Departamento de Ciencias Naturales / Biología /

Colegio Coyam

Estructura La membrana biológica plasmática es una estructura

semipermeable que actúa de barrera separadora entre los medios intra y extracelular, la cual permite el

mantenimiento de unas condiciones físico- químicas necesarias para el conjunto de reacciones metabólicas

que se dan en el interior de los orgánulos celulares. Responde al denominado modelo del mosaico fluido.

Componente estructural básico de la membrana plasmática. Se basa

en una doble capa de moléculas lipídicas: Fosfolípidos y colesterol, fundamentalmente

Bicapa lipídica

Fosfolípidos

• Moléculas anfipáticas, esto es, poseen una zona hidrófila polar y una zona hidrofóbica apolar. A consecuencia de esto, las cabezas hidrófilas interaccionan entre sí y con las moléculas de H20, mientras que las cadenas hidrófobas son repelidas por la fase acuosa y se empaquetan hacia el interior de una bicapa. Dicha bicapa lipídica otorga a la membrana celular determinadas propiedades.

Propiedades de la membrana

• Autoensamblaje espontáneo de las moléculas lipídicas

• Autosellado de la bicapa

• Fluidez. - Causa: Se debe a que las moléculas lipídicas tienen la capacidad de

movimientos laterales de difusión dentro de cada monocapa; a pesar de ello, la composición lipídica se mantiene constante (asimetría lipídica) no se dan intercambio de fosfolípidos entre monocapas.

- Importancia biológica: La fluidez determina el funcionamiento de la

membrana. Los cambios de temperatura en el medio influyen en ella: A menor temperatura, menor fluidez (mayor viscosidad). El descenso de fluidez de la membrana puede detener procesos de transporte y enzimáticos.

• Impermeabilidad frente a iones y sustancias hidrosolubles

- Causa: Naturaleza anfipática de la bicapa

- Importancia biológica: Regulación del intercambio de sustancias entre el citosol y el medio extracelular

Colesterol

Las moléculas de

colesterol se

encuentran

intercaladas entre

los fosfolípidos, y

su función principal

es la de regular la

fluidez de la bicapa

inmovilizando las

colas hidrofóbicas

próximas a la

regiones polares

Proteínas de membrana

Determinan la función de la membrana biológica. Poseen la propiedad de desplazarse lateralmente a través de ella pero no de invertir su posición (asimetría proteica)

Clasificación

En función de la asociación con lípidos de la membrana se clasifican en:

Proteínas integrales

Unidas fuertemente a los lípidos de membrana.Se subdividen en:

A) Proteínas de transmembrana. Se hallan inmersas en la bicapa

B) Proteínas periféricas. Exteriores a la bicapa, están unidas mediantes en laces débiles a las cabezas polares lipídicas o a otras proteínas de integrales

Glucocálix

• Superficie externa de la membrana formada por la zona glucídica de glucolípidos y glucoproteínas.

Funciones

• Protección contra daños químicos y/o físicos.

• Interviene en fenómenos de reconocimiento celular.

• Confiere viscosidad a la membrana.

• Interviene en la comunicación intracelular.

Dominios de membrana

• Regiones de la membrana plasmática que poseen una especialización funcional concreta. Surgen por restricción de movimientos de los componentes de la misma.

Funciones de la membrana plasmática

La membrana plasmática controla la entrada y salida de

materiales (permeabilidad selectiva) , participa en las

interacciones célula - célula y célula – matriz y es un

elemento fundamental en la comunicación celular,

recibiendo señales externas y transmitiendo dicha

informacion al interior celular.

Transporte pasivo

No se requiere energía para que la sustancia cruce la membrana plasmática.

Las moléculas se mueven desde el lado con mas concentración hasta el lado

menos concentrado. Existen dos tipos de transporte pasivo principalmente:

difusión simple y difusión facilitada.

Permeabilidad selectiva

La impermeabilidad de la membrana, gracias a su naturaleza lipídica, no es

absoluta, sino que permite el intercambio de materia y energía con el

ambiente externo. Por esto se han desarrollado sistemas de transporte

específicos, en los que las proteínas regulan el paso de sustancias

hidrófilas, ionizadas o de gran tamaño a través de estas membranas. Este

transporte puede ser activo o pasivo.

