Biología celular

La membrana y el transporteLa membrana y el transporteLa membrana y el transporte La membrana y el transporte celularcelular

Roberto ZamoraRoberto Zamora

ObjetivosDescribir los componentes de las membranas biológicas.Describir los componentes de las membranas biológicas.

Discutir los factores que pueden afectar la integridad de las Discutir los factores que pueden afectar la integridad de las membranas.membranas.

Explicar como la difusión y la ósmosis son importantes para la célula.Explicar como la difusión y la ósmosis son importantes para la célula.

Mencionar los Mencionar los factoresfactores que afectan la velocidad de difusión.que afectan la velocidad de difusión.

Explicar que son soluciones hipotónicas, hipertónicas e isotónicas.Explicar que son soluciones hipotónicas, hipertónicas e isotónicas.

Explicar que es osmolaridad en los tejidos.Explicar que es osmolaridad en los tejidos.

Las membranas celularesLas membranas celularesLas Las membranasmembranas celularescelulares son son barrerasbarreras selectivasselectivas queque separanseparanlaslas célulascélulas y y formanformancompartimentoscompartimentos intracelularesintracelulares..

Entre Entre sussus funcionesfunciones estánestán::

•• PermitirPermitir la la entradaentrada o o salidasalida de de molmolééculasculas de la de la ccéélulalula o del o del organeloorganelo..

•• GenerarGenerar señalesseñales paraparappmodificarmodificar el el metabolismometabolismo..

•• AdherirAdherir ccéélulaslulas parapara formarformarpptejidostejidos. .

Características: 1.Las proteínas integrales atraviesan las membranas, las periféricas no lo1.Las proteínas integrales atraviesan las membranas, las periféricas no lo consiguen. 2.No son estructuras rígidas, tienen cierta movilidad, especialmente la difusiónlateral (mosaico fluido)3.El otro tipo de membranas está asociado con el citoesqueleto4.Esta membrana es muy permeable al agua y a determinados iones de sodio,potasio, oxígeno y moléculas de bajo peso molecular5 L lí id l 50% i d t d t d t d t l5.Los lípidos ocupan el 50% aproximadamente, dentro de estos destacan los fosfolípidos, en especial:•Fosfatidil –colina•Esfingo mielina•Esfingo –mielina•Sosfotidil –serinaFosfotidil - etanolamina

Composición de la membranaComposición de la membranaComposición de la membranaComposición de la membrana

Doble capa de Doble capa de Proteína

Glicoproteína

Proteína

GlicoproteínaProteínapp

fosofolípidos, fosofolípidos, proteínas y proteínas y

Periferal Canal de Transporte

Periferal Canal de Transporte

periférica

carbohidratos:carbohidratos:

-- FosfolípidosFosfolípidos: : Barrera hidrofóbica Barrera hidrofóbica

t lt l

Colesterol

Proteína Integral

Fosfolípidos

Colesterol

Proteína Integral

Fosfolípidos

entre los entre los compartimentos compartimentos acuosos de la célula.acuosos de la célula.acuosos de la célula.acuosos de la célula.

Composición de la membranaComposición de la membranaComposición de la membranaComposición de la membrana

-- ProteínasProteínas: Permiten paso de moléculas : Permiten paso de moléculas hidrofílicashidrofílicas a a pptravés de la membrana y determinan funciones través de la membrana y determinan funciones específicas de la membrana, incluyen bombas, canales, específicas de la membrana, incluyen bombas, canales, receptores, moléculas de adhesión, receptores, moléculas de adhesión, transductores de transductores de energía y enzimas.energía y enzimas.

-- CarbohidratosCarbohidratos: Comunicación intercelular y : Comunicación intercelular y dh iódh ióadhesión.adhesión.

C l lC l l D i l fl id d l bD i l fl id d l b-- ColesterolColesterol: Determina la fluidez de la membrana.: Determina la fluidez de la membrana.

C t í ti d l bC t í ti d l bCaracterísticas de la membranaCaracterísticas de la membrana

La membrana es una estructura funcional activaLa membrana es una estructura funcional activaLa membrana es una estructura funcional activa, La membrana es una estructura funcional activa, con mecanismos enzimáticos que desplazan con mecanismos enzimáticos que desplazan moléculas específicas penetrando o saliendo de moléculas específicas penetrando o saliendo de p pp pla célula con un gradiente de concentración.la célula con un gradiente de concentración.

En las células En las células vegetalesvegetales existe una pared celular existe una pared celular que presenta numerosos orificios diminutos por que presenta numerosos orificios diminutos por q p pq p pdonde pueden pasar sustancias de un lugar a donde pueden pasar sustancias de un lugar a otro.otro.

Características de la membranaCaracterísticas de la membranaEl acceso de las sustancias depende de:El acceso de las sustancias depende de:

La permeabilidad selectiva: para mantener la homeostasis deLa permeabilidad selectiva: para mantener la homeostasis de•• La permeabilidad selectiva: para mantener la homeostasis de La permeabilidad selectiva: para mantener la homeostasis de la célula.la célula.

