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Tema 2. Sistemas de Membranas

Biologa Celular y Molecular

Dra. Nayely Padilla MontaoLaboratorio de FarmacologaFacultad de Qumica

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Cruciales para la vida celular

La membrana plasmtica rodea y define la clula manteniendodiferencias entre contenido y entorno

La membrana de cada orgnulo delimita su forma y mantienecaractersticas de los contenidos y el citosol

Los gradientes inicos que suceden en las membranas pueden serusados para sintetizar ATP, dirigir el trafico en la membrana y paraproducir seales elctricas.

La membrana plasmtica contiene protenas que actan comosensores de seales externas

La estructura bsica comn de las membranas estacompuesta por molculas lipdicas y protecas

Doble capa continua (5nm)

Barrera de permeabilidad

Eslabones estructurales

Receptores de seales qumicas

Estructura asimetrica condos caras y diferentesfunciones en cada una

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Baseuniversaldelaestructuracelular

C tit l50%d l d l b i d l t t Constituyeel50%delamasadelamembranasiendoelrestoprotenas

5x106 molculaslipdicas en1mx1m

Molculaslipdicas sonanfipticasHidroflico

Hidrofbico

FosofolpidosFosofolpidos

Cabezapolar2colas

hidrocarbonadashidrofbicas

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1970. Descubrieron que molculas lipdicas pueden difundirlibremente en las bicapas lipdicas

M b tifi i l

Bicapas laminares

Membranas artificiales

Liposomas

Bicapas laminares

Electron Spin Resonance

Una molcula lpidica cambia deposicin 107 veces por segundo a 37 C

Difunde en 1m/segundo

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La Fluidez de la membrana depende de la temperatura y de lacomposicin

Al calentar los liposomas se experimenta un cambio en sus

Bacterias y levaduras cuyas temperaturas varan con las de suentorno controlan la composicin de sus lpidos de membrana paramantener la fluidez constante. (Sintetizan cidos grasos cis que sepliegan y evitan el empaquetamiento, manteniendo la fluidez de lamembrana por disminucin de la temperatura)

Al calentar los liposomas se experimenta un cambio en suspropiedades fsicas. (Transiscin de Fases)

El mantenimiento de la fluidez de la membrana es esencial paraEl mantenimiento de la fluidez de la membrana es esencial parael crecimiento normal de la clula y para la reproduccin.

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Constituyen ms de la mitad de la masa de lpidos

Fosfatidilcolina

Esfingomielina

Fosfatidilserina

Fosfatidiletanolamina

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La bicapa lipdica no esta compuesta esclusivamente defosfolpidos, contiene habitualmente colesterol y glucolpidos

L b l ti i t tiLas membranas plasmticas eucariotas contienenconcentraciones elevadas de colesterol

Refuerza el carcter permeablede la bicapa lipdica

Se orienta con sus gruposhidroxilos prximos a lascabezas polares de lasmolculas de fosfolpidos

A temperaturas por debajo de latransicin de fases mantiene el carcterfluido de la membrana

Los glucolpidos son azcares que se encuentran en la mitad nocitoplasmtica de la bicapa lipdica, formando agregados ydesempeando funciones de interaccin de la clula con el entornodesempeando funciones de interaccin de la clula con el entorno

Se encuentran en la mayoria de lasclulas animales constituyendo un 5%de los lpidos presentes

Los glucolpidos mas complejos son losgangliosidos que contienen oligosacaridoscon uno o ms residuos de c. Salico lo queles proporciona carga neta negativales proporciona carga neta negativa

En los glucolpidos con carga suimportancia radica en sus efectos elctricosy pueden actuar con aislantes elctricos. Secree que desempean alguna funcin en elreconocimiento celular.

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Pese a que la estructura bsica de las membranas biolgicas estaconstituida por la bicapa lipdica, la mayora de las funciones sondesempeada por protenas

P t t b P t id l b tProtenas transmembrana queatraviezan la membrana en forma de helice nica (1) o mltiple (2)

Protenas unidas a la membrana a travezde la unin covalente a un lpido (3) o unoligosacrido (4)

Protenas unidas entre si demanera no covalente (5) omltiple (6)

Protenas perifricas: se pueden liberar de lamembranamediante soluciones de pH extremo

Protenas integrales: se encuentran fuertementeunidas a la bicapa lipdica y no pueden serliberadas fcilmente (uso de detergentes)

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La membrana celular mejor caracterizadas es la que rodea loseritrocitos de mamferoeritrocitos de mamfero

Transporta oxgeno desde lospulmones a los tejidos y dixido decarbono hacia los pulmones

Los globulos rojos se pueden obtener en grandes cantidades yse encuentran relativamente poco contaminados por otros tiposcelulares

Al no poseer ncleo ni orgnulos celulares, la nica membranaque poseen es la membrana plasmtica, la cual se asla fcilmentey sin contaminacin demembranas internas.

