INTRODUCCION
La célula
es una entidad altamente compleja y organizada con numerosas unidades
y orgánulos funcionales. Muchas de estas unidades están
separadas unas de otras por
membranas que están especializadas para permitir que el
orgánulo cumpla su función. Además, las membranas
cumplen las siguientes funciones:
- Protegen la célula o el orgánulo
- Regulan el transporte hacia adentro o hacia afuera de la célula u orgánulo
- Permiten una fijación selectiva a determinadas entidades químicas a través de receptores lo que se traduce finalmente en la transducción de una señal
- Permiten el reconocimiento celular
- Suministran unos puntos de anclaje para filamentos citoesqueléticos o componentes de la matriz extracelular lo que permite mantener una forma
- Permiten la compartimentación de dominios subcelulares donde pueden tener lugar reacciones enzimáticas de una forma estable
- Regulan la fusión con otras membranas
- Permiten el paso de ciertas moléculas a través de canales o ciertas junciones
- Permite la motilidad de algunas células u orgánulos
En las
década entre 1930 y 1940 Danielli and Davson observaron que
al añadir triglicéridos sobre agua, estos se disponían
con las cabezas polares hacia afuera. Sin embargo, estos triglicéridos
formaban
gotitas (aceite en agua) y la tensión superficial era mucho
más alta que las de las células. Sin embargo, al añadir
proteínas al medio, la tensión superficial bajaba notablemente,
por lo que estos investigadores propusieron para la membrana el modelo
que se muestra en la
figura.
Sin
embargo, hacia 1950 al mejorar la microscopía electrónica
el modelo de Danielli-Davison fué descartado ya que no se observaron
los poros. Además, en 1966 Lenard y Singer demostraron que
más del 30% de las proteínas de membrana tenían
estructura de hélice a, lo que indicaba
la presencia de proteínas esféricas. Con la llegada
de la la técnica ultramicroscópica de congelación
y fractura se demostró sin lugar a duda que los fosfolípidos
forman una bicapa en la que se encuentran incrustadas las proteínas.
La membrana
plasmática de una típica célula animal está compuesta por un 50%
de lípidos y un 50% de proteínas. Sin embargo, como las proteínas son
mucho más voluminosas que los lípidos hay 50 moléculas de estos últimos
por cada molécula de proteína.
LIPIDOS
DE LA MEMBRANA
Aproximadamente
el 75% de los lípidos son fosfolípidos,
lípidos que contienen fósforo. En menores proporciones también está
el colesterol y los glicolípidos, que son lípidos que contienen
un o varios monosacáridos únidos. Estos fosfolípidos forman una
bicapa lipídica debido a su carácter amfipático, es decir
por tener una cabeza hidrófila y una cola hidrófoba. La cabeza está
formada por un fosfato de un compuesto nitrogenado (colina o etanolamina)
y se mezcla bien con el agua. La cola está formada por ácidos grasos
que repelen en agua. Las moléculas de la bicapa están orientadas
de tal forma que las cabezas hidrófilas están cara al citosol y
al líquido extracelular y las colas se enfrentan hacia en interior
de la membrana
-
Hay cuatro tipos de fosfolípidos en la membrana celular:
- fosfatidilcolina
- esfingomielina (en este fosfolípido la glicerina ha sido sustituída por un aminoalcohol llamado D-4-esfingenina)
- fosfatidilserina
- fosfatidiletanolamina
La composición
de la capa interna y externa de lípidos no es la misma, dependiendo
de la presencia de proteínas que requieren unirse a determinados
fosfolípidos
Los
glicolípidos (5% de los lípidos de membrana) son también anfipáticos
y se encuentran sólo en la parte extracelular de la membrana. Son
importantes para mantener la adhesión entre las células y tejidos
y pueden contribuir a la comunicación y reconocimiento entre células.