•• El tamaño de las moléculas.El tamaño de las moléculas.

•• La carga eléctrica: no polares o hidrofóbicas (pasan por laLa carga eléctrica: no polares o hidrofóbicas (pasan por la•• La carga eléctrica: no polares o hidrofóbicas (pasan por la La carga eléctrica: no polares o hidrofóbicas (pasan por la capa de lípidos), las polares o hidrofílicas (pasan por los capa de lípidos), las polares o hidrofílicas (pasan por los canales).canales).

•• Gradiente de concentración: Diferencia de concentración Gradiente de concentración: Diferencia de concentración en 2 lugares.en 2 lugares.

•• La solubilidad. La solubilidad.

Movimiento BrownianoMovimiento BrownianoMovimiento BrownianoMovimiento Browniano

•• El movimiento que lleva El movimiento que lleva b í lb í la cabo una partícula a cabo una partícula

muy pequeña que está muy pequeña que está inmersa en un fluido.inmersa en un fluido.

ModeloModelo

SeSe caracterizacaracteriza porpor sersercontinuocontinuo yy muymuyyy yyirregularirregular..

LaLa trayectoriatrayectoria queque siguesigueLaLa trayectoriatrayectoria queque siguesiguelala partículapartícula eses enen zigzagzigzag..

EsEs lala fuerzafuerza motrízmotríz dede lalaEsEs lala fuerzafuerza motrízmotríz dede laladifusióndifusión..

DifusiónDifusiónEs el movimiento de Es el movimiento de moléculas de una región de moléculas de una región de ggalta concentración a otra alta concentración a otra de menor concentración de menor concentración producido (hasta que seproducido (hasta que seproducido (hasta que se producido (hasta que se iguala) por la energía iguala) por la energía cinética de las moléculas.cinética de las moléculas.

No requiere gasto de No requiere gasto de energía (movimientoenergía (movimientoenergía (movimiento energía (movimiento pasivo). Movimiento activo pasivo). Movimiento activo requiere gasto de ATP.requiere gasto de ATP.

OsmosisOsmosisOsmosisOsmosis

El componente principal de la célula es el El componente principal de la célula es el aguaagua, , p p pp p p gg ,,que actúa como que actúa como solventesolvente (el agente que (el agente que disuelve) de disuelve) de solutossolutos orgánicos e inorgánicos. orgánicos e inorgánicos. El movimiento de agua a través de una El movimiento de agua a través de una membrana selectivamente permeable se llamamembrana selectivamente permeable se llama

ii (dif ió d ) d i d l(dif ió d ) d i d losmosisosmosis (difusión de agua) y sucede siempre del (difusión de agua) y sucede siempre del área de mayor concentración de agua (con área de mayor concentración de agua (con menor concentración de soluto) al área demenor concentración de soluto) al área demenor concentración de soluto) al área de menor concentración de soluto) al área de menor concentración de agua (con mayor menor concentración de agua (con mayor concentración de soluto). concentración de soluto). ))

OsmosisOsmosisCuando la célula contiene una concentración de solutos mayor Cuando la célula contiene una concentración de solutos mayor que su ambiente externo, se dice que la célula está en una que su ambiente externo, se dice que la célula está en una solución hipotónicasolución hipotónica, y como consecuencia, el agua entra a la , y como consecuencia, el agua entra a la pp , y , g, y , gcélula causando que se expanda.célula causando que se expanda.

Si la concentración de solutos es mayor fuera de la célula, se dice Si la concentración de solutos es mayor fuera de la célula, se dice que la célula está en una que la célula está en una solución hipertónicasolución hipertónica; la; la célula pierde célula pierde agua y se encoge.agua y se encoge.

Si las concentraciones de soluto son iguales en ambos lados de Si las concentraciones de soluto son iguales en ambos lados de la membrana, se dice que la célula está en una la membrana, se dice que la célula está en una solución solución isotónicaisotónica d dd d l m imi t t rl m imi t t risotónicaisotónica, donde, donde el movimiento neto es cero el movimiento neto es cero

2. Transporte a través de la membrana.

• La MP tiene una permeabilidad selectiva.

• A ↓ tamaño y ↑ hidrofobicidad, ↑dif ió t é d l bi↑difusión a través de la bicapa.

• Moléculas hidrosolubles y cargadas no pueden atravesar la bicapa (la mayoría)pueden atravesar la bicapa (la mayoría).

• Es necesario un sistema de transporte para las moléculas impermeables a lapara las moléculas impermeables a la bicapa: proteínas transportadoras de membrana

2. Transporte a través de la membrana.

Ti d t tTipos de transporte:

DIFUSIÓN SIMPLE DIFUSIÓN FACILITADA

TRANSPORTE ACTIVO

TRANSPORTE PASIVO

FACILITADA

ACTIVOPASIVO

3. Transporte pasivo: difusión simple.

• T Pasivo: No necesita energía (ATP).