Mecanismos de transporte pasivo

Difusión simple: Atraviesan la

membrana las moléculas no

polares (liposolubles) como los

gases y algunas hormonas

esteroideas y tiroideas.

También pueden pasar

pequeñas moléculas polares

como el agua o el etanol.

Difusión facilitada: se realiza mediante proteínas transportadoras y

proteínas canal. De esta forma las moléculas polares mas grandes

pueden atravesar la membrana.

Son proteínas de transmembrana que forman en su interior un canal acuoso,

que permite el paso de iones. Estos canales se abren según un tipo de señal

especifico. Dependiendo del tipo de señal encontramos:

Proteínas transportadoras

Son proteínas de transmembrana que se unen específicamente a la molécula

que trasportan. Esta unión provoca un cambio en la configuración de la

proteína, que hace que la molécula quede libre una vez transportada. La

proteína transportadora recupera su forma inicial para seguir actuando en

otros procesos.

Proteínas canal

- Canales iónicos dependientes del

ligando: El ligando se une a un

receptor en la zona externa de la

proteína canal de forma especifica,

provocando cambios en su

conformación que permiten la

apertura del canal, y por tanto la

difusión de iones.

- Canales iónicos dependientes del

voltaje: Se abren en respuesta a los

cambios de potencial de

membrana, como ocurre en las

neuronas, en donde la apertura y

cierre de los canales de Na+ y K+

permite la propagación del impulso

nervioso.

Proteína transportadora

Proteína canal

Transporte activo

En el transporte activo las moléculas atraviesan la membrana en contra de

su gradiente de concentración, por lo que consume energía obtenida del

ATP. Este proceso se realiza mediante proteínas transportadoras.

Ejemplos de sistemas de transporte activo son:

- Bomba de Na+/K+ : Consiste en un complejo

proteico de transmembrana que, mediante el gasto

de un ATP, expulsa de la célula 3 iones Na+ e

introduce dos iones K+ , con lo que contribuye a

controlar la presión osmótica y el potencial de

membrana.

- Sistemas de cotransporte: Las proteínas de

transmembrana transportan moléculas en contra de su

gradiente térmico. Para esto utilizan la energía

potencial almacenada en el gradiente iónico del Na+ ,

que se establece entre un lado y otro de la membrana

gracias a la bomba de Na+/K*.

Transporte de macromoléculas

El transporte de macromoléculas y partículas a través de la membrana puede

ser hacia el interior de la célula (endocitosis) y hacia el exterior (exocitosis).

Ambos procesos tienen lugar mediante la formación de vesículas, que son

pequeños sacos membranosos que se mueven de un sitio a otro por el

citoplasma y ponen en comunicación a unos sistemas de membranas con otros.

Fagocitosis: El material que se ingiere es muy grande. La célula extiende

unas prolongaciones de membrana llamadas pseudópodos, que rodean

progresivamente a la partícula hasta formar un fagosoma (vesícula de gran

tamaño). Estos materiales acaban digeridos por los lisosomas.

Endocitosis

Las sustancias que van a ser endocitadas son englobadas en

invaginaciones de membrana plasmática que acaban cerrándose y forman

vesículas intracelulares que contienen el material ingerido. Según el

tamaño de las partículas endocitadas podemos distinguir dos tipos de

endocitosis:

Pseudópodos

Fagosoma

Pinocitosis: El material ingerido es liquido o pequeñas partículas, y queda

englobado en vesículas que se forman a partir de depresiones de

membrana llamadas pozos recubiertos. Estas regiones se caracterizan por

la presencia de un armazón proteico formado por clatrina. A partir de ella

se están formando continuamente vesículas de pinocitosis.

vesícula

material

- En los dos tipos de endocitosis participan proteínas especiales denominadas receptores de

endocitosis, que se acumulan en las regiones de las membranas que realizan estos procesos y

reconocen específicamente los materiales que van a ser ingeridos, uniéndose a ellos. De este

modo las células incorporan por endocitosis únicamente las sustancias que les interesan.