Son el blanco de ciertas tóxinas bacterianas. Uno de los más importantes
glicolípidos de membrana es el galactocerebrósido, uno de los
principales componentes de la mielina, el aislamiento lipídico
de las fibras nerviosas
Los
restantes 20% de los lípidos de la membrana están constituídos por
moléculas de colesterol
que se incluyen entre los fosfolípidos a ambos lados de la membrana.
Las moléculas de colesterol confieren una mayor fortaleza a las membranas
aunque disminuyen su flexibilidad. Las membranas de las plantas carecen
de colesterol.
La
capa de fosfolípido es dinámica porque las moléculas de lipidos resbalan
de un lado para otro e intercambian su sitio dentro de la misma capa.
Igualmente, la bicapa es autosellante: si se perfora con una aguja,
al retirar esta el orificio se cierra.
PROTEINAS DE MEMBRANA
La naturaleza de las proteínas de membrana determina su función:Las son de dos tipos:
- Proteínas integrales: son aquellas que cruzan la membrana y aparecen a ambos lados de la capa de fosfolípidos. La mayor parte de estas proteínas son glicoproteinas, proteínas que tiene unidos uno varios monosacáridos. La parte de carbohidrato de la molécula está siempre de cada al exterior de la célula
- Proteínas periféricas: están no se extienden a lo ancho de la bicapa sino que están unidas a las superficies interna o externa de la misma y se separan fácilmente de la misma
Canales: proteínas integrales (generalmente glicoproteínas) que actúan como poros por los que determinadas sustancias pueden entrar o salir de la célula
Transportadoras:
son proteínas que cambian de forma para dar paso a determinados
productos (véase "Transporte de materiales
a través de la membrana")
Receptores: Son proteínas integrales que reconocen determinadas
moléculas a las que se unen o fijan. Estas proteínas pueden identificar
una hormona, un neurotransmisor o un nutriente que sea importante
para la función celular. La molécula que se une al receptor se llama
ligando.
Enzimas:
pueden ser integrales o periféricas y sirven para catalizar reacciones
a en la superficie de la membrana
Anclajes
del citolesqueleto: son proteínas periféricas que se encuentran
en la parte del citosol de la membrana y que sirven para fijar los
filamentos del citoesqueleto.
Marcadores de la identidad de la célula: son glicoproteínas
y glicolípidos características de cada individuo y que permiten
identificar las células provenientes de otro organismo. Por ejemplo,
las células sanguíneas tienen unos marcadores ABO que hacen que
en una transfusión sólo sean compatibles sangres del mismo tipo.
Al estar hacia el exterior las cadenas de carbohidratos de glicoproteínas
y glicolípidos forma una especie de cubierta denominada glicocalix
FISIOLOGIA DE LA MEMBRANA
La
función de la membrana es la de proteger el interior de la célula frente
al líquido extracelular que tiene una composición diferente y de permitir
la entrada de nutrientes, iones o otros materiales específicos. También
se intercomunica con otras células a través de las hormonas, neurotransmisores,
enzimas, anticuerpos, etc.
.GRADIENTE
ELECTROQUIMICO
El
gradiente electroquímico es debido a que el
número de iones (partículas cargadas) del líquido extracelular
es muy diferente del del citosol. En el líquido extracelular los
iones más importantes son el Na+ y el Cl-, mientras que en el interior
de la célula predomina el K+ y fosfatos orgánicos aniónicos. Como
resultado de esto, existe una diferencia de potencial eléctrico
a través de la membrama (potencial de membrana) que se mide
en voltios. El voltage en las células vivas es de -20 a -200 mV
(milivoltios), representando el signo negativo que el interior es
más negativo que el exterior. En algunas condiciones especiales,
algunas células pueden tener un potencial de membrana positivo
PERMEABILIDAD SELECTIVA- La
membrana plasmática regula la entrada y salida de materiales, permitiendo
la entrada de unos y restingiendo el paso de otros. Esta propiedad
se llama permeabilidad selectiva
La membrana es permeable cuando permite el paso, más o
menos fácil, de una sustancia. La permeabilidad de la membrana
depende de varios factores relacionados con las propiedades físico-químicas
de la sustancia:
- Solubilidad en los lípidos: Las sustancias que se disuelven en los lípidos (moléculas hidrófobas, no polares) penetran con facilidad en la membrana dado que esta está compuesta en su mayor parte por fosfolípidos.