• La difusión simple ocurre a través de la bicapa (inespecífico) o por poros (específico)bicapa (inespecífico) o por poros (específico).

• Ocurre a favor de gradiente.

• La capacidad de difundir a través de la bicapa• La capacidad de difundir a través de la bicapa depende de:

- La diferencia de concentración a través de la bmembrana

- La permeabilidad de la membrana a la sustancia (hidrofobicidad = lipofilia)

- La Tª: determina la energía cinética de las moléculas

- La superficie de la membrana- La superficie de la membrana

• Ej.: O2 y CO2, EtOH, NH3, fármacos liposolubles

3. Transporte pasivo: difusión simple.

• Agua: aquaporinas (permiten

Difusión simple a través de canales:

• Agua: aquaporinas (permiten el paso por ósmosis).

I (N + K+) L t• Iones (Na+, K+). La apertura del canal está regulada por:

-Ligando, su unión a una determinada región del canal provoca lacanal provoca la transformación estructural que induce la apertura.

V lt j (t i i t )- Voltaje (tema siguiente).

3. Transporte pasivo: difusión facilitada.

• T Pasivo: No necesita energía.• Ocurre a favor de gradienteOcurre a favor de gradiente.• La difusión facilitada es específica y saturable: mediada por proteínas transportadoras.• Implica un cambio conformacional en la proteínaproteína.• Ejemplos: glucosa, algunos aminoácidos…aminoácidos…

4. Transporte activoN it í (ATP) t í• Necesita energía (ATP) y proteínas

transportadoras (receptor + ATPasa).

• Es contra gradiente (“contracorriente”).

• Mantiene las diferencias de concentración entre el LEC y el LIC (p.e. K+, Na+, Ca+2…), permite la absorción de micronutrientes en intestino y la reabsorción en el riñón… y la generación y transmisión del impulso nervioso

•Tipos:

- TA primario: la energia procede directamente del ATP…

- TA secundario o acoplado: la energíaTA secundario o acoplado: la energía procede del gradiente generado por el TA primario.

4. Transporte activo primario2

Bomba de Ca+2 Bomba de Na+/K+

• Transporte de iones: Na+, K+, Ca+2, H+, Cl-…

LEC

LIC

M ti [C +2]Mantiene ↓[Na+]LIC

Mantiene ↓[Ca+2]LIC ↑[K+]LIC

• Ocurre en todas las células, fundamental en miocitos y neurona

4. Transporte activo primario

- Proporciona energía para

Funciones de la bomba de Na+/K+ :

p g pel transporte 2º de otras moléculas.

- Las células nerviosas y musculares utilizan el gradiente K+/Na+ paragradiente K+/Na+ para producir impulsos eléctricos.

- La salida activa de Na+

es importante para mantener el equilibrio osmótico celular.

4. Transporte activo secundario

• La difusión de Na+ hacia el interior celular (a favor de gradiente) impulsa el movimientogradiente) impulsa el movimiento de otra molécula en contra de su gradiente.

- Simporte: la otra molécula se mueve en la misma dirección que el Na+dirección que el Na+

- Antiporte: en dirección opuestaopuesta

• Ejemplos: transporte acoplado al Na+ de glucosa y AAs p g yen células epiteliales del intestino delgado y de los túbulos renales, antiporte de H+ y Ca+2

4. Transporte activo secundario

4. Transporte activo secundario

5. Endocitosis y exocitosis: transporte masivo

Endocitosis• Transporte de moléculas grande• Ingestión de partículas y microorganismos (fagocitosis)

Exocitosis

y g ( g )

Exocitosis

Liberación (secreción) de hormonas y neurotransmisores

6. Comunicación intercelularL com nicación cel la e l p id d q e tienen tod• La comunicación celular es la capacidad que tienen todas

las células de intercambiar información fisicoquímica con el medio ambiente y con otras células.

Tipos de comunicación intercelular

Miocitos Neuronas Inflamación HormonasPor ejemplo…Coagulación

6. Comunicación intercelular: mensajeros y receptores

R tReceptores: proteínas o glicoproteínas presentes en la membrana plasmática en lamembrana plasmática, en la membrana de las organelas o en el citosol celular, a las que se unen , qespecíficamente moléculas

señalizadoras (ligandos o

mensajeros):• Hormonas• Neurotransmisores• Citoquinas• Factores de crecimiento

Receptor = cerraduraLigando = llave

• Factores de crecimiento• Moléculas de adhesión• Componentes de la matriz

6. Comunicación intercelular: mensajeros y receptores

Receptores de membrana• Los mensajeros hidrosolubles (p.e., hormonas) interaccionan con receptores de la superficie de las células diana.

• El acoplamiento ligando-receptorEl acoplamiento ligando receptor desencadena una señal intracelular mediada por SEGUNDOS MENSAJEROS. TIPOS:

• Receptores con actividad tirosina quinasa

• Receptores acoplados a proteína G• Receptores acoplados a proteína G- Sistema adenilato ciclasa-AMPc-Sistema fosfolípidos de membrana- Sistema del calcio