un sistema de contratransporte:
Características: - complejo integrado por cuatro subunidades (dos a alfa y dos b beta) – son
proteínas integradas – Es responsable del mantenimiento del potencial eléctrico de la membrana
plasmática.
Transporte en masa: cuya característica principal es que en éste tipo de Transporte esté
involucrada un área importante de la membrana plasmática, si el transporte involucra la
introducción de partículas desde el medio extracelular, el proceso de llama endocitosis. En cambio
si el proceso involucra la eliminación de una sustancia o la liberación de una vesícula el proceso se
llama exocitosis.
Existen tres mecanismos por dónde se puede realizar la endocitosis: la fagocitosis ( cuando la
partícula en suspensión es muy grande), la pinocitosis ( que se da para partículas disueltas), y la
endocitosis mediada por receptores, cómo es el caso de las lipoproteínas de baja densidad,
conocidas como LDL.
Patología: Púrpura Trombocitopénica inmune.
Es una enfermedad autoinmune, dónde el cuerpo reconoce como extraño a sus propias células y
las destruye. En éste caso utilizando el mecanismo de fagocitosis de las plaquetas. Las diferentes
células como el macrófago, los linfocitos T y B, y las plaquetas interactúan entre sí a través de
proteínas ubicadas en la membrana plasmática de cada célula desencadenando ésta patología.
PARED CELULAR:
La gran diferencia entre la célula animal y la célula vegetal es que las células vegetales (algas,
hongos y bacterias), poseen en su exterior y por fuera de la membrana plasmática una capa rígida
llamada pared celular, la misma funciona como reguladora de la cantidad de agua que puede
ingresar al citosol y del contenido celular. También brinda protección a la membrana plasmática,
confiere rigidez y sostén a la célula vegetal y determina su forma.
Características de la pared celular de las plantas. Estructura de la pared celular:
El componente principal de la pared es la celulosa, que es un Polímero de glucosa que forma unas
estructuras alargadas llamadas microfibrilla de celulosa. Las cuales se unen para formar las
fibrillas que componen la pared. No toda la pared está compuesta por celulosa.
También se encuentran Proteínas y otros polisacáridos altamente ramificados como la
hemicelulosa, que está unida a la superficie de las microfibrilla de celulosa por enlaces de
hidrógeno y la pectina (acidas y neutra), que forman enlaces con la microfibrilla de celulosa.
En la pared celular de una planta, se pueden observar tres partes, la pared primaria , que está
presente en todas las células vegetales y se genera por la acumulación de 3 o 4 capas sucesivas de
microfibrilla de celulosa, una vez que se está terminando la división celular, la pared secundaria,
que no siempre está presente pero cuando existe se ubica por encima de la membrana plasmática
y por último la lámina media, que es lugar donde se unen las paredes primarias de dos células
vecinas y está Compuesta principalmente por pectina.
Características de las paredes celulares de las bacterias:
Pueden ser clasificadas por dos grandes grupos de acuerdo a qué se tiñan de color azul violeta o
no ante la tinción de Gram. Aquellas que se tiñan de azul-violeta serán Gran positiva y las que no
serán Gram negativas.
Así mismo la elección de un determinado antibiótico y su eficacia en el tratamiento de una
patología dependerá en gran medida de las características de la pared celular de las bacterias
involucradas.
4° celular membrana plasmática.pdf
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