- Tamaño: la mayor parte de las moléculas de gran tamaño no pasan a través de la membrana. Sólo un pequeño número de moleculas no polares de pequeño tamaño pueden atravesar la capa de fosfolípidos
- Carga: Las moleculas cargadas y los iones no pueden pasar, en condiciones normales, a través de la membrana. Sin embargo, algunas sustancias cargadas pueden pasar por los canales proteícos o con la ayuda de una proteína transportadora.
- Canales: algunas proteínas forman canales llenos de agua por donde pueden pasar sustancias polares o cargadas eléctricamente que no atraviesan la capa de fosfolípidos.
- Transportadoras: otras proteínas se unen a la sustancia de un lado de la membrana y la llevan del otro lado donde la liberan.
-
RANSPORTE DE MATERIALES A TRAVES DE LAS MEMBRANAS PLASMATICAS
Los mecanismos que permiten a las sustancias cruzar las membranas plasmáticas son esenciales para la vida y la comunicación de las células. Para ello, la célula dispone de dos procesos: - Transporte pasivo: cuando no se requiere energía para que la sustancia cruce la membrana plasmática
- Transporte activo: cuando la célula utiliza ATP como fuente de energía pasa hacer atravesar la membrana a una sustancia en particular
- Difusión simple
- Osmosis
- Ultrafiltración
- Difusión facilitada
- Es otro proceso de transporte pasivo, mediante el cual, un disolvente - el agua en el caso de los sistemas biológicos - pasa selectivamente a través de una membrana semi-permeable. La membrana de las células es una membrana semi-permeable ya que permite el paso del agua por difusión pero no la de iones y otros materiales. Si la concentración de agua es mayor (o lo que es lo mismo la concentración de solutos menor) de un lado de la membrana es mayor que la del otro lado, existe una tendencia a que el agua pase al lado donde su concentración es menor.
- del gradiente de concentración de la sustancia a ambos lados de la membrana
- del número de proteínas transportadoras existentes en la membrana
- de la rápidez con que estas proteínas hacen su trabajo
TRANSPORTE PASIVO
Los mecanismos de transporte pasivo son:Difusión Simple
Las moléculas en solución están dotadas de energía cinética y, por tanto tienen movimientos que se realizan al azar. La difusión consiste en la mezcla de estas moléculas debido a su energía cinética cuando existe un gradiente de concentración, es decir cuando en una parte de la solución la concentración de las moléculas es más elevada. La difusión tiene lugar hasta que la concentración se iguala en todas las partes y será tanto más rápida cuanto mayor sea energía cinética (que depende de la temperatura) y el gradiente de concentración y cuanto menor sea el tamaño de las moléculas.
Algunas sustancias como el agua, el oxígeno, dióxido de carbono, esteroides, vitaminas liposolubles, urea, glicerina, alcoholes de pequeño peso molecular atraviesan la membrana celular por difusión, disolviendose en la capa de fosfolípidos.Algunas sustancias iónicas también pueden cruzar la membrana plasmática por difusión, pero empleando los canales constituídos por proteínas integrales llenas de agua. Algunos ejemplos notables son el Na+, K+, HCO3, Ca++, etc. Debido al pequeño tamaño de los canales, la difusión a través de estos es mucho más lenta que a través de la bicapa fosfolipídica
Osmosis
El movimiento del agua a través de la membrana semi-permeable genera un presión hidrostática llamada presión osmótica. La presión osmótica es la presión necesaria para prevenir el movimiento neto del agua a través de una membrana semi-permeable que separa dos soluciones de diferentes concentraciones.