Exocitosis

Es el proceso contrario a la endocitosis. Mediante este proceso se

secretan los materiales necesarios para renovar la membrana plasmática y

los componentes de la matriz extracelular. También se vierten al exterior

hormonas, neurotransmisores, enzimas digestivos…

Endocitosis

Exocitosis

UNIONES CELULARES

Las uniones celulares son regiones especializadas de la membrana

plasmática en las que se concentran proteínas de transmembrana

especiales, mediante las cuales se establecen conexiones entre dos

células o entre una célula y la matriz extracelular. Aparecen en todos los

tejidos pero son especialmente importantes en los epitelios.

Según su forma, las uniones celulares pueden ser:

Zónulas: Son uniones que rodean totalmente a célula

Máculas: Son uniones puntuales de forma redondeada

Según su función, las uniones celulares pueden ser:

Uniones ocluyentes, comunicantes o de anclaje.

Uniones de anclaje: son

uniones frecuentes en

tejidos sometidos a estrés

mecánico como la piel,

aumentan la resistencia de

las células frente a

tensiones mecánicas

fuertes que acabarían

rompiendo una sola célula.

Existen tres tipos:

Uniones ocluyentes:

son uniones que se dan

en las células que

separan medios de

composición muy

diferente. Cierran el

espacio intercelular

impidiendo el paso de

moléculas entre ellas.

Medio externo de

composición diferente Células epiteliales

Medio interno

Zonulas adherens: Que conectan los filamentos de actina del citoesqueleto

entre células vecinas.

Maculas adherens: Llamadas desmosomas. Anclan filamentos

intermedios del citoesqueleto de células adyacentes.

Hemidesmosomas: Anclan filamentos intermedios del citoesqueleto

de una célula a la matriz extracelular.

Uniones comunicantes: se denominan uniones gap. Son puntos de

comunicación directa entre los citoplasmas de dos células, a través de los

cuales intercambian iones y pequeñas moléculas.

Comunicación celular

Las células son capaces de responder a los estímulos externos. Esta

capacidad se denomina irritabilidad o excitabilidad. Estos estímulos se

transmiten mediante moléculas de señalización producidas por una

molécula señalizadora. Y son recogidos por receptores específicos en la

célula diana, la cual convierte la señal extracelular en una intercelular

mediante los sistemas de transducción de señales.

Moléculas de señalización

Según el tipo de comunicación

en el que participen se

clasifican en tres grupos:

hormonas (comunicación

endocrina) mediadores

químicos locales (comunicación

paracrina) y neurotransmisores

(comunicación sináptica).

Receptores

Son proteínas de transmembrana que se encuentran distribuidas por la

membrana plasmática. Tienen dos regiones funcionales distintas. Una región

extracelular, que funciona como cerradura reconociendo específicamente la

molécula señal determinada. Otra región citosólica, funciona de transmisor y

es la responsable de la transducción de la señal. Los receptores se

encuentran en un estado inactivo hasta que llega la molécula de señalización

correspondiente.

Los sistemas de transducción de señales se encargan de transformar las

señales extracelulares en señales intracelulares. Primero una molécula señal

llega a la célula diana y activa un receptor que transforma esta señal

extracelular en una intracelular, llamada segundo mensajero. El Ion Ca+2 y el

AMPc son los mas usados. Este segundo mensajero generado en gran

cantidad se introduce hacia el interior celular y actúa sobre enzimas o factores

intracelulares, que a su vez actúan sobre otros, iniciando una cadena de

acontecimientos que transmiten la señal al interior celular. Finalmente estos

factores actúan sobre las proteínas diana que serán las responsables de la

respuesta de la célula. Una vez producida la respuesta la célula se encarga de

degradar o aislar el primer y segundo mensajero, volviendo a la normalidad en

solamente unos segundos

Sistemas de transducción de señales

Activación del enzima que

sintetiza el segundo

mensajero Segundo

mensajero