Estructura de las Membranas
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Tema: Membrana estructural
Membranas celulares La célula debe mantener un
ambiente interno adecuado (homeostasis) para llevar a cabo el metabolismo.
Esto es posible porque las células están separadas del exterior por una membrana plasmática que las limita.
Las membranas internas también limitan a las estructuras subcelulares (organelas u orgánulos).
Las diferentes proteínas presentes en las membranas permiten a las diferentes células y orgánulos realizar distintas funciones.
Micrografía electrónica 250000 X
Funciones de las membranas Proteger y limitar a la célula y a sus organelas u orgánulos. Controlar la entrada y salida de sustancias de las células y de los
orgánulos. Detectar sustancias específicas debido a los receptores de membrana
presentes que se unen a sustancias que actúan como señales químicas (Ej.: hormonas, neurotransmisores).
Permitir el reconocimiento celular (Ej.: CMH). Proveer sitios de anclaje para los filamentos del citoesqueleto y para
los componentes de la matríz extracelular. Esto permite a la célula mantener su forma y en algunos casos moverse a otros sitios. También permite mantener la estructura de los tejidos.
Ayuda a compartimentalizar la célula (organelas). Proveer un sitio estable para enzimas que tienen sus sitios activos
orientados hacia el exterior o el interior de la célula. Comunicar células por la interacción de proteínas especializadas que
forman uniones (Ej.: uniones estrechas, plasmodesmos).
Modelo de mosaico f luido
En 1972, S. Jonathan Singer y Garth Nicolson propusieron, el modelo de mosaico fluido: “fluido” porque los lípidos y proteínas se mueven
lateralmente, rotan y, raramente, se mueven de una cara a la otra de la membrana (flip-flop).
“mosaico” porque las proteínas están dispersas a través de la bicapa de fosfolípidos.
Estructura de la membrana Bicapa de fosfolípidos:
Cada fosfolípido tiene una cabeza (hidrofílica) y dos colas (hidrofóbicas).
Grosor de la membrana: 10 nm Se encuentran pequeñas moléculas
de colesterol entre los fosfolípidos (sólo en células animales).
Proteínas de membrana: Integrales o intrínsecas: atraviesan
completamente la bicapa o están embebidas en ella parcialmente.
Periféricas o extrínsecas: adosadas a la cara interna de la bicapa lipídica.
Glicoproteínas y glicolípidos: Con una cadena de oligosacáridos
unida mirando a la cara extracelular.
Modelo de membrana plasmática de una célula animal, determinado a partir de fotomicrografías electrónicas y datos bioquímicos
(10 nm espesor)
Vista Tridimensional
Vista Transversal Esquemática
oligosacárido
lípidoglicolípido
bicapafosfolipídica
proteína integral(proteína canal)
proteína integral(parcialmente embebida)
CITOPLASMA
ESPACIO EXTRACELULARoligosacárido
proteínaglicoproteína
colesterol
proteína integral
(transmembrana)
Estructura de los fosfolípidos
Los fosfolípidos son anfipáticos: 2 colas hidrofóbicas o no polares (cadenas hidrocarbonadas). 1 cabeza hidrofílica o polar (grupo fosfato).
Orientación en la bicapa: Los fosfolípidos se alinean en la misma dirección en cada capa. Se mantienen juntos debido a interacciones débiles
(hidrofóbicas y de Van der Waals). Las colas se posicionan alejándose del agua, hacia el centro de
la bicapa. Las cabezas se posicionan hacia el agua, mirando hacia afuera
de la membrana.
La cabeza hidrofílica, polar es atraída por el agua
Fosfatidilcolina (ejemplo de fosfolípido)
colina
fosfato
glicerol
cadenashidrocarbonadas
cargapositiva
carganegativa
Fosfolípido de membrana (representación simbólica generalizada)
cabeza hidrofílica
colas hidrofóbicas
Las colas hidrofóbicas, no-polaresno son atraídas por el agua
Cada unión en esta cola lipídica representa un carbono con hidrógenos para completar las uniones covalentes disponibles:
Las colas no-polares, hidrofóbicas de las cadenas hidrocarbonadas interactúan entre sí en el interior de la bicapa.
Las cabezas cargadas, polares, hidrofílicasinteractúan con el agua del medio interno(citoplasma) y el externo (extracelular).
Medio acuoso
Medio acuoso
Una bicapa lipídica entre fluidos acuosos
Adentro (citoplasma) y afuera (fluido extracelular) de las membranas hay un fluido acuoso.
El agua en contacto con la membrana la presiona de cada lado. De este modo la bicapa resulta en una barrera entre el interior y el exterior de la
célula.
Cabezas hidrofílicas
Colas Hidrofóbicas
Cabezas hidrofílicas
Bicapafosfolipídica
Medio acuoso
Medio acuoso
La fluidez de las membranas La mayoría de los lípidos y algunas
proteínas pueden moverse lateralmente a través de las membranas.