La ósmosis puede entenderse muy bien considerando el efecto de las diferentes concentraciones de agua sobre la forma de las células. Para mantener la forma de un célula, por ejemplo un hematíe, esta debe estar rodeada de una solución isotónica, lo que quiere decir que la concentración de agua de esta solución es la misma que la del interior de la célula. En condiciones normales, el suero salino normal (0.9% de NaCl) es isotónico para los hematíes. Si los hematíes son llevados a una solución que contenga menos sales (se dice que la solución es hipotónica), dado que la membrana celular es semi-permeable, sólo el agua puede atravesarla. Al ser la concentración de agua mayor en la solución hipotónica, el agua entra en el hematíe con lo que este se hincha, pudiendo eventualmente estallar (este fenómeno se conoce con el nombre de hemolisis. Por el contrario, si los hematíes se llevan a una solución hipertónica (con una concentración de sales superior a la del hematíe) parte del agua de este pasará a la solución produciéndose el fenómeno de crenación y quedando los hematiés como "arrugados".
Ultrafiltración
Difusión facilitada
Algunas moléculas son demasiado grandes como para difundir a través de los canales de la membrana y demasiado insolubles en lípidos como para poder difundir a través de la capa de fosfolípidos. Tal es el caso de la glucosa y algunos otros monosacáridos. Esta sustancias, pueden sin embargo cruzar la membrana plasmática mediante el proceso de difusión facilitada, con la ayuda de una proteina transportadora. En el primer paso, la glucosa se une a la proteína transportadora, y esta cambia de forma, permitiendo el paso del azúcar. Tan pronto como la glucosa llega al citoplasma, una kinasa (enzima que añade un grupo fosfato a un azúcar) transforma la glucosa en glucosa-6-fosfato. De esta forma, las concentraciones de glucosa en el interior de la célula son siempre muy bajas, y el gradiente de concentración exterior --> interior favorece la difusión de la glucosa. La difusión facilitada es mucho más rápida que la difusión simple y depende:RANSPORTE ACTIVO Y OTROS PROCESOS ACTIVOS
Algunas
sustancias que son necesarias en el interior de la célula o que deben
ser eliminadas de la misma no pueden atravesar la membrana celular
por ser muy grandes, llevar una carga eléctrica o porque deben vencer
un gradiente de concentración. Para estos casos, la naturaleza ha
desarrollado el transporte activo, un proceso que consume energía
y que requiere del concurso de proteínas integrales que actúan como
"bombas" alimentadas por ATP, para el caso de moléculas pequeñas o
iones y el transporte grueso específico para moléculas de gran
tamaño como proteínas y polisacáridos e incluso células enteras como
bacterias y hematíes
Transporte activo
Por
este mecanismo pueden ser transportados hacia el interior o exterior
de la célula los iones H+ (bomba de protones) Na+ y K+ (bomba de sodio-potasio),
Ca++ , Cl-, I, aminoácidos y monosacáridos. Hay dos tipos de transporte
activo:
Transporte activo primario: en este caso, la energía derivada del ATP directamente empuja a la sustancia para que cruce la membrana, modificando la forma de las proteínas de transporte (bomba) de la membrana plasmática. El ejemplo más característico es la bomba de Na+/K+, que mantiene una baja concentración de Na+ en el citosol extrayéndolo de la célula en contra de un gradiente de concentración. También mueve los iones K+ desde el exterior hasta el interior de la célula pese a que la concentración intracelular de potasio es superior a la extracelular. Esta bomba debe funcionar constantemente ya que hay pérdidas de K+ y entradas de Na+ por los poros acuosos de la membrana.