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Obtencin de Fantasmas de eritrocitos, por medio de lisiscelular (Liberacin de hemoglobina)celular. (Liberacin de hemoglobina)

Distintascondicionesionicas

Elusodefantasmasdeeritrocitospermitidemostrarporprimeravezquealgunasprotenasdemembranaatraviesanlabicapa lipdica yquelacomposicindelasdosmitadesentotalmentedistinta.

15 bandas protecas principales conpesosmoleculares de entre 15 000250 000

La espectrina, la glucofarina y la protenade la banda 3 constituyen el 60% (en peso)de las protenas totales de la membrana

Cada una de las protenas esta dispuestaCada una de las protenas esta dispuestademanera distinta en la membrana

Patrn de electroforesisen gel de poliacrilamidacon SDS de las protenasde la membrana deglobulos rojos humanos

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Espectrina

Protenaperifricaasociadaalacaracitoplasmticadelabicapa lipdica

Constituye aproximadamente el 25% del total de la masa de protenasasociadas a la cara citoplasmtica

Mide 100 nm aprox. de longitud y es el principal componente delentramado proteco (citoesqueleto) que se extiende por el interior de lamembrana del eritrocito

Mantiene la integridad celular y la forma bicncava de la membrana deleritrocito

Espectrina

Heterodimero formado por dos grandes subunidadesestructuralmente similares que se asocian cabeza colaformando tetrmeros de 200nm

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L l d 5 6 t t l t i di t fil t d ti t

Espectrina

Las colas de 5 6 tetrmeros se enlazan entre si mediante filamentos de actina y otrasprotenas citoesquelticas formando un complejo de unin, formando una reddeformable que se extiende por toda la superficie citoplasmtica de la membrana

Anquirina: protena quesirve de unin de laespectrina y la protena dela banda 3 al dominiocitoplasmtico

Humanos y ratones que poseen anomalas genticas en la espectrina, presentananemia y glbulos rojos esfricos y anormalmente frgiles. El grado de anemiaaumenta con el grado de deficiencia de espectrina

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Glucofarina

Unadelasdosprotenasmayoritariasdelasuperficieexternadelglbulop y p grojohumanoylaprimeraprotenademembranalacualsedeterminsusecuenciacompletadeaminocidos

Es una glicoprotena transmembrana (131aminocidos) de paso nico que se haya colocada con lamayora de su masa en la superficie externa de lamembrana

En la porcin amino terminal hidroflica se hallana po c a o te a d o ca se a aunidos todos los carbohidratos (100 residuos de azcar)que representan al 60% de la masa total (c. Silico)

Se desconoce su funcin e induviduos cuyoseritrocitos e carecen de esta glucoprotina estantotalmente sanos

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Protenabanda 3

Protenatransmembrana depasomltiplequeatraviesalamembranaenunaconformacinaltamenteplegadaaproximadamente14veces

ActacomountransportadordeanionesquepermitequeelHCO3 (forma

transportabledelCO2)crucelamembranaintercambindoseconCl

La mayor parte de carbohidratos estnunidos a la glucofarina (90% c. Slico)

Por medio de criofractura se pudo observarque la protena banda 3 se queda asociada enla cara interna de la membrana

La glucofarina permanece en la caraexterior de la criofractura

Perifricas

Integrales

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Los carbohidratos estn presentes como regla general asociadas a lasprotenas de las clulas eucariotas

L b hid t t f d d d li idLos carbohidratos se encuentran en forma de cadenas de oligosacridosunidas covalentemente a protenas de membrana (glicoprotenas) y alpidos (glicolipdos) y como cadenas de polisacridos llamadosproteglucanos integrales de membrana

Gl liGlucocliz: zonade la superficiecelulas rica encarbohidratos

Los residuos de azucares se encuentran unidos entre si medianteenlaces covalentesenlaces covalentes

Se ha demostrado que los polisacridos tienen un papel fundamentalreconocimiento celular en especifico con las lectinas (protenas demembranas que se unen a los oligosacaridos)

Proporcionan proteccin frente al dao mecnico y qumico, adems demantener objetos extraos y otras clulas a distancia impidiendoreacciones indeseables entre protenaprotena