Transduccin de energa a travs demembranas biolgicas

1. Membranas biolgicas

2. La cadena respiratoria

3. Transporte a travs de membranas

La mayor parte de procesos de transduccin (conversin) de energa en la clula tienen lugar a travs de membranas

Nos ocuparemos de la aplicacin de la Termodinmica a dosprocesos bsicos de transduccin a travs de membranas:

(1) conversin de energa redox (energa almacenada en electrones energticos) en energa libre almacenada en un gradiente de potencial electroqumico durante la cadenarespiratoria;

(2) el uso de dicha energa libre para sintetizar ATP y para darlugar al transporte de sustancias a travs de membranas

Membranas biolgicas

La membrana constituye uno de los elementos bsicos de la clula

La membrana sirve de barrera entre la clula y el exterior, y entre los distintos compartimentos celulares

Funciones bsicas:

seleccionar las sustancias que debe salir y entrar en la clula

las propiedades mecnicas de la membrana se adaptan a los cambios de forma y tamao que experimenta la clula

ciertas protenas actan como sensores que permiten responder a cambios en el entorno

Componentes bsicos:

lpidos doble capa lipdica: determina la permeabilidad de la membrana

protenas: desempean el resto de las funciones

Doble capa lipdica:

Fosfolpidos: componente fundamental

alcohol

fosfato

glicerina

c

i

d

o

g

r

a

s

o

c

i

d

o

g

r

a

s

o

Fosfolpido:

cabeza hidroflica

(glicerina+fosfato+alcohol)

colas hidrofbicas

(cadenas hidrocarbonadas)

{

{

cabeza hidroflica:

- contiene tomos cargados o grupos polares (entre ellos un grupofosfato)

- disuelve en agua a causa de las fuerzas elctricas o enlacespuente de hidrgeno con agua

colas hidrofbicas:

- cadenas hidrocarbonadas (C,H): sin tomos cargados o grupospolares

- insolubles en agua

Las molculas hidrofbicas fuerzan a las molculas de agua aformar una estructura en forma de jaula alrededor de la molcula

Esta estructura es ordenada y su formacin requiere un gasto deenerga, por lo que las molculas hidrofbicas tienden a juntarserechazando las molculas de agua

OH H

HO

HO

H H OH H

OH H

HO

H

HO

H

HO

HO

H H

OH H

:molcula hidrofbica

Las molculas de fosfolpidos estn sujetas a dos fuerzas:

- la cabeza hidroflica es atrada por el agua

- las colas hidrofbicas rechazan el agua y tienden a juntarse

El conflicto se resuelve mediante la formacin de una bicapalipdica

agua

agua

bicapalipdica

Propiedades de la doble capa:

1. Auto-sellado: cualquier rasgadura en la membrana crea bordeslibres al agua, que son eliminados inmediatamente

2. Fluidez: la membrana es un fluido bidimensional

las molculas rotan alrededor de su eje e intercambian posicionescon molculas vecinas de la misma capa gracias al movimiento trmico (difusin en el plano de la membrana)

sin embargo, las molculas raramente cambian de capa (flip-flop)

La fluidez de la membrana es de gran importancia:

- favorece la difusin de protenas a lo largo de la membrana

- proporciona un mtodo simple para distribuir lpidos y protenas desde el punto donde son insertados o formados

- permite la fusin de unas membranas con otras, y que las molculas de las membranas se repartan de forma equitativacuando se divide la clula

Protenas de membrana:

Desempean la mayor parte de las funciones de la membrana

alrededor del 50% de la masa de la membrana

Funciones:

transporte de sustancias a travs de la membrana

anclaje de la membrana a macromolculas dentro y fuera de la clula

receptores

enzimas

Formas de asociacin a la membrana:

Protenas transembrana: se extienden a travs de la membrana

Protenas perifricas:

- protenas situadas fuera de la membrana, unidas a ella mediantegrupos lipdicos

- protenas situadas fuera de la membrana, unidas a ella indirectamente a travs de interacciones con protenas transmembrana

Las protenas transmembrana suelen adoptar la forma de hlice (hlice-))))

: dominios con superficie polar

: dominios con superficie hidrofbica

Las protenas transmembrana en forma de hlice- pueden dar lugar a la formacin de poros, que permiten cruzar la membrana a molculas solubles en agua

hlices-

a veces, las protenas transmembrana pueden tener estructuraplana (sheet), curvndose en un cilindro en forma de barril abierto por sus extremos (barrel), a travs del cual pueden pasar sustancias

MEMBRANA

Propiedades electrostticas de las membranas:

desde un punto de vista electrosttico se puede considerar como uncondensador de capacidad C y con resistencia R

alta resistencia elctrica y baja constante dielctrica )( r

Capacidad: condensador plano de rea A, espesor d

200 /10

5.3;2

mmFdA

CCdAC

nmd

rspr

r

==

d

C

r

Permeabilidad de bicapas lipdicas a solutos e iones:

La membrana acta como barrera que controla el paso de molculas a travs de ella

La parte interior (hidrofbica) acta como barrera para la mayorparte de molculas hidroflicas

Cuanto ms pequea sea la molcula y ms hidrofbica (no polar)ms fcilmente pasar

1. Pequeas molculas no polares (O2,CO2) difunden rpidamente

2. Molculas polares sin carga neta difunden rpidamente si son pequeas (como agua, etanol)

3. Las membranas son altamente imermeables a iones y molculas cargadas