Esta bomba actúa como una enzima que rompe la molécula de ATP y también se llama bomba Na+/K+-ATPasa. Todas las células poseen cientos de estas bombas por cada um2 de membrana. Su mecanismo de acción se muestra esquemáticamente en la figura
Transporte activo secundario: La bomba de sodio/potasio mantiene una importante diferencia de concentración de Na+ a través de la membrana. Por consiguiente, estos iones tienen tendencia a entrar de la célula a través de los poros y esta energía potencial es aprovechada para que otras moléculas, como la glucosa y los aminoácidos, puedan cruzar la membrana en contra de un gradiente de concentración. Cuando la glucosa cruza la membrana en el mismo sentido que el Na+, el proceso se llama Symporte o cotransporte ; cuando los hacen en sentido contrario, el proceso se llama Antiporte o contratransporte
Transporte Grueso
Algunas
sustancias más grandes como polisacáridos, proteínas y otras células
cruzan las membranas plasmáticas mediante verios tipos de transporte
grueso:
- Los "hoyos recubiertos" ("coated pits") son invaginaciones de la membrana donde se encuentran los receptores
- Los
caveólos
son invaginaciones tapizadas por una proteína especializada
llamada caveolina, y parece que juegan diversos papeles:
La superficie de los cavéolos disponen de receptores que pueden concentrar sustancias del medio extracelular
Se utilizan para transportar material desde el exterior de la célula hasta el interior mediante un proceso llamado transcitosis. Esto ocurre, por ejemplo, en las células planas endoteliales que tapizan los capilares sanguíneos.
Están implicados en el proceso de envío de señales intracelulares: la unión de un ligando a los receptores de los caveólos pone en marcha un mecanismo intracelular de envío de señales - Exocitosis Durante la exocitosis, la membrana de la vesícula secretora se fusiona con la membrana celular liberando el contenido de la misma. Por este mecanismo las células liberan hormonas (p.ej. la insulina), enzimas (p.ej. las enzimas digestivas) o neurotransmisores imprescindibles para la transmisión nerviosa.
Endocitosis: es el proceso mediante el cual la sustancia es transportada al interior de la célula a través de la membrana. Se conocen tres tipos de endocitosis:
Fagocitosis: en este proceso, la célula crea una proyecciones de la membrana y el citosol llamadas pseudopodos que rodean la partícula sólida. Una vez rodeada, los pseudopodos se fusionan formando una vesícula alrededor de la partícula llamada vesícula fagocítica o fagosoma. El material sólido dentro de la vesícula es seguidamente digerido por enzimas liberadas por los lisosomas. Los glóbulos blancos constituyen el ejemplo más notable de células que fagocitan bacterias y otras sustancias extrañas como mecanismo de defensa
Pinocitosis: en este proceso, la sustancia a transportar es una gotita o vésicula de líquido extracelular. En este caso, no se forman pseudópodos, sino que la membrana se repliega creando una vesícula pinocítica. Una vez que el contenido de la vesícula ha sido procesado, la membrana de la vesicula vuelve a la superficie de la célula.
De esta forma hay un tráfico constante de membranas entre la superficie de la célula y su interior.
Endocitosis mediante un receptor : este es un proceso similar a la pinocitosis, con la salvedad que la invaginación de la membrana sólo tiene lugar cuando una determinada molécula, llamada ligando, se une al receptor existente en la membrana. Una vez formada la vesícula endocítica está se une a otras vesículas para formar una estructura mayor llamada endosoma. Dentro del endosoma se produce la separación del ligando y del receptor: Los receptores son separados y devueltos a la membrana, mientras que el ligando se fusiona con un liposoma siendo digerido por las enzimas de este último. Aunque este mecanismo es muy específico, a veces moléculas extrañas utilizan los receptores para penetrar en el interior de la célula. Así, el HIV (virus de la inmunodeficiencia adquirida) entra en las células de los linfocitos uniéndose a unas glicoproteínas llamadas CD4 que están presentes en la membrana de los mismos
Las vesículas endocíticas se originan en dos áreas específicas de la membrana:
lo has copiado bicccha
ResponderEliminar@clarabriand y tu quien eres
ResponderEliminarte cnozco? porque quiero pareces delgada u obesa siempre traviesa en mi cabesa
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