Las bicapas con una alta proporción de ácidos grasos insaturados son más fluidas.
El colesterol (sólo presente en células animales) interrumpe el apretado empaquetamiento de los fosfolípidos ayudando a regular la fluidez. Al mismo tiempo el colesterol mantiene unidas a las cabezas de los lípidos estabilizando y fortaleciendo la membrana.
La fluidez es importante en la ruptura y rearmado de las membranas (Ej.: endocitosis y exocitosis).
Cadenas hidrocarbonadas
saturadas
Cadenas hidrocarbonadas
insaturadas
desplazamiento lateral
flexión rotación
flip-flop(raramente)
Fluidez y ácidos grasos Grupo
carboxilo
Cadenahidrocarbonada
Ácidos grasossaturados
Mezcla de ácidos grasossaturados e insaturados
En un ácido graso saturado todas las
uniones entre carbonos son simples. La cadena
hidrocarbonada es recta.
En un ácido graso insaturado existen una o más uniones
dobles. La cadena
hidrocarbonada tiene dobleces.
La cadena recta permite un empaquetamiento cercano.La cadena con dobleces no lo permite.
Ácido palmítico
Ácido linolénico
Efecto de la temperatura sobre el empaquetamiento de las colas
hidrocarbonadas
A bajas temperaturas la bicapa está en un estado de gel y estrechamente empaquetada.
A altas temperaturas (la corporal) la bicapa es fluida, las moléculas de lípidos se mueven, rotan e intercambian lugares.
Bajas temperaturas – Estado gel
Altas temperaturas – Estado fluido
Los fosfolípidos están estrechamente empaquetados
La membrana se hace más fluida y el movimiento de fosfolípidos es posible.
Colesterol
La cantidad de colesterol puede variar con el tipo de membrana.
Las membranas plasmáticas en animales tienen casi un colesterol por fosfolípido. Otras membranas como las de las bacterias y las vegetales no tienen colesterol.
Estructura del colesterol
cabeza polar
colahidrocarbonadano-polar
estructuraplana de
anillos esteroides
El colesterol en las membranas
Tienen la misma orientación que las moléculas de fosfolípidos.
La cabeza polar del colesterol está alineada con la cabeza polar de los fosfolípidos.
Funciones del colesterol
Regula la fluidez de la membrana. Hace a la bicapa menos deformable y disminuye su permeabilidad a moléculas pequeñas hidrosolubles.
Evita la cristalización de la bicapa.
Glicolípidos de membrana Los glicolípidos también son constituyentes de las
membranas. En esta figura se los muestra como grupos de azúcar hexagonales y azules proyectándose hacia el espacio extracelular.
Actúan como receptores y en el reconocimiento celular.
Proteínas de membrana
Por ejemplo, en los glóbulos rojos, se encuentran más de 50 tipos de proteínas de membrana.
Las proteínas de membrana determinan las mayoría de las funciones de la membrana de un tipo celular específico.
Los dos principales grupos de proteínas de membrana
Mirando el dibujo se orbservan las proteínas integrales y las periféricas.
Las membranas son asimétricas fundamentalmente en términos de sus proteínas.
Proteínaintegral
Proteínaperiférica
Proteínas integrales o intrínsecas
Las proteínas transmembrana tiene aminoácidos hidrofóbicos que les permiten atravesar la región hidrofóbica de la membrana. Y tienen aminoácidos polares en las regiones en contacto con medios acuosos.
Grupos R hidrofílicos en las partes expuestas de la proteína, interactuando
con el agua.
Grupos R hidrofóbicos en las partes de la proteína que interactúan
con la parte interna, hidrofóbica de labicapa fosfolipídica.
Medio acuoso(extracelular)
Interior hidrofóbicode la bicapa
Medio acuoso(citoplasmático)
Afuera de la célula
Adentro de la célula
Proteínas periféricas o extrínsecas
Se unen a los fosfolípidos o a proteínas integrales del lado citoplasmático de la membrana
Funciones de las proteínas de membrana
Canales de transporte
Actividadenzimática
Receptoresde membrana
Identif icadores dela superf icie celular
Adhesión entrecélulas
Anclaje alcitoesqueleto
Anclaje del citoesqueleto
El citoesqueleto puede estar unido a proteínas de membrana.
Esto permite mantener y dar forma a la célula y fija la localización de ciertas proteínas.
Adhesión celular
• unión estrecha • plasmodesmo
Receptores
• COMUNICACIÓN CÉLULA-CÉLULA • SITIOS DE PEGADO DE HORMONAS
Enzimas inmovilizadas
Enzimas con el sitio activo hacia el exterior, por ejemplo en el intestino delgado(dipeptidasa, maltasa, lactasa, sacarasa, nucleotidasa)